FR2887699A1 - Machine electrique tournante ainsi qu'un vehicule automobile equipe d'au moins une telle machine electrique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une machine électrique tournante comprenant un carter (C) à l'intérieur duquel est logé tournant un rotor (2). La machine électrique comprend en outre un système de transmission (A ; B) à rapport variable destiné à relier la machine électrique tournante à un moteur thermique, le système de transmission (A ; B) étant conformé pour permettre à la machine électrique tournante, en mode de fonctionnement générateur, d'être entraînée avec une vitesse au moins approximativement constante, quelle que soit la vitesse de rotation du moteur thermique qui l'entraîne.L'invention concerne également un système de transmission pour une machine électrique tournante destiné à relier celle-ci à un moteur thermique.

Description

Machine électrique tournante ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'au

moins une telle machine électrique.

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne les machines électriques tournantes que l'on utilise dans des véhicules automobiles pour différentes applications. Ces machines fonctionnent comme moteur électrique (mode moteur) ou comme générateur d'électricité (mode générateur).

Un véhicule automobile ayant comme source de propulsion un moteur thermique, comprend - installées dans le compartiment moteur - des machines électriques telles que, par exemple, un démarreur électrique, un générateur électrique sous la forme d'un alternateur, un ventilateur faisant partie du système de refroidissement du moteur thermique, et un ventilateur supplémentaire, si le véhicule est équipé d'un système de climatisation.

Ces machines électriques tournantes se distinguent les unes des autres à la fois par leur mode de fonctionnement, à savoir mode moteur ou mode générateur, et par l'existence ou l'absence d'une liaison cinématique entre le moteur thermique et ces machines électriques.

Ainsi, le démarreur fonctionne en mode moteur et l'alternateur en mode générateur, ces deux machines électriques tournantes étant reliées au moteur thermique par des éléments mécaniques assurant une liaison cinématique ou transmission entre chacune de ces deux machines et le moteur thermique. Toutefois, il y a aussi des machines électriques réversibles conçues pour fonctionner aussi bien en mode moteur qu'en mode 2887699 2 générateur. De telles machines, décrites par exemple dans le document WO 01/69762, peuvent être utilisées par exemple comme machines combinées d'alternateur-démarreur, également appelées alterno-démarreur.

Les ventilateurs sont évoqués ici, bien qu'ils ne suivent pas le même régime de fonctionnement que les deux machines électriques citées ci avant, à savoir l'alternateur et le démarreur électrique. En effet, les ventilateurs destinés à refroidir le fluide de refroidissement du moteur thermique et/ou le fluide du système de climatisation d'un véhicule automobile sont entraînés mécaniquement par le moteur thermique, habituellement moyennant une courroie passant par des poulies, ou sont entraînés électriquement par le réseau électrique de bord du véhicule.

Dans le premier cas, le ventilateur ne fonctionne ni en mode moteur, ni en mode générateur, mais constitue une charge mécanique pour le moteur thermique qui doit l'entraîner. Pour limiter cette charge, le ventilateur est d'ailleurs généralement accouplé et découplé à l'aide d'un embrayage électromécanique commandé suivant la température du fluide à refroidir. Lorsque le ventilateur est accouplé, il tourne avec une vitesse de rotation directement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur thermique.

Dans le second cas, le ventilateur fonctionne en mode moteur et fait partie des consommateurs électriques du véhicule automobile auxquels l'énergie électrique nécessaire doit être fournie, selon l'état de marche du véhicule, par l'alternateur ou par la batterie du véhicule. Le ventilateur est alors entraîné avec une vitesse généralement constante, mais en tout cas indépendante de celle du moteur thermique. Pour cette raison, les ventilateurs électriques ne sont pas concernés par la présente invention.

Lorsque les ventilateurs sont entraînés par le moteur thermique à l'aide d'une courroie individuelle ou 2887699 3 à l'aide d'une courroie en commun avec, par exemple, la pompe à eau et/ou l'alternateur, le ventilateur, ou chacune de ces machines, tourne avec une vitesse propre qui dépend du rapport de transmission entre les poulies respectives sur lesquelles la ou les courroies passent, mais qui est liée à la vitesse de rotation du moteur thermique et varie donc directement proportionnellement avec celle-ci.

Cette dépendance de la vitesse de rotation des machines électriques de la vitesse de rotation du moteur thermique peut être acceptée pour le ventilateur. En effet, plus le moteur thermique tourne vite, plus il a besoin d'être refroidi et plus il faut donc augmenter le débit d'air, c'est-à-dire plus le ventilateur doit tourner vite.

Mais cette dépendance n'est pas souhaitable pour l'alternateur.

En effet, lorsque le moteur thermique tourne lentement, la production d'électricité est relativement faible ou pour le moins dans certains cas, notamment lorsqu'il s'agit d'une dynamo, insuffisante pour répondre à la demande des divers consommateurs du véhicule automobile. Ceci a pour effet que la tension du réseau de bord du véhicule baisse, que la batterie est faiblement chargée ou que la batterie n'est même pas chargée, mais doit au contraire fournir de l'électricité.

Pour prévenir à une telle insuffisance de production d'énergie électrique, on utilise, depuis assez longtemps déjà, des alternateurs à la place de dynamos, car les alternateurs sont en mesure de produire une quantité d'énergie électrique acceptable dès des vitesses de rotation relativement faibles.

Néanmoins, même si les alternateurs produisent une énergie électrique suffisante déjà à bas régime, il n'en reste pas moins qu'ils fonctionnent en surproduction 2887699 4 d'énergie électrique lorsque le moteur thermique auquel ils sont reliés, tourne à un haut régime.

En effet, il convient de rappeler que, de manière générale, il y a un rapport fixe de l'ordre de trois entre la vitesse de rotation avec laquelle les machines électriques, telles que l'alternateur et le ventilateur, sont entraînés et la vitesse de la rotation du moteur thermique. Ainsi, à titre d'exemple, la vitesse de rotation d'un alternateur ou d'un ventilateur entraîné par une courroie varie entre 0 et 18.000 tours par minute lorsque la vitesse de rotation d'un moteur thermique varie entre 0 et 6.000 tours par minute.

Par ailleurs, les machines électriques tournantes sont pourvues d'au moins un ventilateur solidaire de l'axe du rotor de la machine. Cela signifie que les problèmes évoqués plus haut et qui sont liés à la vitesse de rotation élevée de la machine électrique tournante, sont aussi valable, de manière analogue, pour le ventilateur, le plus souvent un ventilateur interne , de la machine. Il s'y ajoute cependant, par exemple, encore un risque de déformation de pales du ventilateur et les usures prématurées ou casses qui peuvent en être la conséquence.

Tous les effets nuisibles affectant le fonctionnement et la durée de vie d'une machine électrique tournante sont incomparablement plus dévastateurs à un haut régime qu'à un régime modéré ou bas. Il en est ainsi notamment avec l'usure et les vibrations, mais aussi avec des pertes de ventilation et le bruit aéraulique, lorsqu'il s'agit d'un ventilateur. Toutefois, lorsqu'il s'agit d'un alternateur, les pertes de fer sont élevées à haut régime, alors que les problèmes thermiques sont élevés à bas régime. Pour cette raison, il paraît intéressant de pouvoir limiter le régime des machines électriques tournantes sans subir pour autant des baisses de performances de celles-ci et d'adapter la vitesse de rotation du ventilateur 2887699 5 interne de la machine pour améliorer le refroidissement à bas régime.

En effet, il a été constaté que les pertes de ventilation peuvent s'élever jusqu'à 800 Watts pour un ventilateur et les pertes aérauliques du rotor peuvent être du même niveau. Ceci représente alors des pertes dépassant 1.500 Watts pour une machine, ce qui diminue fortement le rendement à haute vitesse. Les pertes augmentant avec la vitesse de rotation en puissance cubique, les pertes à 18.000 tours par minute représentent environ 27 fois les pertes à 6.000 tours par minute.

Les pertes de fer, notamment dans le corps en forme de paquet de tôles que comporte le stator et/ou le rotor de la machine, augmentent aussi avec la vitesse de rotation et les pertes électromagnétiques deviennent prédominantes au-delà de 9.000 tours par minute, diminuant ainsi le rendement à haute vitesse. Si l'on limite le régime par exemple à 6.000 tours par minute, on peut diminuer les pertes de fer à environ un sixième des pertes encourues à 18.000 tours par minute.

Le bruit aéraulique devient prédominant au-delà de 8.000 tours par minute. A 18.000 tours par minute, il atteint des valeurs de l'ordre de 110 à 120 dB. Si, par contre, on limite le régime à 6.000 tours par minute, on obtient une réduction du bruit aéraulique de l'ordre de 25 dB, ce qui signifie que le bruit aéraulique est pratiquement inexistant à 6. 000 tours par minute.

