FR2835785A1 - Ensemble integre convertisseur de couple/demarreur-generateur - Google Patents

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FR2835785A1
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isg
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FR0301553A
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Gurinder S Kahlon
Shawn H Swales
Daniel Denton
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Visteon Global Technologies Inc
Original Assignee
Visteon Global Technologies Inc
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Abstract

La présente invention concerne un ensemble intégré (24) entre le moteur (20) et la transmission (26) d'un véhicule qui inclut à la fois un ensemble de convertisseur de couple (32) et un ensemble de démarreur-générateur intégré (ISG) (36). L'ensemble ISG (36) est monté entre l'ensemble de convertisseur de couple (32) et la transmission (26), un rotor de système ISG (56) étant accouplé en rotation à un impulseur (42) par l'intermédiaire d'un ensemble (58) présentant une élasticité pour permettre un montage et un fonctionnement corrects de l'ensemble intégré (24).

Description

déployée.
DESCRIPTION
La présente invention se rapporte à des trains de transmission de véhicules, et plus
particulièrement à des convertisseurs de couple intégrés à des démarreursgénérateurs.
Généralement, dans des véhicules automobiles munis de moteurs à combustion interne, les moteurs de démarreurs et les générateurs (ou les alternateurs) sont des composants séparés qui sont montés dans le compartiment moteur. Le démarreur n'est employé que durant le démarrage du moteur pour faire tourner le vilebrequin du moteur et le générateur (ou l'alternateur suivant le cas) est utilisé durant le fonctionnement du moteur pour fournir de l'électricité en vue de charger la batterie du véhicule et d'autres circuits électroniques du véhicule. Cet agencement présente des inconvénients cependant en ce que le coût est généralement élevé en raison du fait qu'il existe des ensembles séparés qui ont chacun leurs propres composants de fonctionnement et logements. De méme, l'espace de conditionnement requis n'est pas aussi efficace que possible. Cet agencement est particulièrement inefficace en ce que les deux composants fonctionnent
rarement, voire jamais, en même temps.
Avec la diminution de la taille des véhicules et le besoin de réduire le coût des véhicules, il est souhaitable de minimiser le coût et l'espace de conditionnement de ces deux composants. Ceci est particulièrement significatif dans des véhicules qui emploient également une transmission automatique (ou bo^te automatique), et un convertisseur de couple, car une transmission automatique et un convertisseur de couple prennent globalement plus d'espace qu'une transmission manuelle et qu'un embrayage. Il en résulte que certains ont tenté d'intégrer le démarreur et le générateur en une seule unité. Il existe cependant un besoin pour réali ser l'intogration de telle manière que l' espace de conditionnement et le coût soient minimisés tout en permettant encore que la fonction du
démarreur et la fonction du générateur soient remplies de façon adéquate.
Donc, il est souhaitable d'avoir un véhicule muni d'un moteur à combustion interne et d'une transmission automatique qui surmonte les inconvénients de l'agencement de composants classique. En particulier, il est souhaitable d'avoir un système ayant un démarreur-générateur intégré qui soit monté de façon compacte avec un ensemble de convertisseur de couple de manière à réduire le nombre des composants et l'espace de
conditionnement requis dans le compartiment moteur du véhicule.
Dans ses modes de réalisation, la présente invention prévoit un ensemble intégré conçu pour un montage dans un véhicule entre un moteur, comportant un ensemble de vilebrequin sortant de celui-ci, et une transmission, comportant un arbre d'entrée de transmission et un arbre de stator sortant de celle-ci. L'ensemble intégré comprend un carter conçu pour un montage entre le moteur et la transmission. Il comprend également un ensemble de convertisseur de couple positionné à l'intérieur du carter et conçu pour un montage adjacent au moteur, l'ensemble de convertisseur de couple comprenant un couvercle conçu pour s'accoupler en rotation à l'ensemble de vilebrequin, et un impulseur ou roue hélice accouplé en rotation au couvercle, I'impulseur ou roue hélice comprenant un moyeu d'impulseur conçu pour un montage autour de l'arbre de stator. L'ensemble intégré comprend également un moteur-générateur positionné à l'intérieur du carter de façon adjacente à l'impulseur et conçu pour un montage entre l'ensemble de convertisseur de couple et la transmission, le moteur- générateur ayant un stator de système ISG (démarreur générateur intégré) supporté par le carter, un support de rotor de système ISG monté et pouvant tourner par rapport au carter, et un rotor de système ISG monté sur le support de rotor de système ISG de façon adjacente au stator de système ISG et au moins un élément flexible relié entre le support de rotor de système ISG et l'impulseur de sorte
que le rotor de système ISG soit accouplé en rotation à l'impulseur.
