Brevet FR3155384A1 — publié le 20250516

Groupe motopropulseur électrique 1, comprenant une machine électrique 10 refroidie par huile dont le rotor bobiné 12 construit sur une base tubulaire 12a porte extérieurement un empilage de tôles et des bobinages 12c et accueille intérieurement un mécanisme de différentiel 20 de partage de couple comprenant un boîtier en deux parties 21,22 contenant un mécanisme différentiel sphérique à deux ou quatre satellites 24 et deux planétaires 23 dit à queue, s’étendant axialement, et à l’extrémité desquels est taillée une denture hélicoïdale 23c entrainant les satellites 42 d’un réducteur 40a,40b lubrifié par huile selon un réseau commun au refroidissement de la machine électrique 10, caractérisé en ce que les parties 21,22 du boîtier, solidaires en rotation du rotor bobiné 12 ont des prolongements axiaux 21a,22a, portent l’une un roulement 35 de guidage du rotor bobiné 12 dans le carter 50 ainsi que le rotor du resolver 37, et l’autre un roulement 35 de guidage du rotor bobiné 12 dans le couvercle 51 ainsi que le dispositif d’alimentation en courant 100 du rotor bobiné 12 constitué d’un élément fixe 130 en rotation, relié à une alimentation en courant électrique externe, de deux éléments support 110 et complémentaire 120 entrainés en rotation par le rotor, reliés aux bobines 12c de ce dernier et de deux disques transmetteurs 150a,150b intercalés assurant la transmission du courant de l’élément fixe 130 en rotation aux éléments support 110 et complémentaire 120 rotatifs. Figure pour l’abrégé : Fig.5 Groupe motopropulseur électrique à différentiel intégré au rotor bobiné de la machine électrique. DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne un groupe motopropulseur comprenant une machine électrique à flux magnétique radial à rotor bobiné en position centrale, porté par un boîtier contenant un train épicycloïdal de type sphérique, similaire à celui du différentiel d’une boîte de vitesses pour automobile, répartissant le couple de la machine électrique à deux réducteurs latéraux à train épicycloïdal. ETAT DE LA TECHNIQUE Les publications divulguant une machine électrique avec un arbre rotor creux et contenant un différentiel sont relativement nombreuses lorsque le rotor est à aimants permanents. Parmi ces publications, on peut citer le document EP3644479. Le couple du moteur est partagé de manière égale et adressé à deux réducteurs à train épicycloïdal agencés à chaque extrémité du moteur. Les publications divulguant une machine électrique avec un arbre rotor creux et contenant un différentiel sont plutôt rares lorsque le rotor est équipé de bobines. [0005]Parmi celles-ci le document CH55838(1912) divulgue un groupe motopropulseur pour véhicule électrique où la totalité du mécanisme de différentiel et de transmission, sans réducteur, est agencé dans un corps tubulaire autour duquel se trouve le bobinage du rotor. Le dispositif d’alimentation du bobinage, peu détaillé, comprend un collecteur monté sur le diamètre extérieur de ce corps tubulaire, c’est-à-dire sur un grand diamètre. Cela est acceptable car la vitesse de rotation est égale à la moyenne des vitesses des roues d’un véhicule lent du début du vingtième siècle. La publication DE4334590 (1995) divulgue également un groupe motopropulseur pour véhicule électrique où la totalité du mécanisme de différentiel et de transmission, sans réducteur, est agencé dans un corps tubulaire autour duquel se trouve le bobinage du rotor. Sur les figures de ce document le dispositif d’alimentation des bobines du rotor n’apparait pas. La problématique des machines à rotor bobiné est justement l’alimentation des bobines en courant électrique. l’alimentation des bobines du rotor d’une machine électrique fait appel à un dispositif comportant deux contacts par frottement entre des éléments tournants, anneaux généralement en cuivre appelés aussi collecteurs, portés par une bague isolante agencée sur l’arbre du rotor, connectés aux bobines du rotor et des éléments fixes, les balais, appelés aussi « charbons » en raison de la forte proportion de carbone, portés par une structure isolante fixée sur le carter de la machine électrique. L’alimentation en courant des bobines a des contraintes: la nécessité de créer une chambre étanche car l’usure des balais libère des poussières; l’usure des balais peut nécessiter une maintenance; des bagues de collecteurs doivent être d’un petit diamètre afin de limiter la vitesse tangentielle de contact avec les balais. Cette dernière particularité nous oblige à associer au moteur un réducteur