La situation thermique des machines électriques tournantes va en quelque sorte à l'opposé des pertes de ventilation et des pertes de fer, puisque la situation thermique risque d'être critique en bas régime. En effet, le débit d'air, et donc le refroidissement par air de la machine, augmente beaucoup moins vite que le débit électrique, lorsqu'il s'agit d'un alternateur, ou les pertes de fer, lorsqu'il s'agit d'un démarreur. Par contre, lorsqu'un alternateur tourne aux alentours de 2887699 6 6.000 tours par minute, le débit électrique est maximal, et le débit d'air est aussi suffisamment grand pour éviter tout problème thermique éventuel.

Les machines électriques débitent progressivement, en atteignant leur débit électrique maximal vers 6.000 tours par minute. Elles suivent une évolution croissante avec la vitesse et montrent un comportement asymptotique vers environ 6.000 tours par minute. Alors que les débits électriques sont en général insuffisants en régime très bas, ils augmentent assez vite et atteignent un niveau de 80 % du maximum aux alentours d'une vitesse de rotation de 3.000 tours par minute. Ceci permet de faire tourner les alternateurs à des vitesses de l'ordre de 6. 000 tours par minute pour obtenir le débit maximal en puissance électrique.

Si l'on pouvait réussir à faire tourner les machines électriques tournantes à des régimes de cet ordre de grandeur sans subir des pertes de performances, il devrait être possible d'obtenir des avantages tels que, par exemple, une plus grande durée de vie des machines et une usure moindre des balais et des roulements. En effet, lorsque des machines électriques tournantes ayant un rotor à griffes tournent très vite, l'effet centrifuge cause une déformation des griffes qui non seulement peut entraîner une usure prématurée des griffes et du stator, mais qui permet aussi aux aimants initialement retenus par les griffes de se libérer et de causer ainsi des dégâts.

Au vu de ce qui est décrit ci avant sur l'évolution des contraintes que subissent les machines électriques tournantes entraînées par un moteur thermique, en fonction de la vitesse de rotation de celles-ci, il paraît souhaitable de pouvoir faire tourner les machines électriques tournantes, notamment les alternateurs et les ventilateurs, à des vitesses inférieures à celles actuellement pratiquées. En même temps, les vitesses de rotation ne devraient pas être 2887699 7 trop bas pour assurer un minimum de performance. Il faudrait en fait pouvoir entraîner les machines électriques tournantes à des vitesses de rotation égales ou supérieures à celles des machines électriques actuelles à bas régime et les entraîner à des vitesses de rotation inférieures à celles des machines actuelles à haut régime.

Si l'on pouvait faire tourner les machines électriques tournantes plus lentement, cela devrait permettre de concevoir des machines plus petites, car les machines électriques tournantes actuelles sont souvent surdimensionnées pour prévenir aux difficultés éventuelles susceptibles de survenir aux différents régimes de celles-ci.

Afin de pouvoir faire fonctionner des machines électriques tournantes à des vitesses de rotation les mieux adaptées possible aux différents régimes du moteur thermique qui les entraîne, des moyens de transmission à rapport variable ont déjà été utilisés. Ces moyens permettent que les machines électriques tournantes fonctionnent dans la gamme de vitesses de rotation la plus favorable à leur rendement, quel que soit le régime du moteur thermique.

Les moyens de transmission à rapport de transmission variable peuvent être conformés pour varier le rapport de transmission de manière continue ou de manière discontinue. Dans ce dernier cas, le rapport de transmission est fixe entre une première vitesse de rotation et une deuxième vitesse de rotation, ou entre un premier régime et un deuxième régime, du moteur thermique et variable en dehors de cette plage de vitesses de rotation. Souvent, cette plage de vitesses de rotation est déterminée entre zéro et une certaine vitesse de rotation, c'est-à-dire le rapport de transmission est fixe jusqu'à un certain régime et variable à partir de ce régime du moteur thermique.

Les moyens de transmission à rapport de transmission variable comportent généralement des poulies ayant des joues à écartement variable et destinées à recevoir une courroie passant sur ces poulies. L'écartement des joues des poulies est commandé, par exemple, en fonction du couple demandé par la machine électrique entraînée par ces moyens de transmission. Des poulies ayant des joues à écartement variables sont utilisées, par exemple, avec le dispositif d'équipement décrit dans le document EP-B-0 052 527. L'écartement des joues est commandé par un variateur qui est lui-même commandé en fonction du régime moteur.

Un autre dispositif d'entraînement à rapport de transmission variable est décrit dans le document FR-A-2 281 245. Ce dispositif est destiné à l'entraînement d'un organe auxiliaire équipant un véhicule automobile, par exemple un alternateur, et comporte une transmission à rapport de transmission variable intervenant entre le vilebrequin du moteur thermique et l'organe auxiliaire. Cette transmission est conformée de manière que la courbe représentative des variations de la vitesse de l'organe auxiliaire en fonction de la vitesse du moteur thermique comprend, dans une première phase, correspondant à la montée en vitesse, un premier tronçon de pente. La phase de montée en vitesse est poursuivie jusqu'à un régime dit de ralenti ou de ralenti accéléré du moteur thermique à partir duquel la courbe représentative des variations de la vitesse de l'organe auxiliaire comprend, dans une seconde phase, dite d'origine normale, un second tronçon de pente. Le second tronçon a une pente nettement inférieure à celle du premier tronçon. Ce dispositif d'entraînement comprend des poulies ayant chacune un flasque axialement mobile, la mobilité axiale étant soumise à la commande de moyens sensibles à la vitesse centrifuge et à des moyens de rappel sous la forme d'un 2887699 9 diaphragme ayant une partie centrale fragmentée en doigts sensiblement radiaux.

Encore un autre dispositif à rapport de transmission variable est décrit dans le document EP-A-1 480 311. Ce dispositif intervient directement dans la machine électrique tournante. A cet effet, le stator de la machine comprend une pluralité d'électro-aimants avec une quantité de noyaux individuels magnétiques réalisés en un métal amorphe. La variation de la vitesse de rotation de cette machine électrique est obtenue par une combinaison variable des électro-aimants activant les parties correspondantes de l'ensemble des pièces formant le noyau électromagnétique. Cette disposition permet de varier aussi bien la vitesse de la machine électrique que son couple et la puissance.

Encore un autre dispositif de transmission à rapport de transmission variable est décrit dans le document WO-A-03/023256. Ce dispositif est du type épicycloïdal et comprend des éléments planétaires qui sont en contact les uns avec les autres à l'aide de pistes, une piste intérieure et une piste extérieure. Par variation de la distance axiale entre les deux pistes, on varie la position radiale des éléments planétaires et modifie ainsi le rapport de transmission.

Les différents dispositifs de transmission à rapport de transmission variable décrits ci dessus permettent à la fois de limiter la vitesse de rotation d'une machine électrique tournante, entraînée par un moteur thermique, à un niveau acceptable en ce qui concerne les effets nuisibles, déjà évoqués plus haut, accompagnant tout fonctionnement d'une machine électrique tournante, par exemple les pertes de fer, et de rendre la vitesse de rotation de la machine électrique tournante, au moins à un certain degré, indépendante de la vitesse de rotation du moteur thermique qui l'entraîne.

2887699 10 Il y a aussi des dispositifs de transmission dont le rapport de transmission est particulièrement adapté aux besoins de fonctionnement d'une machine électrique tournante fonctionnant comme démarreur d'un moteur thermique. En effet, dans le cas du mode de fonctionnement démarreur d'une machine électrique tournante, l'intérêt d'un rapport variable, ou pour le moins d'un rapport augmenté d'entraînement, réside aussi bien dans la possibilité de démarrer des moteurs diesels et des moteurs essence à cylindrés élevées que dans leur capacité de démarrer des moteurs, diesels ou essences, à des températures très basses.

Ainsi, les dispositifs de transmission destinés à équiper des machines électriques tournantes fonctionnant en mode démarreur diffèrent sensiblement des dispositifs de transmission destinés à équiper des machines électriques tournantes fonctionnant comme générateurs.

En effet, pour un fonctionnement en mode générateur, c'est-à-dire lorsque la machine électrique tournante est entraînée par le moteur thermique, le dispositif de transmission est actuellement conçu de manière à multiplier la vitesse de rotation du moteur thermique par un rapport de transmission de l'ordre de deux ou trois. Pour un fonctionnement en mode démarreur, par contre, c'est-à-dire lorsque la machine électrique tournante doit entraîner le moteur thermique, le rapport de transmission est actuellement plutôt de l'ordre de six à huit, puisque que la machine électrique tournante doit fournir au moteur thermique un couple assez important afin de pouvoir le démarrer, notamment lorsqu'il s'agit d'un moteur thermique présentant une grande résistance en raison de son principe de fonctionnement (diesel) et/ou de sa grande cylindré et/ou encore lorsque les conditions de fonctionnement sont difficiles, par exemple en cas de démarrage à très basses températures.