Ledit au moins un élément flexible peut étre une tôle d'entranement de système
ISG ou un jeu d'ensembles de broches élastiques.
Dans ce dernier cas, le jeu d'ensembles élastiques peut comprendre une pluralité de broches rigides reliées à l'impulseur et une pluralité de cylindres flexibles, chacun
étant monté entre chacune des broches et le support de rotor de système ISG.
Selon une caractéristique de l'invention, ledit ensemble intégré peut comprendre en outre au moins un roulement monté entre le support de rotor de système ISG et le
carter et/ou au moins un roulement monté entre le carter et le moyeu d'impulseur.
Avantageusement, l'impulseur peut comprendre une surface radiale extérieure et le rotor de système ISG comprend une surface radiale extérieure qui est radialement vers
l'intérieur de la surface radiale extérieure de l'impulseur.
Préférentiellement, l'impulseur peut présenter une forme généralement semi torodale à un emplacement adjacent au moteur-générateur et dans lequel le rotor de système ISG présente une surface adjacente à l'impulseur qui est façonnée de façon à
correspondre à la forme de l'impulseur à cet emplacement.
La présente invention prévoit en outre un ensemble intégré conçu pour un montage dans un véhicule entre un moteur, comportant un ensemble de vilebrequin sortant de celui-ci, et une transmission, comportant un arbre d'entrce de transmission et un arbre de stator sortant de celle-ci. L'ensemble intégré comprend un carter conçu pour un montage entre le moteur et la transmission, et un ensemble de convertisseur de couple positionné à l'intérieur du carter et conçu pour un montage adjacent au moteur, l'ensemble de convertisseur de couple comprenant un couvercle conçu pour s'accoupler en rotation avec l'ensemble de vilebrequin, et un impulseur ou roue hélice accouplé en rotation avec le couvercle, l'impulseur comprenant un moyeu d'impulseur conçu pour un montage autour de l'arDre du stator. L'ensemble intégré comprend également un roulement monté entre le moyeu d'impulseur et le carter, et un moteur-générateur, positionné à l'intérieur du carter de façon adjacente à l'impulseur et conçu pour un montage entre l'ensemble de convertisseur de couple et la transmission, le moteur-générateur ayant un stator de système ISG supporté par le carter, un support de rotor de système ISG reposant sur un roulement monté sur le carter, et un rotor de système ISG monté sur le support de rotor de système ISG de façon adjacente au stator de système ISG, et un jeu d'ensembles de broches élastiques relié entre le support de rotor de système ISG et l'impulseur de sorte
que le rotor de système ISG soit accouplé en rotation avec l'impulseur.
La présente invention prévoit également un ensemble intégré conçu pour un montage dans un véhicule entre un moteur, comportant un ensemble de vilebrequin sortant de celui-ci, et une transmission, comportant un arbre d'entrce de transmission et un arbre de stator sortant de celle-ci. L'ensemble intégré comporte un carter conçu pour un montage entre le moteur et la transmission, et un ensemble de convertisseur de couple positionné à l'intérieur du carter et conçu pour un montage adjacent au moteur, l'ensemble de convertisseur de couple comprenant un couvercle conçu pour s'accoupler en rotation avec l'ensemble de vilebrequin, et un impulseur ou roue hélice accouplé en rotation avec le couvercle, l'impulseur comprenant un moyeu d'impulseur conçu pour un montage autour de l'arbre du stator. L'ensemble intégré comporte en outre un moteurgénérateur, positionné à l'intérieur du carter de façon adjacente à l'impulseur, et concu pour un montage entre l'ensemble de convertisseur de couple et la transmission, le moteur générateur ayant un stator de système ISG supporté par le carter, un support de rotor de système ISG reposant sur des roulements du système ISG montés sur le carter, le moyeu de l'impulseur étant supporté par le support de rotor de système ISG, un rotor de système ISG monté sur le support de rotor de système ISG de façon adjacente au stator de système ISG, et un élément rigide en rotation, axialement flexible relié entre le support de rotor de système ISG et l'impulseur de sorte que le rotor de système ISG est accouplé en rotation avec l'impulseur, et un roulement monté entre le support de rotor de système ISG et le carter. Un mode de réalisation de la présente invention permet un ensemble intégré qui comprend à la fois un ensemble de convertisseur de couple et un ensemble de démarreur
générateur intogré qui se monte entre un moteur et une transmission.