conventionnel à différentiel déporté. Les bagues de petit diamètre ne permettent pas, en effet, l’association de la machine électrique à un réducteur coaxial, avantageux en packaging, car l’un des arbres de transmission, dont le diamètre fait de l’ordre de 25 à 30mm, traverse l’arbre creux du rotor. Or, le diamètre extérieur des bagues de collecteur est du même ordre de grandeur de celui de l’arbre de transmission. Intégré le différentiel dans le rotor augmente encore la compacité axiale du groupe motopropulseur. Le rotor doit être conçu différemment sur une base tubulaire à l’intérieur de laquelle est fixé un boitier enfermant un mécanisme de différentiel sphérique et portant extérieurement un stack de tôles et des aimants comme le divulgue la publication US5759128. Dans cette publication, le groupe motopropulseur n’étant pas équipé de réducteur, le boitier différentiel a des prolongements axiaux de guidage des axes des tulipes de transmission. Ces prolongements sont solidaires en rotation du rotor et l’un des deux pourrait alors accueillir un dispositif d’alimentation en courant sur un diamètre très inférieur à la base tubulaire du rotor si celui-ci est bobiné. Le diamètre extérieur des prolongements du boîtier est de l’ordre de grandeur de la base tubulaire d’un rotor creux laissant le passage à un arbre de transmission pour un réducteur de type coaxial. Le dispositif d’alimentation en courant dans les deux situations peut alors être de même nature. PRESENTATION DE L’INVENTION l’objet de cette invention est un groupe motopropulseur électrique, comprenant un moteur dont le rotor bobiné accueille un différentiel de partage de couple, un réducteur à train épicycloïdal à chaque extrémité du moteur, et un dispositif d’alimentation en courant électrique transmis par des corps roulants agencés entre des pistes fixes reliées à un alimentation externe au moteur et des pistes rotatives solidaires du rotor. Selon une première caractéristique, la base tubulaire du rotor porte extérieurement un empilage de tôles et des bobinages et intérieurement un boîtier en deux parties contenant un mécanisme sphérique à deux ou quatre satellites et deux planétaires dit à queue, s’étendant axialement, et à l’extrémité desquels est taillée une denture entrainant les satellites d’un réducteur. Selon une seconde caractéristique, les deux parties du boîtier de différentiel ont chacune un prolongement axial entourant la queue d’un planétaire jusqu’à la zone de denture, porte chacun un roulement de soutien du rotor, le premier agencé dans le carter du moteur et le second dans le couvercle fermant le carter. Selon une troisième caractéristique, l’un des prolongements du boîtier entraine en rotation un dispositif d’alimentation en courant électrique des bobines du rotor. Selon d’autres caractéristiques, le dispositif d’alimentation est composé d’un élément annulaire central en matériau isolant encadré par deux plaques en forme de couronne en matériau conducteur, possédant chacune une languette reliée par un fil conducteur à un connecteur agencé dans la paroi du couvercle du moteur et cet élément central est bloqué en rotation par un pion planté dans le couvercle du moteur. L’ensemble annulaire fixe en rotation du dispositif d’alimentation en courant est encadré par deux éléments annulaires en matériau isolant, portés par un des prolongements axiaux du boîtier de différentiel, donc rotatifs, portant chacun une plaque en forme de couronne en matériau conducteur, avec une languette reliée par un fil conducteur aux bobines du rotor. Entre les plaques en forme de couronne portées par l’élément annulaire central non rotatif et les plaques en forme de couronne, rotatives, portées par les deux éléments encadrant sont intercalés deux disques annulaires identiques en matériau isolant dans lesquels sont insérés une grande quantité de rouleaux cylindriques, en matériau conducteur, de diamètre supérieur à l’épaisseur du disque, assurant la transmission du courant électrique des plaques non rotatives aux plaques rotatives. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION Ces caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : FIG. 1 est une vue en coupe du groupe motopropulseur composé d’une machine électrique à rotor bobiné intégrant un différentiel et de deux réducteurs à train épicycloïdal agencés aux deux extrémités de la machine électrique. FIG. 2 est une vue en coupe du rotor bobiné. FIG. 3 est une vue en coupe du groupe motopropulseur, machine électrique et réducteurs séparés. FIG. 4 est une vue en coupe du dispositif d’alimentation du rotor bobiné en courant électrique. FIG. 5 est une vue en coupe du groupe motopropulseur divulguant le circuit de refroidissement par huile interne au moteur et de lubrification des réducteurs. Le groupe motopropulseur 1, présenté en coupe sur la FIG. 1 comprend une machine électrique 10 de type à flux magnétique radial composée d’un stator 11 et d’un rotor bobiné 12, agencé dans un carter 50 fermé par un couvercle 51. Cette machine 10 est positionnée au centre du groupe motopropulseur et est encadrée par deux réducteurs identiques 40a et 40b, recevant chacun du moteur un couple égal réparti par le mécanisme de différentiel 20 de type sphérique agencé au centre du rotor. Un dispositif d’alimentation en courant électrique 100 des bobines du rotor, dont la particularité est d’être à multiples contacts électriques par roulement de rouleaux cylindriques est relié à une alimentation extérieure (non représentée) par l’intermédiaire du connecteur 101 porté par le couvercle 51. Le rotor bobiné 12, présenté en coupe sur la FIG. 2 est construit sur une base tubulaire 12a. A l’extérieur elle est entourée des parties actives c’est-à-dire le stack de tôles 12b et les bobines 12c. Le stack 12b et la base tubulaire 12a sont solidaires en rotation par des crans et 12a1, en appui axial sur l’épaulement 12a2 et bloqué axialement à l’autre extrémité par la frette 12a3. Dans sa partie interne, la base tubulaire 12a accueille le mécanisme de différentiel 20. Ce mécanisme cylindrique est composé de deux boîtiers 21 et 22. Le boîtier 21 est centré dans la base tubulaire 12a. Il est en appui sur l’épaulement interne 12a4 et solidarisé en rotation par des pions 31. Il est solidarisé axialement et une seconde fois en rotation par les vis 30. Le boîtier 22 ferme le boitier 21 sur lequel il est centré. Il est solidarisé axialement et en rotation par les vis 32. Le volume fermé constitué par les boîtiers 21,22 contient le mécanisme de différentiel constitué de deux planétaires 23 à denture coniques 23a dotés de prolongements axiaux 23b, appelés communément queues, de longueurs différentes pour l’un et l’autre, se terminant par une denture hélicoïdale 23c qui tient le rôle de planétaire des réducteurs latéraux 40a,40b. L’angle d’hélice de cette denture 23c sera choisi pour qu’il produise un effort axial qui s’oppose à celui généré dans les dentures coniques 23a,24a. Par conséquent, la force d’appui sur la butée à aiguilles 33 est amoindrie et la résultante des efforts axiaux dans les dentures hélicoïdale 23c est nulle. Entre chaque corps des planétaires 23 portant la denture conique 23a, et les appuis sur les boîtiers 21,22 sont intercalées des butées à aiguilles 33 sécurisant le dispositif contre le grippage en cas de faible apport en huile. Chaque queue de planétaire 23 est rainurée longitudinalement dans le prolongement de chaque dent de la denture hélicoïdale 23c. Ces rainures 23d, très fines permettent par effet capillaire à l’huile projetée latéralement dans le contact des dents d’atteindre les pignons du mécanisme de différentiel et leurs faces d’appui. Pour faciliter la circulation de l’huile, est prévue un ensembles de conduits d’évacuation et d’équilibrage des pression. La première partie de l’ensemble des conduits est un perçage radial 21b, qui débouche dans un premier perçage axial 21c prolongé par un parçage axial 22b. Ce volume partiellement sphérique, contient également quatre satellites 24, deux guidés par l’axe 25 et les deux autres par les demi-axes 26 soutenus au centre du mécanisme de différentiel 20 par la bague 27 entourant le premier axe 25. Chaque satellite 24 possède une denture conique 24a coopérant avec la denture conique 23a. Une coupelle 28 en matériau peu sensible au grippage ou en tôle recouvert de téflon est intercalée entre chaque satellite et son appui sphérique dans le boîtier 21. Une bague 29 en matériau peu sensible au grippage ou en tôle recouvert de téflon est intercalée entre chaque satellite et son axe 25, et demi-axes 26. Le prolongement axial 21a du boîtier 21 porte le dispositif alimentation en courant électrique 100. Il est en appui sur l’épaulement 21d, entrainé par les cannelures 21e et bloqué axialement par le roulement 35 de guidage du rotor dans le couvercle 51, retenu par l’anneau d’arrêt 36. Le prolongement axial 22a du boîtier 22 porte le rotor du resolver 37 et le second roulement 35 de guidage du rotor dans le carter 50. Le groupe motopropulseur 1, est présenté en coupe sur la FIG. 3 , machine électrique 10 et réducteurs 40a, 40b séparés. Les deux