2887699 11 Mais la comparaison entre une transmission pour un démarreur et une transmission pour un générateur ne peut pas s'arrêter à la seule comparaison entre les rapports de transmission, car il faut encore tenir compte du sens de la transmission. En effet, lorsque l'on veut utiliser dans un véhicule automobile propulsé par un moteur thermique - une machine électrique tournante unique pour assurer à la fois le mode de fonctionnement alternateur et le mode de fonctionnement démarreur, la transmission doit également être réversible.

Lorsque la machine électrique tournante est entraînée par le moteur thermique, la vitesse de rotation du moteur thermique est transmise et multipliée vers la machine électrique. Mais lorsque la machine électrique tournante entraîne le moteur thermique, la vitesse de rotation est transmise de la machine électrique tournante vers le moteur thermique et doit, ici aussi, être multipliée de la machine électrique tournante vers le moteur thermique, donc dans le sens opposé par rapport à celui de la transmission précédente.

Cependant, aucun mécanisme de transmission ayant un rapport de transmission fixe est en mesure d'effectuer pour les deux sens de transmission, soit une multiplication, soit une démultiplication d'une vitesse de rotation. Et les mécanismes à rapport de transmission variable ont soit des dimensions trop importantes lorsque leur gamme de rapports de transmission conviendrait, soit une gamme de rapports de transmission trop restreinte, lorsque leurs dimensions conviendraient.

Les dispositifs de transmission utilisés avant l'invention ne permettant pas un fonctionnement réversible à deux rapports de transmission différents, il semble donc être impossible de pouvoir utiliser une machine électrique tournante unique pour la transmission dans les deux sens entre un moteur thermique et une 2887699 12 machine électrique tournante alors que cela est nécessaire lorsque l'on veut utiliser une machine électrique unique réversible pouvant aussi bien entraîner un moteur thermique (mode démarreur) que d'être entraînée par celui-ci (mode générateur).

OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est de remédier aux 10 différents inconvénients décrits plus haut.

Un avantage recherché de l'invention est que le système de transmission à déterminer, destiné à relier entre eux un moteur thermique et une machine électrique tournante, puisse fonctionner de manière réversible, c'est-àdire assurer la transmission dans les deux directions de transmission et avec des moteurs thermiques de toute taille et sous toutes conditions de fonctionnement, notamment de température de l'environnement.

Un autre avantage recherché de l'invention est que le système de transmission à déterminer soit à rapport de transmission variable.

Encore un autre avantage recherché de l'invention est que le système de transmission à déterminer soit à la fois à rapport de transmission variable et réversible.

Encore un autre avantage recherché de l'invention est que le système de transmission puisse être intégré dans une machine électrique tournante.

Le but de l'invention est atteint avec une machine électrique tournante configurée pour travailler en mode générateur et comprenant un carter à l'intérieur duquel est logé tournant un rotor, un arbre, un organe d'entraînement, tel qu'une poulie, appartenant à une liaison d'entraînement entre un moteur thermique et l'arbre de la machine et au moins un système de transmission supplémentaire à rapport variable destiné à 2887699 13 relier la machine électrique tournante au moteur thermique, le système de transmission étant conformé pour permettre à la machine électrique tournante, en mode de fonctionnement générateur, d'être entraînée avec une vitesse au moins approximativement constante, quelle que soit la vitesse de rotation du moteur thermique qui l'entraîne.

Avantageusement, la machine électrique de l'invention comprend un système de transmission toroïdal avec deux pistes formées respectivement par le rotor de la machine électrique tournante et un flasque monté coaxialement par rapport au rotor et ayant un arbre.

La machine fonctionne de manière optimale aussi bien en mode générateur, lorsqu'elle est entraînée par le moteur thermique et fonctionne comme alternateur, qu'en mode moteur lorsque la machine électrique tournante entraîne le moteur thermique pour le démarrer. Un avantage très particulier de la machine électrique selon l'invention est que les rapports de transmission peuvent être variés dans chaque mode de fonctionnement indépendamment de la variation dans l'autre.

Techniquement, la machine électrique selon l'invention permet de gagner un degré de liberté pour le démarrage des moteurs thermiques. En effet, alors que, sans utilisation de l'invention, l'on peut varier uniquement la puissance des machines électriques tournantes en mode moteur, il est possible avec l'invention, de pouvoir augmenter, ou pour le moins varier, les rapports de transmission et donc le couple que la machine électrique fournit.

Selon différents modes de réalisation et variantes de réalisation, la machine électrique selon l'invention peut également avoir l'une ou l'autre des caractéristiques ci-après, considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles: - le système de transmission comprend deux variateurs toroïdaux montés de manière symétrique tel 2887699 14 que le rotor soit disposé entre les flasques des deux variateurs; - le, ou chacun des, variateurs toroïdaux comprend une masselotte destinée à actionner le 5 variateur par centrifugation; - le rotor est pourvu d'un engrenage circonférentiel formant respectivement une sortie ou une entrée du système de transmission, lorsque l'arbre du flasque forme une entrée ou une sortie du système; - le système de transmission est conformé pour que le dernier rapport du premier régime de fonctionnement du système de transmission soit le premier rapport du second régime de fonctionnement; - la machine électrique comprend une première poulie destinée à être reliée, par au moins une courroie, à une deuxième poulie solidaire d'un arbre de sortie d'un moteur thermique, la poulie étant solidaire de l'arbre du système de transmission.

La machine électrique comprend avantageusement, comme parties du système de transmission, une poulie à rayon constant destinée à être reliée au moyen d'entraînement, et, pour contrôler les vitesses de rotation de la poulie transmises au rotor, un système toroïdal.

Le but de l'invention est également atteint avec un véhicule automobile qui comprend une machine électrique tournante comportant un système de transmission à rapport variable.

Une des caractéristiques importantes de la présente invention consiste en la réversibilité non seulement de la machine électrique tournante proprement dite, mais aussi dans la réversibilité du système de transmission. En utilisant, par exemple, un système de roue libre et d'embrayage centrifuge ou électromagnétique ou un système toroïdal, on peut passer d'un mode de fonctionnement démarreur à un mode de fonctionnement alternateur et vice versa. Si l'on 2887699 15 arrange le système de transmission de manière que le dernier rapport d'un mode soit le premier rapport de l'autre mode, le passage d'un mode à l'autre se fera sans secousse.

Selon la présente invention, les machines électriques tournantes sont conçues de manière à former une unité avec le système de transmission réversible. Cette unité peut être réalisée essentiellement sous forme de deux modes de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, le système de transmission est intégré dans la machine électrique tournante ou monté attenant à celle-ci, et la machine électrique tournante est montée avec le système de transmission directement sur l'axe ou arbre du vilebrequin du moteur thermique.

Selon un second mode de réalisation, la machine électrique tournante proprement dite et le système de transmission forment deux modules séparés qui sont destinés à une liaison avec l'axe du vilebrequin du moteur thermique par une ou deux courroies. Pour un entraînement avec une seule courroie, le système de transmission peut être monté sur l'axe du vilebrequin du moteur thermique et être pourvu d'une poulie sur laquelle passe la courroie unique qui passe ensuite sur une poulie dont la machine électrique tournante est équipée. Par inversion, le système de transmission peut être monté sur l'axe de la machine électrique tournante et être pourvu d'une poulie sur laquelle passe une courroie qui passe ensuite sur une poulie montée sur l'axe du vilebrequin.

Lorsque la construction du moteur thermique et ses différents organes auxiliaires requièrent l'utilisation de deux courroies, on utilisera une poulie relais mettant en relation les deux chemins de courroie qui sont un premier chemin entre la poulie relais et l'axe vilebrequin ou l'axe sortie d'un système de transmission monté sur l'axe de vilebrequin, d'une part, et entre la poulie relais et l'axe ou arbre de la machine électrique 2887699 16 tournante ou d'un système de transmission monté sur la machine électrique tournante. La poulie relais peut également être montée sur unsystème de transmission qui serait alors dans une position de relais entre l'axe vilebrequin du moteur thermique et l'axe de la machine électrique tournante.

Le choix d'une conception à une seule courroie ou à deux courroies peut également dépendre des rapports de transmission que l'on souhaite réaliser pour une application particulière. En effet, comme cela se faisait déjà avant l'invention, les rapports de transmission peuvent être réalisés d'un seul trait, ce qui se présentera notamment lorsque l'on monte la machine électrique tournante avec le système de transmission directement sur l'axe du vilebrequin. A titre auxiliaire, on pourrait considérer aussi qu'en réalisation en un seul trait un agencement selon lequel la machine électrique tournante avec le système de transmission ne sont pas montés directement sur l'axe du vilebrequin du moteur thermique mais sont reliés par une courroie, lorsque les poulies par lesquelles passe la courroie ont un rapport de diamètre un à un.

