FR2960106B1 - Systeme d'entrainement electrique pour un vehicule automobile - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système d'entraînement électrique pour un véhicule automobile, comprenant un accumulateur d'énergie, une machine électrique (1) et une électronique de puissance entre l'accumulateur d'énergie et la machine électrique (1). Dans ce système d'entraînement, il est prévu que l'électronique de puissance forme une unité constructive (2) et que l'unité constructive (2) soit fixée sur la machine électrique (1), et que les raccords électriques (7) de la machine électrique (1) soient connectés directement aux raccords (8) côté machine de l'électronique de puissance. On obtient ainsi un système d'entraînement électrique qui, dans la région de l'électronique de puissance et de la machine électrique (1), ainsi que de leur connexion électrique, possède une très bonne compatibilité électromagnétique, et se caractérise en outre par un faible poids.

Description

DESCRIPTION L'invention concerne un système d'entraînement électrique pour un véhicule automobile, comprenant un accumulateur d'énergie, une machine électrique et une électronique de puissance entre l'accumulateur d'énergie et la machine électrique.

Les systèmes d'entraînement électriques pour véhicules automobiles sont de préférence réalisés sous forme de systèmes d'entraînement purement électriques, ou sous forme d'entraînements hybrides. Ainsi, un véhicule hybride est un véhicule dans lequel on prévoit au moins deux convertisseurs d'énergie et deux systèmes d'accumulation d'énergie intégrés dans le véhicule afin d'entraîner le véhicule. Les convertisseurs d'énergie sont par exemple des moteurs électriques, à allumage par étincelle, ou diesel, et les accumulateurs d'énergie sont par exemple une batterie ou un réservoir de carburant. D'autres combinaisons sont aussi possibles, par exemple la réalisation de l'accumulateur d'énergie sous forme d'accumulateur à volant d'inertie.

Les composants de système du système d'entraînement électrique pour le véhicule présentent diverses fonctions : la machine électrique a deux fonctions. En tant que moteur, elle entraîne le véhicule de manière électrique. En tant que générateur, elle aide à convertir l'énergie de déplacement en énergie électrique. L'électronique de puissance est l'organe de liaison entre l'accumulateur d'énergie et la machine électrique. L'électronique de puissance convertit la tension continue de l'accumulateur d'énergie en tension alternative, qui est utilisée pour faire fonctionner la machine électrique. L'accumulateur d'énergie alimente la machine électrique en énergie électrique en mode de conduite électrique. Dans le cas d'un véhicule hybride, en mode de conduite avec le moteur à combustion interne, et en cas de freinage régénératif, de l'énergie est stockée dans l'accumulateur d'énergie. Si l'accumulateur d'énergie est réalisé sous forme de batterie, notamment de batterie haute tension, la batterie alimente la machine électrique en énergie électrique en mode de conduite électrique. En mode de conduite avec le moteur à combustion interne et en cas de freinage régénératif, la batterie est chargée par la machine électrique. L'électronique de puissance comprend notamment des organes de commande de puissance, comme des onduleurs, des convertisseurs et/ou des transducteurs.

Dans les systèmes d'entraînement électriques connus, l'électronique de puissance est montée en un endroit différent de la machine électrique, et est raccordée à celle-ci par câblage. Un capteur de position pour détecter la position du rotor de la machine électrique est monté dans la machine électrique et la position du rotor détectée par le capteur de position est transmise à une unité d'analyse. L'agencement séparé de l'électronique de puissance et de la machine électrique et leur câblage nécessaire constituent un inconvénient en termes de compatibilité électromagnétique et impliquent en outre un poids plus élevé de l'agencement. De plus, le montage du capteur de position dans la machine électrique est associé à un coût de câblage et de construction plus élevé. L'objet de la présente invention est de perfectionner un système d'entraînement électrique pour un véhicule automobile, qui présente un accumulateur d'énergie, une machine électrique et une électronique de puissance entre l'accumulateur d'énergie et la machine électrique, de telle sorte que le système d'entraînement possède une très bonne compatibilité électromagnétique dans la région de l'électronique de puissance et de la machine électrique ainsi que de leur connexion électrique, et se caractérise en outre par un faible poids.