réducteurs, train épicycloïdaux simples, sont identiques. Le train est constitué d’un planétaire cylindrique, à denture hélicoïdale 23c à extrémité du prolongement axial 23b du planétaire 23 du mécanisme de différentiel 20, d’un corps de porte-satellite 41, de trois satellites 42, guidés classiquement sur aiguilles et un axe tenu à ses deux extrémités par le corps du porte-satellite 41 et une plaque renfort 43, d’une couronne 44 fixe en rotation montée sertie l’une dans le carter 50 de la machine électrique et l’autre dans le couvercle 51. Le mouvement et le couple de la machine électrique entre par la denture hélicoïdale 23c à l’extrémité du prolongement axial 23b planétaire 23 et sort par les cannelures 41a du moyeu du porte-satellite 41. Le train épicycloïdal est contenu dans un carter 46 rendu étanche par l’opercule 48 obstruant le moyeu du porte-satellite 41 et le joint dynamique 49 agencé à proximité du roulement 45 du guidage du porte-satellite dans le carter 46. la FIG. 4 , est une vue en coupe du dispositif d’alimentation en courant 100. Il comprend un premier élément support 110, en matériau isolant, des autres éléments composants ce dispositif. Il est porté par le prolongement axial 21a, en appui sur l’épaulement 21d, entraîné en rotation par les cannelures 21e et arrêté en translation par le roulement 35 retenu par l’anneau d’arrêt 36. Sur cet élément support 110 est fixé, par exemple par collage, une plaque en forme de couronne 111 en matériau conducteur, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre. Sur l’élément support 110 est monté un élément complémentaire 120, ayant la même fonction, également en matériau isolant et entraîné en rotation par les cannelures 110a. L’élément support 110 et l’élément complémentaire 120, solidaires en rotation, encadrent un élément fixe en rotation 130, en matériau isolant. L’élément fixe 130 en forme de couronne, est centré sur l’élément support 110, possède une excroissance 130a qui coopère avec un pion 160, de blocage en rotation, planté dans le couvercle 51 de la machine électrique. Sur l’élément complémentaire 120 est rapportée une plaque en forme de couronne 121 en matériau conducteur, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre. L’élément fixe 130, en matériau isolant, porte de part et d’autre les plaques en forme de couronne 131 et 132 en matériau conducteur. Entre les plaques en forme de couronne 111,131 d’une part et 121,132 d’autre part sont intercalés des disques transmetteurs 150a et 150b identiques, le premier 150a centré par son diamètre extérieur dans l’élément support 110, le second 150b centré par son diamètre extérieur dans l’élément complémentaire 120, libres en rotation. Ces deux disques transmetteurs 150a,150b sont similaires à ceux des butées à aiguilles, mais jouent un rôle bien différent. Ils sont composés d’un disque annulaire 151 en matière isolante qui possède, sur deux cercles concentriques, une grande quantité d’ouvertures rectangulaires dans lesquelles sont insérés des rouleaux 152, cylindriques et tous identiques, en matière conductrice, en cuivre ou alliage de cuivre, de diamètre supérieur à l’épaisseur du disque annulaire 151. Ces rouleaux sont soumis à une très faible charge axiale qui assure le contact de la plus grande proportion possible de rouleaux 152 avec d’une part les plaques en forme de couronne 111,131 (disque transmetteur 150a)et d’autre part les plaques en forme de couronne 121,132 (disque transmetteur 150b)afin de transmettre le courant de l’élément fixe 130, relié à une alimentation électrique externe, à l’élément support 110 et l’élément complémentaire 120 en rotation, reliés aux bobines du rotor. Le choix d’un très grand nombre de rouleaux 152 est la façon de fractionner le courant électrique et de le limiter, pour chaque contact, à un niveau électrique d’intensité faible diminuant les risques d’arc électrique et d’endommagement. Les plaques en forme de couronne 111, 121 possèdent des languettes 111a et 121a de connexion avec les bobines du rotor. Les plaques en forme de couronne 131,132 portées par l’élément fixe 130 possèdent chacune une languette 131a,132a de connexion avec dispositif extérieur d’alimentation en courant(non représenté)par l’intermédiaire du connecteur 101. L’élément complémentaire 120, l’élément fixe 130, ainsi que les disques transmetteurs 150a,150b sont pressés les uns contre les autres et contre l’élément support 110 par un ressort de type rondelle ondulée 125, monté dans une rainure circulaire 120b de l’élément complémentaire 40, mis sous tension par la rondelle 