Dans tous les autres cas, les rapports de transmission sont réalisés en deux ou trois parties, la réalisation en deux parties correspondant à l'utilisation d'une seule courroie et la réalisation en trois parties correspondant à l'utilisation de deux courroies.

Le choix de réalisation en un seul trait ou en deux ou trois parties dépend, par exemple, des forces à transmettre ensemble avec des contraintes de place obligeant de ne pas dépasser certaines dimensions pour la réalisation des différents éléments du système de transmission.

En ce qui concerne l'architecture du système de transmission selon l'invention, toutes les versions possibles, qu'elles soient décrites ici ou non, reposent 2887699 17 sur une architecture commune selon laquelle le système comprend un axe d'entrée qui correspond à l'axe du vilebrequin du moteur lorsque le moteur thermique entraîne la machine électrique tournante, et éventuellement une poulie d'entrée liée à l'axe d'entrée. En cas de présence d'une poulie d'entrée, celle-ci entraîne une poulie de sortie liée à un axe ou arbre de sortie qui correspond à l'axe ou arbre de la machine électrique tournante. Cet entraînement se fait par courroie soit directement par un seul chemin de courroie qui comprend au moins la poulie du vilebrequin et la poulie de la machine électrique tournante; soit via une poulie relais mettant en relation deux chemins de courroie. Le système global est réversible, c'est-à- dire pendant le mode démarrage du fonctionnement de la machine électrique, l'axe de sortie (l'axe orienté vers la machine électrique) devient moteur et l'axe ou arbre d'entrée (l'axe du vilebrequin) devient résistif.

Pour simplifier la lecture de ce qui suit, notamment pour éviter des confusions, on ne parlera dans la suite que de la nature de l'axe d'une machine électrique tournante, à savoir d'un axe ou arbre entraîné (mené) ou d'un axe ou arbre entraînant (menant), le premier étant celui d'un générateur électrique et le second l'axe d'un moteur. L'axe ou arbre d'un ventilateur ou d'un autre organe auxiliaire entraîné par le moteur thermique, en général par une courroie, ainsi que l'axe d'un ventilateur solidaire du rotor de la machine électrique sera donc considéré comme analogue à l'axe alternateur.

Pour la réalisation du système de transmission, différentes propriétés du système et de ses éléments sont à prendre en compte qui, combinées, donnent toute un ensemble de solutions possibles parmi lesquelles on choisira les plus appropriés pour une application donnée.

2887699 18 Les différentes propriétés d'un système de transmission selon l'invention peuvent être résumées selon les catégories suivantes (CVT signifiant Transmission continue variable): Dispositif de réduction/multiplication pour le démarrage 1. Aucun II. Train épicycloïdal III. Transmission continue variable (CVT) à rayon de poulie variable IV. CVT à rochet V. CVT à galet VI. CVT toroïdale Implémentation du dispositif de réduction/-multiplication pour le démarrage 1. Axe alternateur 2. Axe relais 3. Axe vilebrequin (Pour les poulies à rayon variable) 4. Axe alternateur et axe relais 5. Axe alternateur et axe vilebrequin Technologie de verrouillage/embrayage du dispositif de réduction/multiplication pour le démarrage 1) Roue libre 2) Embrayage centrifuge 3) Embrayage centrifuge et roue libre 4) Embrayage électromagnétique 5) Embrayage électromagnétique et roue libre Dispositif de réduction/multiplication pour le mode alternateur A. Aucun B. Train épicycloïdal C. CVT à rayon de poulie variable D. CVT à rochet E. CVT à galet F. CVT toroïdale Implémentation du dispositif de réduction/multiplication pour le mode alternateur a. Axe alternateur b. Axe relais c. Axe vilebrequin (Pour les poulies à rayon variable) d. Axe alternateur et axe relais e. Axe alternateur et axe vilebrequin Technologie de verrouillage/embrayage du dispositif de réduction/multiplication pour le mode alternateur a) Roule libre b) Embrayage centrifuge c) Embrayage centrifuge et roue libre d) Embrayage électromagnétique e) Embrayage électromagnétique et roue libre Les combinaisons de ces différentes propriétés d'un système de transmission permettent potentiellement de réaliser 6 x 52 x 6 x 52 = 22.500 systèmes différents.

Parmi ces différents systèmes possibles, les systèmes suivants, qui portent comme signe distinctif une suite de nombres et lettres suivant la classification ci avant des caractéristiques, paraissent être les plus intéressants. Toutefois, d'autres systèmes de transmission portant sur des schémas différents avec des combinaisons de caractéristiques différentes à partir des caractéristiques présentées ci avant, peuvent également être réalisés. La sélection ci-après n'a donc pas de caractère limitatif.

2887699 20 Lorsque l'on utilise un système II.A.l.a, c'est-à-dire un train épicycloïdal pour la multiplication/réduction de la vitesse de rotation d'une machine électrique tournante, notamment lorsque l'on souhaite utiliser cette machine pour le démarrage d'un moteur thermique, on peut utiliser une poulie classique entraînée par l'axe de l'alternateur et une courroie passant par cette poulie et via le train épicycloïdal. En mode générateur, la poulie classique est en prise directe sur l'axe de l'alternateur.

Pour conserver un rendement égal à celui des systèmes fonctionnant sans l'invention, il faut éviter des mouvements dans le train épicycloïdal. Pour cela, on utilise un embrayage enclenchant le système épicycloïdal. Dans un véhicule, l'embrayage est situé entre le bâti du système et la pièce désirée immobile pendant le démarrage. Une fois débrayé, l'embrayage ne doit pas frotter sur le bâti du système et en être complètement désolidarisé. Pour cette raison, un embrayage est préférable à une roue libre, car cette dernière, même débrayée, génère des frottements.

Une roue libre peut néanmoins être choisie lorsque les frottements n'entrent en jeu qu'au moment du démarrage du moteur thermique et avec une très faible envergure. La compacité de la roue libre permet de la loger entre la poulie et l'arbre d'entrée.

Une autre solution pour la conception du système de transmission peut être l'utilisation d'un système II.A.1.a.3)a) comportant une poulie classique entraînée par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal verrouillé par un embrayage centrifuge en mode démarreur ou en prise directe sur celui-ci verrouillé par roue libre en mode générateur.

Encore une autre solution avantageuse, II.A.l.a.4)a), utilise une poulie classique entraînée par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal verrouillé par embrayage électromagnétique en mode 2887699 21 démarreur et en prise directe sur celui-ci verrouillé par roue libre en mode générateur.

Lorsque l'on souhaite disposer d'une certaine plage de rapports de transmission pour le mode alternateur et d'une autre plage de rapports de transmission pour le mode démarreur, il peut être plus avantageux, comparé aux solutions énoncées ci avant, d'utiliser un système II.C., qui est une transmission continue variable utilisant des poulies à rayons variables. Selon une telle solution, on utilise un système de transmission à rayons de poulie variables entraînés par l'axe de l'alternateur via un train épicycloldal en mode démarrage ou entraînant celui-ci en prise directe en mode générateur.

Selon cette conception, le rapport de transmission du système varie en mode alternateur dans un premier intervalle [a;b] rectangulaire, alors que, avec le train épicycloïdal enclenché en mode démarreur, le rapport de transmission varie dans un intervalle [ka;kb] où k est le rapport de multiplication du train épicycloldal. Une telle conception peut être utile pour des variateurs ayant une ouverture assez réduite. Par exemple, pour un système de transmission ayant une ouverture de 2,4, il paraît impossible de passer du rapport le plus bas, c'est-à-dire à des rapports qui ne dépassent jamais 2, à des rapports de 5 à 6 permettant de démarrer les plus gros moteurs.

Une autre solution consiste en la combinaison d'un système de transmission à rapport variable et à rayon de poulie variable avec une poulie de relais entraînée par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal verrouillé par embrayage centrifuge en mode démarreur et verrouillé directement par roue libre avec celui-ci en 2887699 22 mode générateur. Cette combinaison est codée selon les éléments de combinaison comme II.C.l.d.3)a).