Pour réaliser cet objectif, l'invention propose un système d'entraînement électrique pour un véhicule automobile, comprenant un accumulateur d'énergie, une machine électrique et une électronique de puissance entre l'accumulateur d'énergie et la machine électrique, l'électronique de puissance formant une unité constructive et l'unité constructive étant fixée sur la machine électrique, et les raccords électriques de la machine électrique étant connectés directement aux raccords côté machine de l'électronique de puissance.

Dans le cas du système d'entraînement électrique, l'unité constructive de l'électronique de puissance est ainsi fixée directement sur la machine électrique. En outre, les raccords électriques de la machine électrique et de l'électronique de puissance sont connectés directement l'un à l'autre, de sorte qu'aucun câblage n'est nécessaire. De ce fait, le poids du système d'entraînement peut être réduit dans cette région et le système d'entraînement présente dans cette région une très bonne compatibilité électromagnétique, en particulier parce qu'il ne se produit tout au plus qu'une faible perturbation dans la transmission du courant de l'électronique de puissance à la machine électrique en raison des raccords directs. L'accumulateur d'énergie est notamment une batterie haute tension. Elle est de préférence appropriée pour des tensions élevées allant jusqu'à 600 V et pour des courants forts.

Le système d'entraînement électrique est notamment un système d'entretien hybride utilisé dans un véhicule hybride, qui est équipé, en plus de la machine électrique, d'un moteur à allumage par étincelle ou d'un moteur diesel.

Selon un perfectionnement particulier de l'invention, il est prévu que les raccords électriques de la machine électrique soient réalisés sous forme de contacts qui viennent en contact avec des contacts conjugués de l'électronique de puissance lorsque l'unité constructive de l'électronique de puissance est connectée ou raccordée à la machine électrique. Lors du montage de l'unité constructive de l'électronique de puissance sur la machine électrique, les contacts viennent en contact avec les contacts conjugués. Ainsi, on peut réaliser une connexion mécanique et électrique particulièrement simple de l'unité constructive de l'électronique de puissance et de la machine électrique. Il s'est avéré particulièrement avantageux que les contacts ou les contacts conjugués soient réalisés sous forme de contacts enfichables. Dans le cas d’une connexion mécanique de l'unité constructive de l'électronique de puissance et de la machine électrique, les contacts et les contacts conjugués sont donc enfichés les uns dans les autres.

Les raccords électriques de la machine électrique sont notamment disposés à distance radiale de l'axe de rotation d'un rotor de la machine électrique. De ce fait, il reste de la place pour d'autres composants électriques ou électroniques dans la région de l'axe de rotation du rotor, lesquels peuvent être utilisés conjointement avec la machine électrique.

Conformément à un perfectionnement particulier de l'invention, il est prévu d'intégrer dans l'unité constructive un capteur de position pour détecter la position angulaire du rotor de la machine électrique. Ce capteur de position est avantageusement disposé dans le prolongement de l'axe de rotation du rotor ou dans la région de l'axe de rotation d'un rotor de la machine électrique. Lors de l'intégration du capteur de position dans l'unité constructive de l'électronique de puissance, il n'est pas nécessaire de réaliser le capteur de position sous forme de composant de la machine électrique. Le capteur de position fait partie de l'unité constructive de l'électronique de puissance et est disposé à côté du rotor de la machine électrique. Grâce à cet agencement du capteur de position dans l'unité constructive de l'électronique de puissance, il n'est plus nécessaire de prévoir un câblage du capteur de position, et l'agencement possède ainsi dans cette région une très bonne compatibilité électromagnétique et se caractérise par un faible poids.