Un avantage de la présente invention est que l'espace de conditionnement requis pour inclure un système ISG dans un compartiment moteur d'un véhicule est minimisé. Un autre avantage de la présente invention est qu'un démarreur et un générateur
séparés ne sont pas nécessaires, ce qui réduit le coût de l'ensemble global.
La présente invention sera maintenant décrite davantage en détail, sous forme d'exemples non limitatifs sur la base des dessins suivants, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale simplifiée d'un ensemble de convertisseur de couple conforme à la présente invention, et la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, illustrant un second mode de
réalisation de l' invention.
La figure 1 illustre un moteur 20, comprenant un ensemble de vilebrequin 22 comportant une tôle d'entrâînement 38 montée sur un ensemble intégré 24, qui est à son tour monté sur une transmission 26, comprenant un arbre d'entrée de transmission 28. En se rétérant ici à une transmission, on désigne également une transmission automatique, le cas échéant. L'ensemble intégré 24 comprend un carter en cloche 30, à l'intérieur duquel est monté un ensemble de convertisseur de couple 32, et un carter de moteur 34, à 2 0 l'intérieur duquel est monté un ensemble de démarreurgénérateur (système IS G) moteur intégré 36. En se rétérant ici à un système ISG, on désigne également un démarreur
alternateur intogré, le cas échéant.
L'ensemble de convertisseur de couple 32 est généralement un convertisseur de couple classique. I1 comprend un couvercle 40 qui est boulonné sur la tôle d'entrâînement 38 et tourne avec elle, et un impulseur 42 qui est soudé sur le couvercle 40 et tourne avec lui. L'ensemble de convertisseur de couple 32 comprend également une turbine (non représentée) qui est montée sur l'arbre d'entrée de la transmission 28, à l'extrémité la plus proche du moteur 20, de manière classique, et un ensemble de stator/embrayage unidirectionnel (non représenté) qui se monte sur un arbre de stator 45 de manière classique. L'impulseur 42 comprend un moyeu d'impulseur 44, s'étendant vers l'extrémité de la transmission 26 du convertisseur de couple, qui repose sur un roulement à aiguilles 46. Le couvercle 40 comprend un moyeu 48, qui est guidé dans le vilebrequin du moteur 22 et est donc supporté par les roulements du moteur (non représentés). Avec cet agencement classique pour supporter l'ensemble de convertisseur de couple 32, la charge sur le vilebrequin 22 est similaire à celle d'un convertisseur de couple de fabrication classique, ainsi la présente invention n'impose pas de changements apportés au
vilebrequin ou à ses roulements.
On notera que l'extérieur de l'impulseur 42 est de forme semi-torodale. Ceci constitue une forme cl as si que et e st dû aux exi gence s d' éc oulement pour transLérer un couple par l'intermédiaire du fluide à l'intérieur de l'ensemble 32. Comme on l'expliquera ci-dessous, la présente invention profite de cette forme pour minimiser la longueur axiale
de l'ensemble intégré 24.
L'ensemble du système ISG 36 comprend un stator de système ISG 50, qui est monté sur le carter de moteur 34. Le carter de moteur 34 non seulement supporte le stator de système ISG 50, mais s'étend également autour de l'ensemble du système ISG 36 et fixe le roulement à aiguilles 46 entre lui-même et le moyeu de l'impulseur 44. Le carter de moteur 34 supporte en outre une paire de roulements de support de rotor 52, sur lesquels repose un support de rotor 54. Comme le carter de moteur 34 supporte à la fois les roulements de support de rotor 52 et le stator de système ISG 50, le nombre des pièces en accumulation de tolérances est minimisé, assurant ainsi une bonne adaptation lorsque les pièces sont montées et un faible entrefer magnétique pour de bonnes performances de la
machine électrique.
