Brevet FR3148876A1 — publié le 20241122

L’invention concerne un ensemble d’éléments d’un groupe motopropulseur pour véhicule automobile comprenant : - une machine électrique à flux axial comprenant un rotor (110), un stator et un premier carter (130) auquel est fixé le stator ; - un deuxième carter (230). Selon l’invention, l’ensemble d’éléments comprend au moins un moyen élastiquement déformable (301, 302) pris en sandwich entre le premier carter et le deuxième carter. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Ensemble d’éléments d’un groupe motopropulseur Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale le domaine des machines électriques. Elle concerne plus particulièrement un ensemble d’éléments d’un groupe motopropulseur. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation de groupes motopropulseurs pour véhicules automobiles électriques ou hybrides (voiture, camion, bus…). Etat de la technique Une machine électrique à flux axial comprend généralement au moins un stator et un rotor, un entrefer magnétique séparant ces derniers. Le rotor porte une série de grands aimants permanents, tandis qu’une série de bobines montées sur des dents est portée par le stator. Quand les bobines sont alimentées par un courant électrique, le rotor, qui est solidarisé à l’arbre de sortie de la machine électrique, est soumis à un couple résultant du champ magnétique (le flux magnétique créé étant un flux axial pour une machine électrique à flux axial). Les dents sont classiquement fixées sur un carter entourant le stator et le rotor. Afin de limiter l’encombrement axial de la machine électrique, l’épaisseur du carter sous les dents est limitée. Cette épaisseur est souvent d’autant plus limitée que le carter délimite dans son épaisseur des canaux intérieurs pour le refroidissement des bobines. Lorsque la machine électrique est en fonctionnement, les bobines et les dents subissent des efforts, principalement radiaux et axiaux mais aussi tangentiels. Elles subissent des efforts électromagnétiques qui sont dus au champ magnétique tournant et à l’attraction du rotor, et des efforts mécaniques dus à la rotation de l’arbre entrainé par le rotor. Ces efforts mécaniques sont principalement transmis au niveau de roulements entre le carter le rotor. Ils peuvent provenir d’un défaut l’alignement de l’arbre ou du rotor, d’un balourd du rotor, ou encore de la liaison cannelée entre le rotor et l’arbre assurant l’entrainement de l’arbre par le rotor. Tous ces efforts génèrent des vibrations au sein de la machine électrique. Ils génèrent en particulier une déformation du carter, donc un mouvement du carter et des dents. Cela rend la machine électrique bruyante. De plus, l’entrefer varie puisque les dents se déplacent, ce qui affecte grandement les performances de la machine électrique. Présentation de l'invention Dans ce contexte, la présente invention propose un ensemble d’éléments d’un groupe motopropulseur pour véhicule automobile comprenant : - une machine électrique à flux axial comprenant un rotor, un stator et un premier carter auquel est fixé le stator ; - un deuxième carter ; ledit ensemble d’éléments comprenant au moins un moyen élastiquement déformable pris en sandwich entre le premier carter et le deuxième carter. Ainsi, grâce à l’invention, le carter de la machine électrique est en appui, via le moyen élastiquement déformable, sur une autre partie du groupe motopropulseur. Le carter de la machine électrique présente ainsi une raideur accrue au niveau du moyen élastiquement déformable qui agit comme un moyen de rappel s’opposant au déplacement du carter. En d’autres termes, le moyen élastiquement déformable (qui est léger, peu encombrant et très peu onéreux) limite le mouvement du carter de la machine électrique en le solidarisant au deuxième carter. Le carter de la machine électrique est ainsi moins sujet aux déformations liées au fonctionnement de la machine électrique. Par conséquent, la machine électrique est peu bruyante car les vibrations sont réduites. De plus, l’entrefer est stabilisé dans le sens où il varie peu au cours du fonctionnement de la machine électrique. Cela permet par exemple, en conception amont, de réduire l’entrefer afin d’augmenter la puissance produite par la machine électrique. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’ensemble d’éléments conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - l’ensemble d’éléments comprend un arbre lié en rotation au rotor, et le premier carter comprend un bord central qui fait face à l’arbre, le moyen élastiquement déformable étant agencé au contact du bord central ; - le deuxième carter comprend une extension qui est conçue pour s’emboiter à un jeu près dans le bord central, le moyen élastiquement déformable étant interposé entre l’extension du deuxième carter et le bord central du premier carter ; - l’ensemble d’éléments comprend un arbre lié en rotation au rotor autour d’un axe de rotation, le moyen élastiquement déformable étant pris en sandwich entre une surface du premier carter sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation et une surface du deuxième carter sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation ; - l’ensemble d’éléments comprend au moins un roulement assurant une liaison mécanique du premier carter avec le rotor ou du deuxième carter avec un arbre lié en rotation au rotor, et le moyen élastiquement déformable est positionné en regard du roulement ; - le moyen élastiquement déformable est annulaire ; - le moyen élastiquement déformable est réalisé en élastomère ; - le moyen élastiquement déformable est en compression lorsque la machine électrique est à l’arrêt ; - l’ensemble d’éléments comprend un élément de groupe motopropulseur logé dans le deuxième carter, l’élément de groupe motopropulseur étant une des parties suivantes : une boite de vitesse, un réducteur de vitesse, une autre machine électrique. Description détaillée de l'invention La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : est une vue schématique en coupe d’un ensemble d’éléments d’un groupe motopropulseur selon l’invention. est une vue de détail de la zone II de la . Un ensemble d’éléments 1 d’un groupe motopropulseur selon l’invention est représenté sur la . Ici, l’ensemble d’éléments 1 équipe un véhicule automobile électrique ou hybride. Dans le mode de réalisation ici décrit, ce groupe motopropulseur comporte deux carters distincts qui logent des composants différents, à savoir ici une machine électrique (à gauche sur la ) et un réducteur 200 ou une boîte de vitesse ou une autre machine électrique (à droite sur la ). Comme le montre la , l’ensemble d’éléments 1 comprend ainsi notamment : - une machine électrique à flux axial 100 comprenant un rotor 110, au moins un stator 120 et un premier carter 130 ; - un deuxième carter 230 ; et - au moins un moyen élastiquement déformable 301, 302. Le rotor 110 comprend classiquement un corps 111 qui peut présenter une forme en étoile avec des branches s’étendant radialement, autour d’un axe de rotation A1 ( ), depuis un moyeu central. La direction axiale correspond ici à la direction de l’axe de rotation A1 et une direction radiale à une direction perpendiculaire à l’axe de rotation A1. Les branches délimitent alors entre elles des encoches radialement ouvertes vers l’extérieur, un élément à pôles magnétiques 112 étant inséré dans chaque encoche. Les éléments à pôles magnétiques 112 peuvent ensuite être entourés d’une frette 113 pour être bloqués. Le rotor 110 présente ainsi une forme globale de disque centré autour de l’axe de rotation A1. L’ensemble d’éléments 1 comprend aussi un arbre 400 lié en rotation au rotor 100, notamment pour être entrainé par la rotation du rotor 110 autour de l’axe de rotation A1. L’arbre 400 permet donc notamment de transmettre le mouvement de rotation du rotor 110 jusqu’au roues du véhicule automobile. L’arbre 400 est ici mécaniquement couplé au rotor 110 au moyen d’une liaison cannelée. Comme le montre la , le corps 111 du rotor 110 comprend à cet effet une portion d’arbre 114 globalement tubulaire autour de l’axe de rotation A1. Une extrémité de l’arbre 400 est emboitée dans la portion d’arbre 114 du corps 111 du rotor 100. L’arbre 400 et la portion d’arbre 114 présentent chacun des nervures 115, 401 s’étendant parallèlement à l’axe de rotation A1, comme cela est visible sur la (qui est un grossissement d’une partie centrale de l’ensemble d’éléments), pour former ladite liaison cannelée. Ainsi, les nervures 115 de la portion d’arbre 114 coopèrent avec les nervures 401 de l’arbre 400 pour transmettre la rotation du rotor 110. Comme le montre la , la machine électrique à flux axial 100 comprend ici deux stators 120 situés de part et d’autre du rotor 110. Les stators 120 présentent des formes d’anneaux aplatis et sont équipés, sur leurs faces situées du côté du rotor, de dents 121 autours desquelles sont enroulées des bobinages 122 de fils électriquement conducteurs. Lorsque ces bobinages 122 sont alimentés en courant électrique, ils génèrent un champ magnétique tournant entrainant les éléments à pôles magnétiques 112, ce qui met en mouvement le rotor 110 autour de l’axe de rotation A1. Dans la suite, on s’intéresse plus particulièrement au stator 120 situé du côté de l’arbre 400 (à droite du rotor 110 sur la ) et qui est nommé « le stator » 120. Les dents 121 et les bobinages 122 évoquées par la suite sont ceux de ce stator 120. Au sein de la machine électrique 100, la distance entre l’élément à pôles magnétiques 112 et chaque dent 121 qui lui fait axialement face est appelée entrefer magnétique. L’entrefer magnétique est de préférence court pour que la force d’attraction du bobinage 122 sur l’élément à pôles magnétiques 112 soit élevée. Le premier carter 130 entoure le stator 120 et le rotor 110. Le premier carter 130 est une enveloppe de protection dans le sens où il est conçu pour protéger le stator 120 et le rotor 110. Le premier carter 130 sert également de support aux stator 120. Le stator 120, et plus particulièrement ses dents 121, sont en effet fixé(e)s au premier carter 130. Le premier carter 130 présente donc une rigidité adaptée au maintien des dents. Le premier carter 130 est par exemple réalisé en métal, par exemple en aluminium, en alliage d’aluminium ALSi9Cu3 fondu sous pression, en acier, ou en fonte. Tel que représenté sur la , le premier carter 130 comprend plusieurs parties assemblées, dont l’une d’elles est située du côté du second carter 230. Cette partie présente une paroi sensiblement plane orthogonale à l’axe de rotation A1, ci-après appelée paroi latérale 133. Cette paroi latérale 133 est bordée sur son pourtour d’une paroi périphérique 132 entourant le stator 120. Cette partie présente une ouverture centrale délimitée par un bord central 131. Le bord central 131 du premier carter 130 s’étend ici selon une surface cylindrique de révolution centrée autour de l’axe de rotation A1, comme cela apparait sur la . Les dents 121 du stator 120 sont ici fixées sur une face intérieure 134 de la paroi latérale 133, qui est sensiblement orthogonale à l’axe de rotation A1. On entend ici par « sensiblement orthogonal » ou « sensiblement perpendiculaire » à l’axe de rotation A1 une direction ou une surface formant un angle compris entre 89 degrés et 91 degrés par rapport à l’axe de rotation A1. A titre d’exemple, il peut être prévu dans la chaine de côte un désaxement maximum de l’axe de rotation de 0,12°. La paroi latérale 133 du premier carter 130 présente par exemple une épaisseur, i.e. une dimension axiale, de 7 mm. Le deuxième carter 230 présente, sur au moins une partie de sa longueur axiale, un diamètre, c’est-à-dire une dimension selon une direction perpendiculaire à l’axe de rotation A1, similaire à celui du premier carter 130. Le deuxième carter 230 est par exemple réalisé dans le même matériau que celui du premier carter 130. Le deuxième carter 203 est ici structurellement lié au premier carter 130, en particulier au niveau de la paroi périphérique 132 du premier carter 130. Le premier carter 130 et le deuxième carter 230 sont par exemple fixés l’un à l’autre par des vis. Comme le montre la , le deuxième carter 230 comprend du côté du premier carter 130 une paroi plane 233 qui présente une ouverture au travers de laquelle l‘arbre 400 s’étend. Cette paroi plane 233 porte, du côté du premier carter, une extension 231, ici tubulaire, qui s’étend autour de l’ouverture et qui est conçue pour s’emboiter, au jeu de montage près, dans l’ouverture délimité par le bord central 131 du premier