126 maintenue par l’anneau d’arrêt 127 engagé dans une gorge de l’élément support 110. Sur la FIG. 5 est présenté en coupe le réseau de refroidissement du moteur et de lubrification des réducteurs. Ce réseau ne comporte qu’un seul orifice d’alimentation 200, débouchant sur un conduit d’alimentation 201 de la rampe d’arrosage 210 du stator 11 de la machine électrique 10, et sur un conduit opposé 202 vers le conduit 203 pour la lubrification du réducteur 40b. La rampe d’arrosage 210 possèdent plusieurs trous 211,212 d’arrosage de l’ensemble du stators (chignons du bobinage) et stack de tôles. l’extrémité de la rampe d’arrosage 210 portée par le carter 50 alimente le conduit 204, vers le conduit 205 dans le réducteur 40a pour sa lubrification. Dans la paroi du couvercle 51 est aménagée un passage 220 permettant à l’excédent d’huile de lubrification du réducteur 40b d’être évacuée vers le compartiment de la machine électrique 10 et empêche l’huile de dépasser le niveau 221. Dans la paroi du carter 50 est aménagée un passage 230 permettant à l’excédent d’huile de lubrification du réducteur 40a d’être évacuée vers le compartiment de la machine électrique 10 et empêche l’huile de dépasser le niveau 231. Un unique orifice 240 permet l’évacuation de l’huile vers un réseau extérieur (non représenté) comprenant une pompe, un filtre avec aimant et un échangeur huile/air. Groupe motopropulseur électrique (1), comprenant une machine électrique (10) refroidie par huile dont le rotor bobiné (12) construit sur une base tubulaire (12a) porte extérieurement un empilage de tôles et des bobinages (12c) et accueille intérieurement un mécanisme de différentiel (20) de partage de couple comprenant un boîtier en deux parties (21),(22) contenant un mécanisme différentiel sphérique à deux ou quatre satellites (24) et deux planétaires (23) dit à queue, s’étendant axialement, et à l’extrémité desquels est taillée une denture hélicoïdale (23c) entrainant les satellites (42) d’un réducteur (40a),(40b) lubrifié par huile selon un réseau commun au refroidissement de la machine électrique (10), caractérisé en ce que les parties (21),(22) du boîtier solidaires en rotation du rotor (12) ont des prolongements axiaux (21a),(22a), portent l’une un roulement (35) de guidage du rotor bobiné (12) dans le carter (50) ainsi que le rotor du resolver (37), et l’autre un roulement (35) de guidage du rotor bobiné (12) dans le couvercle (51) ainsi que le dispositif d’alimentation en courant (100) du rotor bobiné (12) constitué d’un élément fixe (130) en rotation, relié à une alimentation en courant électrique externe, de deux éléments support (110) et complémentaire (120) entrainés en rotation par le rotor, reliés aux bobines (12c) de ce dernier et de deux disques transmetteurs (150a),(150b) intercalés assurant la transmission du courant de l’élément fixe (130) en rotation aux éléments support (110) et complémentaire (120) rotatifs. Groupe motopropulseur électrique (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie (21) du boîtier porte les axes de satellites (25) et demi-axes (26), est centré dans la base tubulaire (12a) et fixé à celle-ci. Groupe motopropulseur électrique (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie (22) du boîtier est centrée et fixée au boîtier (21). Groupe motopropulseur électrique (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’un réseau de refroidissement et de lubrification ne comporte qu’un seul orifice d’alimentation (200). Groupe motopropulseur électrique (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce que l’extrémité d’une rampe d’arrosage (210) portée par le carter (50), alimente un conduit (204), qui alimente à son tour un conduit (205) pour la lubrification du réducteur (40a). Groupe motopropulseur électrique (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce que l’orifice d’alimentation (200) alimente également un conduit (202), opposé au conduit (201), qui alimente à son tour un conduit (203) pour la lubrification du réducteur (40b). Groupe motopropulseur électrique (1) selon les revendications 1 ou 4 caractérisé en ce que des passages (220), (230) dans les parois du carter (50) et du couvercle (51) évacuent l’excédent d’huile vers le compartiment contenant la machine électrique (10). Groupe motopropulseur électrique (1) selon les revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le réseau de refroidissement et de lubrification ne comporte qu’un seul orifice d’évacuation (240) vers un réseau extérieur (non représenté) comprenant une pompe, un filtre et un échangeur.