Selon une configuration avantageuse, l'unité constructive est disposée du côté de la machine électrique qui est opposé au côté de la machine électrique dans la région duquel l'arbre de rotor de la machine électrique est guidé hors d'un boîtier de la machine électrique. L'unité constructive de l'électronique de puissance est ainsi fixée à l'arrière de la machine électrique, sur le côté opposé au côté de sortie de la machine électrique. Il y a assez de place à cet endroit pour monter l'unité constructive et cet emplacement est en outre fonctionnellement particulièrement avantageux. En particulier, l'unité constructive s'applique dans la région d'un côté frontal de la machine électrique contre celle-ci. Ce côté frontal est notamment disposé perpendiculairement à l'axe de rotation du ou d'un rotor de la machine électrique.

Selon une autre configuration préférée, l'unité constructive est disposée radialement à l'extérieur sur la machine électrique, et donc pas dans le prolongement longitudinal de la machine électrique.

Il est considéré comme particulièrement avantageux que l'unité constructive de l'électronique de puissance et/ou la machine électrique présentent à chaque fois un boîtier avec un contour extérieur à symétrie de révolution. En particulier, les diamètres extérieurs du boîtier de l'unité constructive et du boîtier de la machine électrique sont identiques. Par conséquent, l'agencement de l'unité constructive de l'électronique de puissance et de la machine électrique se présente sous forme d'un corps homogène allongé cylindrique. En particulier, il est prévu que l'unité constructive de l'électronique de puissance et la machine électrique soient montées ou logées, c'est-à-dire abritées dans un boîtier commun. L'avantage spécial de cette configuration réside dans le fait que l'unité constituée par l'unité constructive de l'électronique de puissance et la machine électrique peut être montée de manière simple et rapide, et qu'elle peut être manipulée et transportée particulièrement aisément, en tant qu'unité globale, dans le but d'une intégration optimale dans le processus de fabrication complet du système d'entraînement électrique. D'autres caractéristiques de l'invention résultent de la description suivante des dessins et des dessins eux-mêmes.

Le système d'entraînement présente de préférence un pont portique qui reçoit deux machines électriques pour l'entraînement des roues d'un essieu, en particulier d'un essieu avant ou d'un essieu arrière du véhicule automobile. Chaque essieu peut dans ce cas être réalisé sous forme de pont portique. Dans ce cas, les deux machines électriques sont par exemple disposées l'une derrière l'autre, leurs rotors tournant autour du même axe. Dans ce cas, les machines électriques peuvent être montées dans le même boîtier. Ceci simplifie considérablement la configuration du pont portique. Une autre configuration préférée prévoit de disposer les axes de rotation des deux machines électriques parallèlement l'un à côté de l'autre. Pour un espacement suffisamment grand des axes de rotation, les deux machines électriques faisant partie du pont portique peuvent être disposées l'une à côté de l'autre en se chevauchant. Dans ce cas, le pont portique est réalisé de manière divisée. L'agencement des axes de rotation des machines électriques l'un à côté de l'autre présente l'avantage que, du fait de la possibilité de disposer les machines électriques de manière à se chevaucher, une variation de la longueur de construction des machines électriques est possible sans difficulté. La machine électrique respective peut ainsi s'étendre sur une longueur de construction qui est nettement plus grande que celle de deux machines électriques ayant un axe de rotation commun. Comme la longueur des machines électriques est variable, leur puissance peut aussi être ajustée. Les axes de rotation sont notamment disposés l'un à côté de l'autre par rapport à une horizontale.

Le système d'entraînement électrique est illustré dans le dessin de manière fortement simplifiée et uniquement dans la région de l'électronique de puissance et de la machine électrique, et sera expliqué plus en détail dans la description qui suit.

La figure 1 illustre une vue de côté de l'électronique de puissance et de la machine électrique, avec des éléments illustrés en plus, situés à l'intérieur de l'agencement, à savoir les raccords d'enroulement et le capteur de position, la figure 2 illustre une vue frontale de l'électronique de puissance, vue depuis la machine électrique, la figure 3 illustre un train de roulement d'un véhicule automobile dans la région de l'essieu avant réalisé sous forme de pont portique, vu dans la direction longitudinale du véhicule, et la figure 4 illustre, en vue de dessus, un train de roulement modifié par rapport à la forme de réalisation de la figure 3, avec des machines électriques disposées Tune à côté de l'autre, en vue de dessus.