D'autres solutions sont par exemple: - II.C.1.d.4)a), qui est un système à transmission variable à rayon de poulie variable avec poulie relais entraînée par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal verrouillé par embrayage électromagnétique en mode démarreur et verrouillé directement par roue libre avec celui-ci en mode générateur; -II.C.2.d.3) a), qui est un système à transmission variable à rayon de poulie variable avec poulie relais entraînée par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal monté sur la poulie relais et verrouillé par embrayage centrifuge en mode démarreur et verrouillé directement par roue libre avec celui-ci en mode générateur; et - II.C.2.d.4)a), qui est un système de transmission à rapport variable à rayon de poulie variable avec poulie relais entraînée l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal monté sur la poulie relais et verrouillé par embrayage électromagnétique en mode démarreur ou verrouillé directement par roue libre directement avec celui-ci en mode générateur; - II.C.1.d.3)a), qui est un système de transmission variable à rayon de poulie variable monté entre l'alternateur et le vilebrequin entraîné par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal et verrouillé par embrayage centrifuge en mode démarreur et verrouillé directement par roue libre avec celui-ci en mode générateur; II.C.1.e.4)a), qui est un système de transmission variable à rayon de poulie variable monté entre l'alternateur et le vilebrequin entraîné par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal, verrouillé par embrayage électromagnétique en mode démarreur ou 2887699 23 verrouillé directement par roue libre avec celui-ci en mode générateur.

Encore d'autres solutions sont du type de transmission codé ici II. D.

Les systèmes de transmission II.D. sont du type à transmission variable à rochet entraîné par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal en mode démarreur ou entraînant en prise directe en mode générateur.

Ce type de système est assez similaire au système comprenant une poulie classique entraînée par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal, dans la mesure où il suffit de remplacer la poulie classique montée sur roue libre par une poulie incorporant un système de variation continue de vitesse à rochet. Ces systèmes à transmission variable fonctionnent tels une roue libre avec un rapport variable quand elle est embrayée. La taille de la poulie du système de transmission variable incorporant le variateur impose un rapport de poulie voisin de un. En mode démarreur, il n'y a aucune démultiplication dans le variateur. Le rapport du train épicycloïdal va donc être voisin de 4 à 5.

Le type de système II.D. se présente, par exemple, sous les formes suivantes: - II.D.1.a.3)a), qui est un système à transmission variable à rochet entraîné par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal verrouillé par embrayage centrifuge en mode démarreur ou entraînant celuici en prise directe en mode générateur; - II.D.1.a.4)a), qui est un système à transmission variable à rochet entraîné par l'axe de l'alternateur via un train épicycloïdal verrouillé par embrayage électromagnétique en mode démarreur ou entraînant en prise directe celuici en mode générateur.

Encore un autre type de transmission est celui codé ici VI.F., c'est-àdire un système de transmission ayant un dispositif de réduction/multiplication toroïdal 2887699 24 aussi bien pour le mode alternateur que pour le mode démarreur.

Le choix parmi ces différentes solutions est avantageusement fait selon des critères de rendement de la machine électrique tournante ensemble avec le système de transmission choisi et du débit en électricité lorsqu'il s'agit de l'application générateur de la machine électrique tournante. Un critère supplémentaire peut être, pour certaines applications, la possibilité d'un compromis entre l'espace nécessaire pour la mécanique en vue des forces à transmettre et la place disponible dans l'environnement dans lequel le système doit fonctionner.

Pour le mode générateur, un autre critère supplémentaire est formé par les conditions de fonctionnement optimal de l'alternateur. En général, un alternateur fonctionne de manière optimale à une vitesse de rotation comprise entre 4.000 et 6.000 tours par minute. A cette vitesse, une bonne ventilation avec des pertes mécaniques réduites et un faible bruit et une intensité débitée proche du maximum peuvent être assurées. Il en résulte un bon rendement de l'alternateur. Il en résulte en plus, outre la tâche de l'invention de proposer une solution qui permette de pouvoir utiliser une machine électrique tournante de manière réversible non seulement pour un fonctionnement avec des petits moteurs thermiques, mais aussi comme alternateur/démarreur, et de préférence aussi sous des conditions de température difficiles, avec des moteurs d'une cylindré certaine.

C'est donc pour cette raison qu'un avantage recherché de la solution, que l'invention doit proposer, consiste en la possibilité de pouvoir faire fonctionner la machine électrique tournante, en son mode de fonctionnement générateur avec une vitesse de rotation constante ou pour le moins approximativement constante, quelle que soit la vitesse de rotation du moteur thermique qui l'entraîne. Cette vitesse de rotation constante ou approximativement constante doit être située, bien sûr, dans la zone de fonctionnement optimal de la machine électrique tournante.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation préféré de l'invention. Cette description est faite en référence aux dessins dans lesquels: La figure 1 montre, en une coupe axiale, le schéma 15 d'une machine électrique tournante selon un premier mode de réalisation de l'invention.

La figure 2 montre une seconde variante de réalisation d'une machine selon l'invention, avec les porte-rouleaux du système de transmission montés à articulation sur un support solidaire de l'arbre de la machine et le rotor de la machine monté mobile en rotation par rapport à l'arbre de la machine.

La figure 3 montre une troisième variante de réalisation d'une machine selon l'invention, avec les porte-rouleaux du système de transmission montés à articulation sur un support solidaire de l'arbre de la machine et un organe d'entraînement, tel qu'une poulie, fixé sur un flasque monté mobile en rotation par rapport à l'arbre de la machine.

Les figures 4 à 6 sont des diagrammes montrant des courbes caractéristiques respectivement de la vitesse de rotation de l'organe d'entraînement et de l'arbre de la machine en fonction de la vitesse de rotation du moteur thermique, du rapport de la vitesse de rotation entre le rotor de la machine l'arbre de la machine en fonction de l'angle d'inclinaison des rouleaux du système de transmission et enfin de la force centrifuge appliquée au rouleaux en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de la machine.

DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION

A la figure 1 on a représenté une machine électrique tournante destinée à être mise en relation d'entraînement avec un moteur thermique, par exemple le moteur thermique d'un véhicule automobile. Dans le mode de réalisation de la figure 1 la machine est un alternateur réversible pour véhicule automobile c'est-à-dire un alternateur-démarreur, appelé également alternodémarreur, conçu pour fonctionner en mode moteur et en mode générateur. Cette machine, du type décrit dans le document WO 01/69762, comprend un stator 1 polyphasé à l'intérieur duquel est logé tournant un rotor 2. Le stator 1 comporte un corps sous la forme d'un paquet de tôles à encoches pour le montage des enroulement des phases du stator 1, tandis que le rotor 2 comporte au moins un bobinage d'excitation 20. Pour plus de précisions on se reportera au document WO 01/69762 précité, sachant qu'en mode moteur, par exemple, on injecte du courant électrique de manière tournante dans les phases du stator, tandis qu'en mode générateur le stator est un stator induit, le rotor étant magnétisé dans tous les cas grâce au bobinage d'excitation.

Le stator 1 est monté à l'intérieur d'un carter C, ici en deux parties chacune de forme creuse pour formation respectivement d'un palier avant 50A et d'un palier arrière 50B portant chacun centralement un roulement respectivement 54, 55, tel qu'un roulement à billes représenté de manière schématique par des croix à la figure 1. Les roulements 54, 55 servent au montage à rotation de l'arbre 5 ou axe de la machine. Les paliers 50A, 50B, sont reliés entre eux à l'aide d'organes de fixation, tels que des tirants ou des boulons. Par simplicité on a représenté à la figure 1 uniquement les axes des organes de fixation. Bien entendu en variante le carter C présente plus de deux parties, par exemple trois parties à savoir un palier avant, un palier arrière et un palier intermédiaire portant le corps du stator.

L'arbre 5 de la machine traverse le palier avant 50A et porte à son extrémité libre un organe d'entraînement 6 appartenant à une liaison d'entraînement entre le moteur thermique, plus précisément le vilebrequin de celui-ci, et l'arbre 5. Cette liaison, dans un mode de réalisation, comporte un moyen de transmission à chaîne et roues dentées constituant les organes d'entraînement. En variante le moyen de transmission est une courroie crantée en prise avec des organes d'entraînement en forme de roues dentées. A la figure 1 cette liaison d'entraînement comporte des organes d'entraînement sous la forme de poulies en sorte que l'arbre 5 est solidaire d'une première poulie 6 constituant l'organe de sortie de la liaison d'entraînement, tandis que le vilebrequin du moteur thermique est pourvu d'une seconde poulie 7 constituant l'organe d'entrée de la liaison d'entraînement. La liaison d'entraînement entre le moteur thermique et la machine électrique tournante est assurée par une courroie 8, constituant le moyen de transmission de la liaison et passant sur chacune des deux poulies 6, 7, ou par tout autre moyen, par exemple de manière précitée à chaîne ou courroie crantée, permettant d'établir une liaison en rotation entre deux axes ou arbres non alignés l'un sur l'autre. Toutefois, sans sortir du principe de la présente invention, il est également concevable que l'axe ou arbre de la machine électrique tournante et le vilebrequin du moteur thermique soit alignés l'un sur l'autre et soient rendus solidaire en rotation l'un à l'autre par un moyen de liaison coaxial.