L'ensemble du système ISG 36 comprend également un rotor de système ISG 56, qui repose sur le support de rotor 54 et est monté de façon adjacente au stator de système ISG 50. Comme l'ensemble du système ISG 36 est situé entre l'ensemble de convertisseur de couple 32 et la transmission 26, et avec la forme toroïdale intrinsèque de l'impulseur 42, ceci permet que les spires d'extrémité du rotor de système ISG 56 recouvrent axialement l'impulseur 42. Cette configuration permet alors une longueur axiale globale
réduite de l'ensemble intégré 24, tout en minimisant également le diamètre de l'ensemble.
L'espace de conditionnement de l'ensemble global intogré 24 est alors minimisé.
Une série de broches de système ISG 58 se monte sur l'impulseur 42, et pénèhe également dans le support de rotor de système ISG 54 par l'intermédiaire d'une série de douilles élastomères généralement cylindriques 60. Comme expliqué ci-dessus, l'ensemble de convertisseur de couple est monté sur un système de roulements qui comprend le roulement à aiguilles 46 et le viletrequin 22, alors que le support de rotor de système ISG 54 repose sur les roulements de support de rotor 52. En raison du fait que ces deux systèmes de roulements indépendants sont utilisés, une élasticité est nécessaire entre le rotor du système ISG et l'ensemble de convertisseur de couple. Ceci est obtenu grâce aux douilles élastomères 60. Grâce à ces broches 58 et aux douilles 60, le rotor de
système ISG 56 est accouplé en rotation à l'impulseur 42 et est entrâîné par celui-ci.
Donc, l'ensemble de convertisseur de couple 32 et l'ensemble du système ISG 36 sont
accouplés ensemble et intégrés en un seul ensemble intégré compact 24.
Le fonctionnement de l'ensemble intégré 24 dans un train de transmission de véhicule sera maintenant expliqué. Pendant que le moteur 20 tourne, il entrâîne le vilebrequin 22 et la tôle d'entrâînement 38, qui entrâîne à son tour le couvercle de convertisseur de couple 40 et l'impulseur 42. L'impulseur 42 transfère le couple à la turbine (non représentée) de manière classique, lequel entraîne l'arbre d'enkée de la transmission 28. Jusqu'à présent, ceci est identique au kain de transmission d'un véhicule classique. L'impulseur 42 entrâîne également le rotor de système ISG 56 par l'intermédiaire des broches de système ISG 58 et du support de rotor 54. Cette rotation activera le stator de système ISG 50, lequel chargera une batterie de véhicule classique (non représentée) et fournira de l'électricité pour d'autres circuits électroniques du véhicule. Donc, l'ensemble de moteur-générateur du système ISG 36 est dans un mode de générateur. En revanche, si le moteur est arrêté et qu'un conducteur de véhicule tourne la clé du véhicule (non représentée) pour un démarrage, alors la batterie du véhicule (non représentée) alimentera le stator de système ISG 50, en l'amenant à entrainer le rotor de système ISG 56. Le rotor de système ISG 56 entrâînera alors l'impulseur 42, qui à son tour entrâînera le vilebrequin du moteur 22. A présent, l'ensemble moteurgénérateur du système ISG 36 est dans un mode de démarrage du moteur à combustion interne (moteur). La figure 2 illustre un second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, les éléments qui sont les mêmes que dans le premier mode de réalisation seront désignés par les mêmes numéros d'éléments, mais ceux qui ont changé ou ont été ajoutés seront désignés par des numéros de la série 100. Le moteur 20, la transmission 26, le vilebrequin 22, la tôle d'entrâînement 38, le carter de convertisseur de couple 30, le couvercle de convertisseur de couple 40, l'arbre d'entrée de la transmission 28, le stator de système ISG 50, le rotor de système ISG 56, et l'arbre de stator 45 sont
essentiellement les mêmes que dans le premier mode de réalisation.