carter 130. Le jeu entre l’extension 231 et le bord central 131 est par exemple compris entre 20 µm et 60 µm. L’extension 231, aussi appelée « portée de centrage », permet lors de l’assemble du groupe motopropulseur de centrer le premier carter 130 par rapport au deuxième carter 230. Cela permet notamment de centrer, et donc ici d’aligner, les nervures 115 du rotor 110 avec les nervures 401 de l’arbre 400. L’ensemble d’éléments 1 comprend des premiers roulements 501 agencés entre le premier carter 130 et le rotor 110, et des deuxièmes roulements 502 agencés entre le deuxième carter 230 et l’arbre 400. Les premiers roulements 501 assurent une liaison mécanique entre le premier carter 130 et le rotor 110, et plus particulièrement entre la portion d’arbre 114 du rotor 110 et le premier carter 130. Les deuxièmes roulements 502 assurent une liaison mécanique entre l’arbre 400 et le deuxième carter 230. Ces liaisons mécaniques assurent ainsi un guidage en rotation de ces arbre 400 et portion d’arbre 114. Comme le montre bien la , l’ensemble d’éléments 1 comprend ici : - un premier moyen élastiquement déformable 301 ; et - un deuxième moyen élastiquement déformable 302. Chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est agencé entre, c’est-à-dire interposé entre, le premier carter 130 et le deuxième carter 230. Chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est plus particulièrement pris en sandwich entre le premier carter 130 et le deuxième carter 230. Chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est ici directement en contact avec le premier carter 130 et le deuxième carter 230. Chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est ici agencé pour s’opposer à un mouvement du premier carter 130 par rapport au deuxième carter 230. Chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est ainsi un amortisseur dans le sens où il attenue les déplacements du premier carter 130, ici en prenant appui sur le deuxième carter 230. Chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est « élastiquement déformable » dans le sens où il subit une déformation élastique (et non pas plastique) lorsque le premier carter 130 se déplace par rapport au deuxième carter 230 dans le cadre d’un usage normal du groupe motopropulseur. De préférence, chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est en compression lorsque la machine électrique 100 est à l’arrêt. Cela signifie que chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est enserré entre le premier carter 130 et le deuxième carter 230. Avantageusement, les moyens élastiquement déformable 301, 302 sont situés à proximité de l’arbre 400 (et donc des roulements 501, 502), c’est-à-dire ici dans ou à proximité de l’ouverture centrale du premier carter 130. Cela signifie notamment que les moyens élastiquement déformable 301, 302 sont plus proches du bord central 131 que de la paroi périphérique 132 du premier carter 130. En effet, le mouvement du premier carter 130 relativement au deuxième carter 230 est principalement composé d’une déformation du premier carter 130 au niveau de l’ouverture centrale du premier carter 130, la paroi périphérique 132 du premier carter 130 étant ici solidarisée au deuxième carter 230 par les vis. Positionner les moyens élastiquement déformable 301, 302 à proximité de l’arbre 400 permet ainsi de limiter les mouvements du premier carter 130 de la zone où ceux-ci sont potentiellement les plus amples. Comme le montre la , le premier moyen élastiquement déformable 301 est agencé entre le bord central 131 du premier carter 130 et une face externe de l’extension 231 du deuxième carter 230. Le premier moyen élastiquement déformable 301 est donc en particulier agencé pour s’opposer à un mouvement radial (i.e. perpendiculaire à l’axe de rotation A1) du premier carter 130, notamment vers l’axe de rotation A1. Le premier moyen élastiquement déformable 301 est ici situé, par rapport à l’extension 231 du deuxième carter 230, à l’opposé des deuxièmes roulements 502. Le premier moyen élastiquement déformable 301 est ainsi situé en regard des premiers roulements 501. Le premier moyen élastiquement déformable 301 est ici annulaire et s’étend