En variante l'organe d'entraînement 7 est une poulie secondaire reliée, via une courroie, à une poulie primaire solidaire en rotation du vilebrequin du moteur thermique.

La machine électrique tournante comprend également, ici à l'intérieur du carter C, au moins un système de transmission intégré à rapport variable destiné à relier la machine électrique tournante au moteur thermique. A cet effet, le système de transmission est réalisé sous la forme d'un système de transmission toroïdal avec, comme visible dans la figure 1 au moins deux pistes 21A, 31A en regard l'une de l'autre. Chaque piste délimite une portion de tore.

Ce système de transmission est réversible.

La piste 21A est suivant une caractéristique portée par le rotor 2 de la machine électrique tournante tandis que la piste 31A est portée par un flasque 3A monté de manière coaxiale par rapport au rotor 2 et axialement espacé de celui-ci. La piste 31A et le flasque 3 sont solidaires en rotation de l'arbre 5.

A la figure 1 la piste 31A est formée sur la face du flasque 3A tournée vers le rotor 2, tandis que la piste 21A est formée par la face d'un second flasque 3C; cette face étant tournée vers le flasque 3A, dit premier flasque. Ce second flasque 3C est rapporté à fixation sur l'extrémité axiale concernée du rotor 2.

Ce second flasque 3C est avantageusement en matière non magnétique pour diminuer les pertes par les courants de Foucault. Par exemple les deux flasques 3A, 3C, ainsi que les pistes 21A, 21B, sont en aluminium.

La fixation du second flasque 3C sur le rotor 2 peut être réalisée par vissage ou soudage, par exemple par points, sertissage ou autre. A la figure 1 un autre second flasque 3D est fixé sur l'autre extrémité axiale du rotor car dans ce mode de réalisation, de manière décrite ci-après il est prévu un second système de transmission toroïdal B à piste 21B appartenant au 2887699 29 second flasque 3D. En variante les faces portant les pistes 21A, 21B sont d'un seul tenant avec le rotor 2.

A la figure 1 le rotor 2 est un rotor à griffes représenté de manière schématique. Ce rotor 2 comporte donc, comme décrit par exemple dans le document WO 01/69762, deux roues polaires à griffes comportant chacune un flasque transversal portant à sa périphérie externe des dents d'orientation axiale dirigées vers le flasque de l'autre roue polaire avec imbrication des dents des roue polaires. Le bobinage d'excitation 20 est implanté entre les deux flasques des roues polaires. Le bobinage 20 est monté sur un noyau cylindrique constitué ici par deux demi noyaux chacun d'un seul tenant avec le flasque concerné. En variante le noyau est distinct des flasques des roues polaires.

Le noyau du rotor à griffes est monté à fixation sur un manchon 53. Cette fixation est réalisée par exemple par sertissage, soudage ou emmanchement à force du manchon, de préférence alors moleté extérieurement, dans le noyau.

En variante le rotor 2 est un rotor à pôles saillants monté sur le manchon 53. Plus précisément, comme décrit par exemple dans le document WO 02/054566, le rotor 2 comporte un paquet de tôles dans lequel sont intégré des bobinages d'excitation enroulés autour de pôles saillants découpés dans le corps du rotor. Ce paquet de tôle est monté à fixation sur le manchon 53, par exemple par emmanchement à force du manchon, alors moleté extérieurement, dans le paquet de tôles.

En variante, comme décrit dans ce document WO 02/054566 des aimants permanents sont montés dans des logements réalisés dans le paquet de tôles du rotor.

Des pièces de maintien sont disposées de part et d'autre du paquet de tôles pour notamment retenir les aimants.

2887699 30 Ces pièces de maintien sont assemblées entre elles à l'aide de tirants traversant le paquet de tôles du rotor.

Suivant une caractéristique on tire partie de ces pièces de maintien pour réaliser dans celles-ci les pistes 21A, 21B. Plus précisément on réalise les pistes dans les flasques que comportent les pièces de maintien. Ces flasques sont de préférence en matériau non magnétique, tel que de l'aluminium, ce qui permet de diminuer les courant de Foucault.

Le flasque 3A est solidaire en rotation et également en translation de l'arbre 5 de la machine.

Suivant une caractéristique de l'invention le rotor 2, monté sur le manchon 53, n'est pas solidaire en rotation de l'arbre 5. Ce rotor est monté mobile en rotation par rapport à l'arbre 5 solidaire en rotation du flasque 3A. Plus précisément selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le rotor 2 est monté à rotation sur l'arbre 5 par l'intermédiaire de roulements 51, 52, par exemple des roulement à une ou deux rangées de billes. Ces roulements 51, 52 interviennent entre la périphérie externe de l'arbre 5 et la périphérie interne respectivement du flasque 3C et du flasque 3D. Le rotor 2 suivant une caractéristique peut donc tourner à une vitesse de rotation différente de celle de l'arbre 5.

A la figure 1, le bobinage d'excitation 20 du rotor 2 est alimenté en courant au moyen de balais 40 situés par exemple au droit du rotor 2 entre les roulements 51, 52.

Les balais 40 agissent entre l'arbre 5 et le manchon 53. Des conducteurs électriques (non représentés) relient les balais 40 à des bagues collectrices (non référencées) situées au bout de l'arbre 5 traversant à cet effet le palier arrière 50B. Le courant d'excitation du rotor parvient aux bagues collectrices précitées au moyen de balais 61 appartenant à un porte-balais appartenant lui-même à un ensemble 70 solidaire du 2887699 31 palier arrière 50B. Ce porte-balais est relié à un régulateur de tension La machine comporte également un pont redresseur pour redresser le courant induit produit dans les phases du stator. Pour plus de précisions sur le pont redresseur, les bagues collectrices et le régulateur de tension on se reportera au document WO 01/69762 précité. La présence des balais 40 présente l'avantage d'alimenter le bobinage d'excitation du rotor qui tourne à une vitesse différente de celle de l'arbre 5.

Sur les pistes 21A et 31A en regard l'une de l'autre, évolue au moins un rouleau 9A maintenu par un porte-rouleaux 4A avec intervention d'un roulement, tel qu'un roulement à billes représenté ici par des croix, entre le rouleau 9A et son porte-rouleau 4A. Ces pistes sont ici conformées pour constituer des portions de tore Ce porte-rouleau 9A est monté à articulation sur un support fixe 4C solidaire du carter C, ici du palier avant 50A. A la figure 1 le support 4C consiste en un bras fixe solidaire du palier avant 50A.

L'articulation consiste ici en un axe ou en une rotule.

Le nombre de rouleaux 9A dépend des applications. De préférence il est prévu au moins deux rouleaux 9A et 25 porte-rouleaux 4A diamétralement opposés.

Ainsi, notamment en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre 5, la position du ou des rouleaux 9A varie le long des pistes 21A, 31A en sorte que la transmission toroïdale est un variateur de vitesse.

Ce système de transmission est réversible. En mode générateur l'organe d'entraînement 6, ici la poulie 6, entraîne l'arbre 5, tandis qu'en mode moteur l'arbre 5 entraîne la poulie 6. Cette transmission est implantée au sein de la machine en amont de l'organe 6 dans la ligne de transmission de mouvement entre l'arbre 5 et le vilebrequin du moteur thermique. Cette ligne de transmission comporte la liaison d'entraînement 6 à 8.

2887699 32 Bien entendu la machine électrique tournante peut consister enun alternateur fonctionnant uniquement en mode générateur.

Ainsi qu'il ressort de la description et des dessins ce système de transmission à rapport de transmission variable est configuré pour limiter la vitesse de rotation du rotor 2 et rendre cette vitesse de rotation, au moins à un certain degré notamment pour des vitesses de rotation élevées du moteur thermique, indépendante de la vitesse de rotation du moteur thermique qui l'entraîne.

Selon le mode de réalisation de la figure 1, la machine électrique comprend en amont de l'organe 6 et au sein de la machine, deux systèmes de transmission toroïdaux A, B formant des variateurs de vitesse toroïdaux A, B. Le second variateur a une forme analogue au premier variateur A et comporte donc un premier flasque 3B doté de la piste 31B, le second flasque 3D solidaire du rotor 2 et doté d'une piste 21B et au moins un rouleau 9B maintenu par un porte rouleau 4B monté à articulation sur un bras 4D fixe solidaire du palier arrière 50B. Le premier flasque 3B est solidaire en rotation de l'arbre 5.

Les deux variateurs A, B sont montés de manière symétrique tel que le rotor 2 soit disposé entre des flasques 3A, 3B des deux variateurs. Ces variateurs sont ici montés dans le carter C en forme de boîtier.

Selon cette disposition, la machine électrique tournante comprend donc un premier variateur de rapport de transmission A entre la machine électrique tournante et le moteur thermique, qui est formé par une piste toroïdale 21A conformée sur une des deux faces axiales opposées du rotor 2, une piste toroïdale 31A conformée par un flasque 3A disposé en regard de la piste 21A du rotor 2, ainsi que d'au moins un porte-rouleaux 4A porteur d'un rouleau 9A.