Le carter de moteur 134 est monté sur le stator de système ISG 50, et s'étend également radialement vers l'intérieur pour se monter à la fois sur le palier à aiguilles 46 et un second palier à aiguilles 152. Le support de rotor de système ISG 154 est monté radialement à l'intérieur de ces deux roulements 46, 152. Ces deux roulements 46, 152 sont à l'intérieur de la zone étanche de la transmission 26, de sorte qu'ils sont à l'intérieur du bain d'huile fourni par la kansmission 26. Ceci réduira le frottement et améliorera la durée de vie d'usure des roulements 46, 152. Le support de rotor de système ISG est également monté sur le moyeu de l'impulseur 144 par l'intermédiaire d'un joint statique 153. Il en résulte que le moyeu de l'impulseur 144 est supporté et repose sur les roulements 46, 152 par l'intermédiaire du support de rotor de système ISG 154. Un seul joint statique 154 est nécessaire du fait que les deux composants tournent ensemble en un
seul bloc.
I1 existe une tôle d'entrâînement de système ISG 158 qui est relice entre le support de rotor 154 et l'impulseur 142. Cette tôle d'entra^mement de système ISG 158 crée le raccordement en rotation rigide pour transférer un couple enke l'ensemble de convertisseur de couple 132 et l'ensemble d'un moteur 136, tout en permettant également un certain jeu axial entre les deux ensembles. Elle permet une élasticité latérale pour prendre en compte un défaut d'alignement du moteur/de la transmission et une dilatation
du convertisseur de couple sous pression.
Bien que certains modes de réalisation de la présente invention aient été décrits en détail, l'homme de l'art auquel s'adresse l'invention se rendra compte de diverses conceptions et modes de réalisation en variante pour mettre en pratique l'invention telle
qu'elle est exposée précédemment.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Ensemble intégré conçu pour être monté sur un véhicule entre un moteur (20) comportant un ensemble de viletrequin (22) sortant de celui-ci, et une transmission (26) comportant un arbre d'entrée de transmission (28) et un arbre de stator (45) sortant de celle-ci, ledit ensemble intégré (24, 124) étant caractérisé en ce qu'il comprend: un carter (30) conçu pour un montage entre le moteur et la transmission, un ensemble de convertisseur de couple (32, 132) positionné à l'intérieur du carter (30) et conçu pour un montage adjacent au moteur (20), l'ensemble de convertisseur de couple (32, 132) comprenant un couvercle (40) conçu pour s'accoupler en rotation avec l'ensemble de vilebrequin (22), et un impulseur ou roue hélice (42, 142) accouplé en rotation avec le couvercle (40), l'impulseur ou roue hélice (42, 142) comprenant un moyeu d'impulseur (44, 144) conçu pour un montage autour de l'arbre de stator (45), et un moteur-générateur (36, 136), positionné à l'intérieur du carter (34, 134) de façon adjacente à l'impulseur (42, 142) et conçu pour un montage entre l'ensemble de convertisseur de couple (32, 132) et la transmission (26), le moteur-générateur (36, 136) ayant un stator (50) de système ISG (démarreur-générateur intégré) supporté par le carter (30), un support de rotor de système ISG (54, 154) monté sur le carter (34, 134) pouvant tourner par rapport à celui-ci, et un rotor de système ISG (56) monté sur le support de rotor de système ISG (54, 154) de façon adjacente au stator de système ISG (50), et au moins un élément flexible (58, 158) relié entre le support de rotor de système ISG (54, 154) et l'impulseur (42, 142) de sorte que le rotor de système ISG (56) est accouplé en
rotation avec l'impulseur (42, 142).
2. Ensemble intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins
un élément flexible est une tôle d'entrâînement de système ISG (158).
3. Ensemble intogré selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins
un élément flexible est un jeu d'ensembles de broches élastiques (58).
4. Ensemble intégré selon la revendication 3, caractérisé en ce que le jeu d'ensembles élastiques comprend une pluralité de broches rigides reliées à l'impulseur (42) et une pluralité de cylindres flexibles, chacun étant monté entre chacune des broches
(58) et le support de rotor de système ISG (54).
5. Ensemble intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un roulement (52, 152) monté entre le support de rotor de système ISG
(54, 154) et le carter (34, 134).