autour de l’arbre 400. Il présente par exemple un diamètre de 64 mm. Comme le montre la , le premier moyen élastiquement déformable 301 est disposé dans un épaulement 232 prévu à l‘extrémité libre de l’extension 231 du deuxième carter 230. Le premier moyen élastiquement déformable 301 présente par exemple une section sensiblement rectangulaire, dans un plan contenant l’axe de rotation A1. La raideur du premier moyen élastiquement déformable 301 dépend notamment des dimensions de la section. La raideur est par exemple choisie pour filtrer certaines fréquences spécifiques de vibration. Avantageusement, la position et la forme annulaire du premier moyen élastiquement déformable 301 permet un centrage efficace du deuxième carter 230 par rapport au premier carter 130. En d’autres termes, le premier moyen élastiquement déformable 301 améliore la coaxialité de l’extension 231 du deuxième carter 230 et du bord central 131 du premier carter 130 avec l’axe de rotation A1. De préférence, l’extension 231 du deuxième carter 230 est au contact du premier moyen élastiquement déformable 301 sans être au contact du bord central 131 du premier carter 130. De façon remarquable, ce centrage améliore l’alignement des nervures 115 du rotor 110 avec les nervures 401 de l’arbre 400, ce qui réduit les efforts sur le premier carter 130 lors de la rotation du rotor 110. En plus de réduire les déplacements du premier carter 130 en amortissant les vibrations, le premier moyen élastiquement déformable 301 contribue donc à réduire l’apparition de ces déplacements. Comme le montre la , le deuxième moyen élastiquement déformable 302 est agencé à une extrémité du bord central 131 en direction du deuxième carter 230. Le deuxième moyen élastiquement déformable 302 s’interpose plus précisément entre le premier carter 130, autour de son ouverture centrale, et la paroi plane 233 du second carter, autour de l’extension 231 ( ). Le deuxième moyen élastiquement déformable 302 est en particulier agencé pour s’opposer à un mouvement axial, i.e. selon l’axe de rotation A1, du premier carter 130 vers le deuxième carter 230. Le deuxième moyen élastiquement déformable 302 est ici situé, par rapport à la paroi latérale 133, à l’opposé des premiers roulements 501. Le deuxième moyen élastiquement déformable 302 est aussi situé, par rapport à la paroi plane 233, à l’opposé des deuxièmes roulements 502. Le deuxième moyen élastiquement déformable 302 est ainsi en situé à hauteur (radialement) des premiers roulements 501 et des deuxièmes roulements 502. Il présente d’ailleurs un diamètre similaire à ceux de ces roulements. Dans l’exemple de la , il est par exemple situé à moins de 10 mm des premiers roulements 501 et des deuxièmes roulements 502. Le deuxième moyen élastiquement déformable 302 est pris en sandwich entre deux surfaces, l’une du premier carter 130 et l’autre du deuxième carter 230, sensiblement perpendiculaires à l’axe de rotation A1. Le deuxième moyen élastiquement déformable 302 est ici sensiblement plat et s’étend plus particulièrement selon un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation A1. Le deuxième moyen élastiquement déformable 302 est par exemple annulaire. La raideur (et donc la section) du deuxième moyen élastiquement déformable 302 peut elle aussi être choisie pour filtrer certaines fréquences spécifiques de vibration. Ici, le deuxième moyen élastiquement déformable 302 est formé d’une seule pièce et s’étend tout autour de l’axe de rotation A1. En variante, l’ensemble d’éléments comprend une pluralité de deuxièmes moyens élastiquement déformables séparés les uns des autres et répartis autour de l’arbre entre le premier et le deuxième carter. Chaque deuxième moyen de la pluralité peut alors présenter une forme de parallélépipède rectangle. Avantageusement, le deuxième moyen élastiquement déformable 302 permet de limiter efficacement les déplacements du premier carter 130 selon l’axe de rotation A1 et donc les variations de l’entrefer. Cela rend les performances de la machine électrique 100 plus stables et permet aussi, en conception amont, de prévoir un entrefer court. Chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est par exemple