De manière symétrique, la machine électrique tournante de l'invention comprend un second variateur de rapport de transmission B monté symétriquement par rapport au premier. Le second variateur B comprend une première piste 21B conformée sur la face axiale opposée par rapport à celle dans laquelle est conformée la première piste 21A du premier variateur A, une seconde piste 31B conformée dans un flasque 3B disposé en regard à la première piste 21B, ainsi qu'au moins un porte-rouleaux 4B porteur d'un rouleau 9B.

Les flasques 3A, 3B sont solidaires en rotation de l'arbre 5. Cependant, alors que le flasque 3A, est fixé axialement sur l'arbre 5, le flasque 3B est, dans le mode de réalisation de la figure 1, monté axialement mobile de manière à pouvoir exercer, sous la contrainte d'un ressort ou d'un piston hydraulique 10, une pression axiale assurant un bon contact entre les rouleaux 9A, 9B et les pistes correspondantes.

En même temps cela permet de faire varier la 20 position des rouleaux 9A, 9B par rapport aux pistes 21A, 21B.

Plus précisément les porte-rouleaux 4A, 4B sont conformés pour permettre une variation angulaire des rouleaux 9A, 9B par rapport à une orientation de référence donnée généralement par la disposition de l'arbre 5 de la machine électrique tournante.

Dans la figure 1 les rouleaux 9A, 9B sont dans la position basse de départ ou de repos par rapport aux pistes 21A et 21B du rotor 2. En mode générateur les flasques 3A, 3B entraînent les rouleaux 9A, 9B et le rotor 2, qui au début de la rotation du vilebrequin du moteur thermique tourne plus vite que l'arbre 5 et la poulie 6 solidaire de l'arbre 5 (rapport des vitesses de rotation par exemple de 4). Pour une vitesse de rotation donnée du vilebrequin les rouleaux 9A, 9B occupent une position de référence horizontale et le rapport de transmission, donc des vitesses de rotation, est alors 2887699 34 globalement par exemple de deux. Ensuite les rouleaux se déplacent vers la périphérie externe du rotor 2 pour occuper en final une position haute par rapport au rotor 2; ce rotor 2 tournant alors moins vite que l'arbre 5 en sorte que, au moins à un certain degré pour des vitesses de rotation élevées du moteur thermique, la vitesse de rotation du rotor est globalement indépendante de la vitesse de rotation du moteur thermique qui l'entraîne.

Il est ainsi formé un variateur de vitesse, qui en mode générateur au début de la rotation du vilebrequin, augmente la vitesse de rotation du rotor 2, puis après diminue celle-ci par rapport à celle de la poulie 6 et de l'arbre 5. Ainsi la vitesse de rotation du rotor 2 peut être sensiblement constante.

Les diagrammes des figures 4 et 5 expliquent cela.

Dans le diagramme de la figure 4 on a représenté en abscisse la vitesse de rotation wm de la poulie 7 et en ordonnée la vitesse de rotation we de la poulie 6. La courbe caractéristique étant une droite.

Dans le diagramme de la figure 5 on a représenté en abscisse l'angle du rouleau 9A, 9B par rapport à la piste 21A, 21B et en ordonné le rapport entre la vitesse de rotation ws du rotor 2 et la vitesse de rotation we de la poulie 6. L'abscisse 0 correspond à la position horizontale de référence précitée des rouleaux Au début de la rotation du rotor, l'angle du rouleau 9A, 9B est négatif puis varie pour devenir positif. La courbe caractéristique est non linéaire et est décroissante de manière continue comme visible dans ce diagramme de la figure 5 (rapport final compris entre 1 et 0,5).

A la lumière des deux diagrammes des figures 4 et 5 on voit que plus la vitesse de rotation de la poulie 6 augmente, plus la vitesse de rotation du rotor 2 diminue en sorte que sa vitesse de rotation du rotor 2 peut être sensiblement constante.

Bien entendu cela est fonction des applications.

2887699 35 En mode moteur, notamment lors du démarrage du moteur thermique, le moteur thermique est entraîné au début à une vitesse lente par la machine puis à plus grande vitesse. On notera que le rapport de transmission est différent en mode moteur de celui du mode générateur car c'est le rotor qui entraîne la poulie 6.

Selon la configuration représentée sur la figure 1 les porte-rouleaux 4A, 4B sont montés à articulation dans le carter C de la machine électrique tournante, plus précisément sur les supports fixes 4C, 4D.

Ainsi de manière précitée, le rapport de transmission entre la première piste 21A, 21B et la seconde piste 31A, 31B dépend de la position angulaire des rouleaux 9A, 9B.

La vitesse du rotor 2 est transmise en mode générateur de la poulie 6, c'est-à-dire de l'arbre 5 et des flasques 3A, 3B alors menant, par les rouleaux 9A, 9B. La vitesse de rotation du rotor 2 est donc contrôlée par l'inclinaison des rouleaux 9A, 9B par rapport à une position basse de repos.

En mode moteur la vitesse de rotation du rotor est transmise par les rouleaux 9A, 9B, aux flasques 3A, 3B alors mené et à la poulie 6.

L'orientation des rouleaux 9A, 9B peut être variée de deux manières différentes.

Selon un premier mode représenté à la figure 1, l'orientation des rouleaux 9A, 9B par rapport aux pistes est obtenue, de manière précitée, par un mécanisme actionné, par exemple, électriquement ou hydrauliquement ou encore pneumatiquement, ledit mécanisme agissant sur le flasque 3B mobile axialement par rapport à l'arbre 5 en étant lié en rotation à celui-ci. Le flasque 3B est un flasque mobile axialement par rapport à l'arbre 5 et exerçant une pression sur les rouleaux. Pour ce faire par exemple une liaison à cannelures intervient entre l'arbre 5 et le flasque 3B.

En variante une liaison à languettes élastiquement déformables axialement intervient entre l'arbre 5 et le flasque 3B, dont le déplacement peut être en variante commandé de manière électromécanique. Les languettes sont par exemple d'orientation tangentielle.

Selon un second mode représenté aux figures 2 et 3, l'orientation des rouleaux 9A, 9B peut être commandée automatiquement par centrifugation à l'aide d'au moins une masselotte disposée de manière appropriée.

Dans ces modes de réalisation on fait appel à une masselotte par rouleau. En variante le nombre de masselottes est inférieur au nombre de rouleaux.

Plus précisément on peut inverser les structures en sorte que les supports des porte-rouleaux sont solidaires en rotation de l'arbre 5 de la machine et le flasque distinct non solidaire en rotation du rotor. Ce flasque est alors fixe en étant solidaire du carter C. Dans ce second mode de réalisation, lorsque les porte-rouleaux 4 sont montés à articulation en 100 sur un support 4E solidaire de l'arbre 5, les différentes pièces formant la chaîne cinématique reliant la poulie 6 au rotor 2 peuvent être disposées de deux façons différentes respectivement représentées aux figures 2 et 3, dans lesquelles on a représenté qu'un seul variateur et donc qu'une partie de la machine correspondant à la partie gauche de la figure 1. Les éléments communs aux figures seront affectés des mêmes signes de référence.

Dans la variante représentée à la figure 2, les rouleaux 9 sont comme à la figure 1 maintenus par des porte-rouleaux 4, qui sont montés à articulation en 100 sur un support 4E, ici en forme de bras, solidaire de l'arbre 5 qui, lui, est solidaire de la poulie 6. Le rotor 2 est monté mobile autour de l'arbre 5 moyennant le roulement 51 de la figure 1, tandis que le flasque 3 du variateur est formé directement par le fond du palier avant 50A; la piste 31A étant tournée vers la piste 21A du rotor comme à la figure 1. Le mouvement de rotation du rotor 2 est alors transmis par les rouleaux 9, en appui sur le flasques 3 fixe en rotation, aux porte- rouleaux 4 et par eux, via les bras 4E, sur l'arbre 5 et donc sur la poulie 6. De manière analogue, une force de rotation agissant sur la poulie 6 est transmise sur les rouleaux 9 à travers l'arbre 5, les bras 4E, les porte-rouleaux 4 et le flasque fixe 3 qui soutient l'arbre 5 en rotation via le roulement 54. Les rouleaux 9 transmettent la force de rotation sur le rotor 2. Par exemple en mode générateur, au fur et au mesure que la vitesse de l'arbre 5 augmente, la vitesse de rotation des porte-rouleaux 4 augmente, ce qui entraîne le mouvement de rotation des ceux-ci autour d'une articulation 100, telle qu'une rotule ou un axe, mouvement du à une masselotte 101 montée sur les rouleaux 9, ce qui modifie leur angle d'inclinaison par la force centrifuge, et donc la vitesse transmise au rotor 2. Bien sûr la masse est en liaison avec un ressort de rappel, non figuré sur le dessin.