6. Ensemble intogré selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en
outre au moins un roulement (46) monté entre le carter (34) et le moyeu d'impulseur (44).
7. Ensemble intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impulseur (42, 142) comprend une surface radiale extérieure et le rotor de système ISG (56) comprend une surface radiale extérieure qui est radialement vers l'intérieur de la surface radiale
extérieure de l'impulseur (42, 142).
8. Ensemble intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impulseur (42, 142) présente une forme généralement semi-torodale à un emplacement adjacent au moteur-générateur (36, 136) et dans lequel le rotor de système ISG (56) présente une surface adjacente à l'impulseur (42, 142) qui est façonnée de façon à correspondre à la
forme de l'impulseur (42, 142) à cet emplacement.
9. Ensemble intégré (24) conçu pour un montage dans un véhicule entre un moteur, comportant un ensemble de vilebrequin sortant de celui-ci, et une transmission, comportant un arbre d'entrée de transmission (28) et un arbre de stator (45) sortant de celle-ci, l'ensemble intégré (24) étant caractérisé en ce qu'il comprend: un carter (30) conçu pour un montage entre le moteur et la transmission, un ensemble de convertisseur de couple (32), positionné à 1'intérieur du carter (30) et concu pour un montage adjacent au moteur, l'ensemble de convertisseur de couple (32) comprenant un couvercle (40) conçu pour s'accoupler en rotation à l'ensemble de vilebrequin, et un impulseur ou roue hélice (42) accouplé en rotation au couvercle (40), l'impulseur (42) comprenant un moyeu d'impulseur (44) conçu pour un montage autour de l'arbre de stator (45), un roulement (46) monté entre le moyeu d'impulseur (44) et le carter (34), et un moteur-générateur, positionné à l'intérieur du carter (34) de façon adjacente à l'impulseur (42) et conçu pour un montage entre l'ensemble de convertisseur de couple (32) et la transmission, le moteur- générateur ayant un stator de système ISG supporté par le carter (34), un support de rotor de système ISG (54) reposant sur un roulement monté sur le carter (34), et un rotor de système ISG monté sur le support de rotor de système ISG de façon adjacente au stator de système ISG (50), et un jeu d'ensembles de broches élastiques relié entre le support de rotor de système ISG (54) et l'impulseur (42) de sorte
que le rotor de système ISG est accouplé en rotation à l'impulseur (42).
10. Ensemble intégré (124) conçu pour un montage dans un véhicule entre un moteur, comportant un ensemble de vilebrequin sortant de celui-ci, et une transmission, comportant un arDre d'entrée de kansmission (28) et un arbre de stator (45) sortant de celle-ci, l'ensemble intégré (124) étant caractérisé en ce qu'il comprend: un carter (30) conçu pour un montage entre le moteur et la transmission, un ensemble de convertisseur de couple (132), positionné à l'intérieur du carter (30) et conçu pour un montage adjacent au moteur, l'ensemble de convertisseur de couple (132) comprenant un couvercle (40) conçu pour s'accoupler en rotation avec l'ensemble de vilebrequin, et un impulseur ou roue hélice (142) accouplé en rotation au couvercle (40), l'impulseur (142) comprenant un moyeu d'impulseur (144) conçu pour un montage autour de l'arbre de stator (45), un moteur-générateur (136), positionné à l'intérieur du carter (134) de façon adjacente à l'impulseur (142) et conçu pour un montage entre l'ensemble de convertisseur de couple (132) et la transmission, le moteur- générateur ayant un stator de système ISG (50) supporté par le carter (134), un support de rotor de système ISG (154) reposant sur des roulements de système (46, 152) ISG montés sur le carter (134), le moyeu d'impulseur (144) étant supporté par le support de rotor de système ISG (154), un rotor de système ISG (56) monté sur le support de rotor de système ISG (154) de façon adjacente au stator de système ISG (45), et un élément rigide en rotation (158), axialement flexible relié entre le support de rotor de système ISG (154) et l'impulseur (142) de sorte que le rotor de système ISG (56) est accouplé en rotation à l'impulseur (142), et un roulement monté entre le support de rotor de système ISG (154) et le carter
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