La figure 1 illustre une machine électrique 1 de forme cylindrique, et une unité constructive de l'électronique de puissance 2 de forme cylindrique, qui sont raccordées l'une à l'autre. La machine électrique 1 présente un boîtier 3 et l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 un boîtier 4. Les diamètres extérieurs des boîtiers 3 et 4 sont identiques. Les boîtiers 3 et 4 sont disposés avec une symétrie de révolution par rapport à l'axe illustré 5. Le plan de séparation 6 entre la machine électrique 1 et l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 est ainsi réalisé sous forme de disque circulaire. Concrètement, le boîtier 3 et le boîtier 4 constituent une seule pièce, cet unique boîtier recevant ainsi d'une part l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 et d'autre part la machine électrique 1. La machine électrique 1 et l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 sont ainsi raccordées mécaniquement l'une à l'autre. La connexion électrique de la machine électrique 1 et de l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 a lieu au moyen de contacts ou de contacts conjugués, qui sont réalisés sous forme de contacts enfichables, de sorte que le contact ait lieu par rapprochement de la machine électrique 1 et de l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 en vue de leur raccordement mécanique. Dans le détail, la machine électrique 1 présente trois raccords 7 sur les enroulements de la machine électrique 1, ces raccords 7 étant réalisés sous forme de fiches, et l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 présente, de manière correspondante, trois contacts conjugués, qui sont réalisés sous forme de connecteurs femelles 8, comme on peut le voir en particulier dans l'illustration de la figure 2. Ainsi, les raccords électriques 7 de la machine électrique 1 sont connectés directement aux raccords 8 de l'électronique de puissance tournés vers la machine électrique 1.

Un rotor de la machine électrique 1 n'est pas illustré. Le numéro de référence 9 indique l'arbre de rotor sortant du boîtier 3 de la machine électrique 1, lequel peut être raccordé par engagement par force avec la chaîne cinématique du véhicule automobile, lequel est réalisé notamment sous forme de véhicule hybride. Le numéro de référence 10 désigne une ligne électrique, qui relie l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 à un accumulateur d'énergie, qui est réalisé en particulier sous forme de batterie haute tension.

Dans le prolongement de l'axe 5 de l'agencement de la machine électrique 1 et de l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 est intégré, dans l'unité constructive de l'électronique de puissance 2, un capteur de position 11 pour détecter la position angulaire du rotor de la machine électrique 1. Ce capteur permet de détecter la position du rotor.

Dans le système d'entraînement électrique selon l'invention, aucun câblage n'est donc nécessaire entre la machine électrique 1 et l'unité constructive de l'électronique de puissance 2, et donc plus aucun câblage du capteur de position 11 n'est nécessaire. Par conséquent, le poids du système d'entraînement électrique peut être minimisé et ce système présente, dans la région de la machine électrique 1 et de l'unité constructive de l'électronique de puissance 2, une compatibilité électromagnétique favorable.

La figure 3 illustre un train de roulement 12 du véhicule, qui présente un essieu électrique réalisé sous forme de pont portique 13. Le pont portique 13 présente une portion de pont portique 14 réalisée sous forme de tube, dans laquelle sont disposés les deux agencements configurés selon l'invention, à savoir la machine électrique 1 et Punité constructive de l'électronique de puissance 2, les axes de rotation des deux machines électriques 1 étant coïncidents. La portion de pont portique 14, donc le tube, peut parfaitement former le boîtier des machines électriques 1 et des unités constructives 2. La machine électrique respective 1 entraîne, par le biais de son arbre de rotor 9 et d'un réducteur, qui est formé par une transmission à engrenage planétaire 15 et une transmission à pignon droit 16, un arbre de transmission 17 qui est connecté de manière solidaire en rotation à une roue avant 18 du véhicule. L'illustration de la figure 3 indique schématiquement que l'arbre de rotor 9, et donc l'axe de rotation des deux machines électriques 1, est disposé nettement plus bas que les arbres de transmission 17 des roues avant 18.