Le diagramme de la figure 6 montre la courbe caractéristique due à la force centrifuge, avec en abscisse la vitesse de rotation w de l'arbre 5 et de la poulie 6 et en ordonnée la valeur F de la force centrifuge. Lorsque l'on combine cette courbe avec celle de la figure 5 on voit que la vitesse de rotation du rotor peut être sensiblement constante.

Dans la variante représentée à la figure 3, les porte-rouleaux 4 sont montés à articulation sur les bras 4E, solidaires de l'arbre 5 qui, lui, est aussi solidaire du rotor 2, non figuré. Ici le variateur est monté à l'extérieur du carter C. Le flasque 3 est fixe en rotation et est constitué 35 par le fond du palier avant 50A. La piste 31A est formée sur la face externe du palier avant 50A.

2887699 38 L'autre piste 121A est formée sur un flasque 31 solidaire de la poulie 6 avec intervention d'un roulement 58 entre le flasque 31 et l'extrémité libre de l'arbre 5. La poulie est donc montée mobile en rotation via le flasque 31 par rapport à l'arbre 5.

Les pistes 31A, 121A sont en regard l'une de l'autre comme dans les figures précédentes. Ainsi, un mouvement de rotation appliqué sur la poulie 6 est transmis via le flasque 31 sur les rouleaux 9 en appuie sur le flasque fixe 3 et ensuite sur le rotor 2 à travers les porte-rouleaux 4, les bras 4E et l'arbre 5. Au fur et au mesure que la vitesse de la poulie 6 augmente, la vitesse de rotation des rouleaux 9 augmentent, ce qui entraîne le mouvement centrifuge d'une masselotte 101 sur le rouleaux 9, ce qui modifie leur angle d'inclinaison autour de l'articulation 100, et donc la vitesse transmise au rotor 2. Bien sûr la masse est en liaison avec un ressort de rappel, non figuré sur le dessin.

Dans cette conception, le flasque 3B de la figure 1 n'intervient pas activement dans la transmission du mouvement de rotation appliqué sur la poulie 6, mais limite son intervention au maintien de la pression nécessaire sur les rouleaux 9 pour assurer le bon fonctionnement du système de transmission de la machine électrique tournante de l'invention.

Bien entendu dans ces figures 2 et 3 de préférence des roulements ou autres paliers interviennent comme à la figure 1 entre les rouleaux et les porte-rouleaux.

Quel que soit le mode de réalisation ou la variante choisi d'un variateur toroïdal commandé par centrifugation et appliqué à la machine électrique tournante de l'invention, le retour des rouleaux 9,9A, 9B à leur position de repos est obtenu par des ressorts de rappel agissant de préférence sur les porte-rouleaux.

2887699 39 Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits toutes les combinaisons étant possibles. Ainsi un seul variateur peut être prévu.

L'un des variateurs peut comporter uniquement des rouleaux dans sa partie basse et l'autre des rouleaux dans sa partie haute.

Ainsi chaque système de transmission A; B peut former dans un mode de réalisation un variateur semi 10 toroïdal.

En variante chaque système de transmission A; B forme un variateur toroïdal complet.

En variante un des systèmes de transmission A, B, de préférence le système B, présente un plus grand 15 nombre de rouleaux que l'autre.

Ainsi qu'il ressort de la description et des dessins le système de transmission A; B est conformé pour permettre à la machine électrique tournante, en mode de fonctionnement générateur, d'être entraînée en rotation pour une plage de fonctionnement, notamment à haut régime de rotation du moteur thermique, avec une vitesse au moins approximativement constante, quelle que soit la vitesse de rotation du moteur thermique qui l'entraîne.

A faible vitesse de rotation du moteur thermique la vitesse de rotation du rotor est accélérée, puis la vitesse de rotation du rotor diminue lorsque la vitesse de rotation du moteur thermique augmente en sorte que la vitesse de rotation du rotor peut être approximativement constante.

Le système de transmission A; B est, dans un mode de réalisation conformé pour fonctionner, sur commande, selon l'un ou l'autre de deux régimes de fonctionnement, le premier régime étant attribué au mode générateur de la machine et ayant un rapport de transmission variable 2887699 40 dans une première plage de rapports et le second régime étant attribué au mode moteur de la machine et ayant un rapport de transmission variable dans une seconde plage de rapports.

Ce système de transmission A; B est dans un mode de réalisation conformé pour que le dernier rapport du second régime de fonctionnement du système de transmission soit le premier rapport du premier régime de fonctionnement.

Ainsi qu'il ressort de ce qui précède en mode moteur, notamment lorsque le moteur thermique est à l'arrêt, la machine peut entraîner d'autres consommateurs de puissance avec des vitesses de rotation plus adéquates.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Machine électrique tournante configurée pour travailler en mode générateur et comprenant un carter (C), à l'intérieur duquel est logé tournant un rotor (2), un arbre (5) et un organe d'entraînement, tel qu'une poulie (6), appartenant à un appartenant à une liaison d'entraînement (6 à 8) entre un moteur thermique et l'arbre (5) de la machine caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un système de transmission (A; B)supplémentaire à rapport variable destiné à relier la machine électrique tournante au moteur thermique, le système de transmission (A; B) étant conformé pour permettre à la machine électrique tournante, en mode de fonctionnement générateur, d'être entraînée avec une vitesse au moins approximativement constante, quelle que soit la vitesse de rotation du moteur thermique qui l'entraîne.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de transmission (A; B) est un système de transmission toroïdal avec deux pistes (21A, 21B-31A, 31B) portées respectivement par le rotor (2) de la machine électrique tournante et par un flasque (3A, 3B).

3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le flasque (3A,3B) est solidaire en rotation de l'arbre (5) de la machine.

4. Machine selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le système de transmission toroïdal (A; B) comporte des rouleaux (9A, 9B) en contact avec les deux pistes (21A, 21B-31A, 31B).

5. Machine selon la revendication 4, caractérisé en ce que les rouleaux (9A, 9B) sont maintenus par un porte -rouleaux (4A, 4B) montés chacun à articulation sur un support (4C,4D) fixe solidaire du carter (C) de la machine.

6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le rotor (2) de la machine est monté mobile en rotation par rapport à l'arbre (5) de la machine.

7. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de transmission (A; B) est un système de transmission toroïdal avec deux pistes (21A-31A), dont l'une (31A, 121A), dite première piste, est portée par un flasque (3, 31) solidaire de l'un des éléments organe d'entraînement (6)- carter (C) de la machine.

8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le système de transmission toroïdal (A; B) comporte des rouleaux (9) en contact avec les deux pistes (21A, 21B-31A, 31B).

9. Machine selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les rouleaux (9) sont maintenus par des porte-rouleaux (4) montés chacun à articulation sur un support (4E) solidaire en rotation du rotor (2) de la machine.

10. Machine selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la première piste (31A) est solidaire du carter (C) , tandis que l'autre piste (21A) est solidaire du rotor (2) monté mobile en rotation par rapport à l'arbre (5) de la machine.

11. Machine selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la première piste (121A) est portée par un flasque (31) solidaire de l'organe d'entraînement (6) monté mobile en rotation via le flasque (31) par rapport à l'arbre (5) de la machine et en ce que le rotor (2) de la machine est solidaire en rotation de l'arbre (5) de la machine.

12. Machine selon la revendication 11, 35 caractérisée en ce que l'autre piste (31A) est solidaire du carter (C) de la machine.

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13. Machine selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisée en ce le système de transmission toroïdal (A, B) comprend au moins une masselotte destinée à actionner le variateur par centrifugation.

14. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de transmission comprend deux variateurs toroïdaux (A, B) montés de manière symétrique de part et d'autre du rotor (2) de la machine.

15. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une première poulie (6) destinée à être reliée, par au moins un moyen de transmission (8), à une deuxième poulie (7) solidaire d'un arbre de sortie d'un moteur thermique, la première poulie (6) étant solidaire de l'arbre (5) de la machine ou d'un flasque (31) monté mobile en rotation par rapport à l'arbre (5) de la machine.

16. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est une machine réversible, susceptible de fonctionner, sur commande, en mode générateur ou en mode moteur et en ce que le système de transmission (A; B) est conformé pour fonctionner, sur commande, selon l'un ou l'autre de deux régimes de fonctionnement, le premier régime étant attribué au mode générateur de la machine et ayant un rapport de transmission variable dans une première plage de rapports et le second régime étant attribué au mode moteur de la machine et ayant un rapport de transmission variable dans une seconde plage de rapports.

17. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle consiste en un alterno-démarreur.

18. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17.