réalisé en élastomère. Avantageusement, en combinaison avec une forme annulaire, chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 rend alors davantage étanche la jonction entre le premier carter 130 et le deuxième carter 230 au niveau de l’arbre 400, ce qui permet par exemple de protéger les roulements 501, 502 d’éventuelles poussières. De préférence, la raideur de chaque moyen élastiquement déformable 301, 302 est choisie de manière à filtrer des fréquences de vibration spécifiques, i.e. celles d’amplitude maximum, du premier carter 130. La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. Ainsi, l’ensemble d’éléments peut comprendre uniquement le premier moyen élastiquement déformable ou uniquement le deuxième moyen élastiquement déformable. Encore en variante, l’ensemble d’éléments peut comprendre un seul moyen élastiquement déformable jouant le rôle à la fois du premier moyen élastiquement déformable et du deuxième moyen élastiquement déformable. Un tel moyen élastiquement déformable présente par exemple une forme d’anneau avec un section en L, c’est-à-dire s’étendant à la fois axialement et radialement. Il est par exemple agencé contre le bord central du premier carter et contre l’extension et la base du deuxième carter. Les moyens élastiquement déformables pourraient aussi être fixés aux carters, par exemple par collage. Ils pourraient alors travailler en compression et en traction. Ensemble d’éléments (1) d’un groupe motopropulseur pour véhicule automobile comprenant : - une machine électrique à flux axial comprenant un rotor (110), un stator (120) et un premier carter (130) auquel est fixé le stator (120) ; - un deuxième carter (230) ; caractérisé en ce que ledit ensemble d’éléments (1) comprend au moins un moyen élastiquement déformable (301, 302) pris en sandwich entre le premier carter (130) et le deuxième carter (230). Ensemble d’éléments (1) selon la revendication 1, dans lequel l’ensemble d’éléments (1) comprend un arbre (400) lié en rotation au rotor (110), et dans lequel le premier carter (130) comprend un bord central (131) qui fait face à l’arbre (400), le moyen élastiquement déformable (301, 302) étant agencé au contact du bord central (131). Ensemble d’éléments (1) selon la revendication 2, dans lequel le deuxième carter (230) comprend une extension (231) qui est conçue pour s’emboiter à un jeu près dans le bord central (131), le moyen élastiquement déformable (301) étant interposé entre l’extension (231) du deuxième carter (230) et le bord central (131) du premier carter (130). Ensemble d’éléments (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’ensemble d’éléments (1) comprend un arbre (400) lié en rotation au rotor (110) autour d’un axe de rotation (A1), le moyen élastiquement déformable (302) étant pris en sandwich entre une surface du premier carter (130) sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation (A1) et une surface du deuxième carter (230) sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation (A1). Ensemble d’éléments (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’ensemble d’éléments (1) comprend au moins un roulement (501, 502) assurant une liaison mécanique du premier carter (130) avec le rotor (110) ou du deuxième carter (230) avec un arbre (400) lié en rotation au rotor (110), et dans lequel le moyen élastiquement déformable (301, 302) est positionné en regard du roulement (501, 502). Ensemble d’éléments (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le moyen élastiquement déformable (301, 302) est annulaire. Ensemble d’éléments (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le moyen élastiquement déformable (301, 302) est réalisé en élastomère. Ensemble d’éléments (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le moyen élastiquement déformable (301, 302) est en compression lorsque la machine électrique (100) est à l’arrêt. Ensemble d’éléments (1) selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un élément de groupe motopropulseur (200) logé dans le deuxième carter (230), l’élément de groupe motopropulseur (200) étant une des parties suivantes : une boite de vitesse, un réducteur de vitesse, une autre machine électrique.