La figure 4 illustre, pour la configuration du pont portique modifiée par rapport à la forme de réalisation de la figure 3, que les axes de rotation 19 des deux machines électriques 1 sont disposés horizontalement l'un à côté de l'autre, et ce dans une mesure telle que les deux machines électriques 1 soient disposées certes au même niveau en hauteur que dans la forme de réalisation de la figure 3, mais soient positionnées l'une à côté de l'autre et soient connectées l'une à l'autre dans la région de chevauchement. Ceci permet un ajustement des machines électriques 1. Ainsi, l'agencement de la machine électrique 1 et de l'unité constructive de l'électronique de puissance 2 peut présenter une longueur telle qu'il s'étende depuis son agencement de transmission, formé par la transmission à engrenage planétaire 15 et la transmission à pignon droit 16, jusqu'à l'agencement de transmission de l'autre machine électrique 1.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS

   1. Système d’entraînement électrique pour un véhicule automobile, comprenant un accumulateur d’énergie, une machine électrique et une électronique de puissance entre l’accumulateur d’énergie et ladite machine électrique, dans lequel l'électronique de puissance forme une unité constructive qui est fixée sur la machine électrique, et dans laquelle les raccords électriques de la machine électrique sont connectés directement aux raccords côté machine de l’électronique de puissance caractérisé en ce qu’un capteur de position est intégré dans l’unité constructive pour détecter la position angulaire d’un rotor de la machine électrique.
2. 2. Système d’entraînement selon la revendication 1, dans lequel l’accumulateur d’énergie est une batterie haute tension.
3. 3. Système d’entraînement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le système d’entraînement est un système d'entraînement hybride.
4. 4. Système d’entraînement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les raccords électriques (7) de la machine électrique (1) sont réalisés sous forme de contacts (7), qui viennent en contact avec des contacts conjugués (8) de l'électronique de puissance lorsque Funité constructive (2) est raccordée à la machine électrique (1).
5. 5. Système d'entraînement selon la revendication 4, dans lequel les contacts (7) ou les contacts conjugués (8) sont réalisés sous forme de contacts enfichables.
6. 6. Système d’entraînement selon la revendication 4 ou 5, dans lequel les raccords électriques (7) de la machine électrique (î) sont disposés à distance radiale de l’axe de rotation (5) d'un rotor de la machine électrique 0).
7. 7. Système d'entraînement selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel Funité constructive (2) est disposée sur le côté de la machine électrique (1) qui est opposé au côté de la machine électrique (1) dans la région duquel un arbre de rotor (9) de la machine électrique (1) est guidé hors d'un boîtier (3) de la machine électrique (1).
8. 8. Système d'entraînement selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel Funité constructive (2) s’applique dans la région d’un côté frontal (6) de la machine électrique (1) contre celle-ci.
9. 9. Système d’entraînement selon la revendication 8, dans lequel le côté frontal (6) est disposé perpendiculairement à l’axe de rotation (5) d’un rotor de la machine électrique (1).
10. 10. Système d’entraînement selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la machine électrique (1) et/ou l'unité constructive (2) présentent à chaque fois un boîtier (3, 4) avec un contour extérieur à symétrie de révolution,
11. 11. Système d’entraînement selon la revendication 10, dans lequel les diamètres extérieurs du boîtier (3) de la machine électrique (1) et du boîtier (4) de l’unité constructive (2) sont identiques.
12. 12. Système d’entraînement selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel l'unité constructive (2) de l'électronique de puissance et la machine électrique (1) sont montées ou logées dans un boîtier commun (3,4).
13. 13. Système d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le capteur de position (11) est disposé dans la région de l'axe de rotation (5) d’un rotor de la machine électrique (1).
14. 14. Système d’entraînement selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, qui présente un pont portique (13), qui reçoit deux machines électriques (1, 1) pour l’entraînement des roues d’un essieu, notamment d’un essieu avant (18) ou d’un essieu arrière du véhicule automobile.
15. 15. Système d'entraînement selon la revendication 14, dans lequel les axes de rotation (19, 19) des deux machines électriques (1, 1) sont disposés parallèlement l’un à côté de l’autre.