FR2990475A1

FR2990475A1 - Machine electrique a deux axes de rotation et renvoi d'angle entre les deux axes ainsi qu'ensemble d'aide au demarrage d'un moteur thermique

Info

Publication number: FR2990475A1
Application number: FR1254247A
Authority: FR
Inventors: Cyril Reaubourg
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-15
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: FR2990475B1

Abstract

L'invention porte sur une machine électrique (1) tournante munie d'une poulie (3) avec l'axe (A2) de rotation de la poulie (3) dit second axe sensiblement perpendiculaire à l'axe (A1) de rotation de la machine dit premier axe, la machine (1) comprenant des moyens mécaniques de renvoi d'angle (12, 16) changeant la rotation autour du premier axe (A1) en une rotation autour du second axe (A2) transmise à ladite poulie (3). L'invention porte aussi sur un ensemble d'aide au démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile, comprenant un système d'entraînement du moteur thermique à élément souple de transmission, ledit système comprenant une première poulie (3) d'entraînement et une seconde poulie reliée au vilebrequin, un élément souple (4) reliant ladite seconde poulie à la première poulie (3) d'entraînement, ladite première poulie (3) d'entraînement étant portée et entraînée en rotation par un dispositif transformant une énergie électrique en énergie mécanique, lesdits axes des poulies étant parallèles caractérisé en ce que le dispositif est sous la forme d'une telle machine électrique (1). Application dans le domaine des véhicules automobiles.

Description

MACHINE ELECTRIQUE A DEUX AXES DE ROTATION ET RENVOI D'ANGLE ENTRE LES DEUX AXES AINSI QU'ENSEMBLE D'AIDE AU DEMARRAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention se rapporte à une machine électrique à deux axes de rotation et renvoi d'angle entre les deux axes ainsi qu'a un ensemble d'aide au démarrage d'un moteur thermique. La présente invention trouve une application préférentielle dans un véhicule automobile hybride. [0002] Il est connu d'entraîner le moteur thermique durant les phases de démarrage du véhicule par un alternateur, ceci généralement pour un véhicule à propulsion thermique ou une machine électrique, ceci généralement pour un véhicule à propulsion hybride. [0003] Un alternateur la de l'état de la technique est montré à la figure 1 de la présente demande de brevet pour un véhicule automobile à propulsion thermique. Cet alternateur 1 a, avantageusement réversible, présente un rotor tournant autour d'un axe de rotation sensiblement horizontal. A l'extrémité de l'arbre correspondant à l'axe de rotation est montée une poulie 3 en révolution autour dudit axe. Cette poulie 3 fait partie d'un système de transmission par élément souple pour l'entraînement du vilebrequin du moteur thermique 6. [0004] La poulie 3 entraîne en rotation, par l'intermédiaire d'un élément souple de transmission 4, avantageusement une courroie lisse ou crantée ou une chaîne, une seconde poulie 5 reliée à une extrémité du vilebrequin du moteur thermique 6, ladite seconde poulie 5 tournant avec son axe confondu avec celui du vilebrequin et entraînant le vilebrequin en rotation. Des galets tendeurs 7 et 7a de même qu'une poulie de renvoi 8 sont aussi prévus sur le parcours de l'élément souple de transmission 4. L'ensemble de ces éléments forme un système de transmission à élément souple. [0005] La machine électrique ou l'alternateur la transforme dans ce cas une énergie électrique en une énergie mécanique par rotation du rotor autour de son axe principal de rotation. La transformation opposée par un entraînement inversé, c'est-à-dire la poulie 5 reliée au vilebrequin entraînant la poulie 3 reliée à la machine électrique ou à l'alternateur la est aussi possible, le vilebrequin du moteur thermique 6 entraînant l'alternateur la ou la machine électrique afin qu'il puisse transformer une énergie mécanique en énergie électrique. [0006] Le remplacement d'un tel alternateur la par une machine électrique s'effectue sensiblement au même endroit sur le moteur, dans une position où l'alternateur la est intercalé entre le catalyseur 9, d'un côté, et le brancard 10 lié à l'ossature du véhicule de l'autre. Cependant, comme une telle machine électrique peut aussi remplir d'autres fonctions que celle d'alternateur, ladite machine présente un plus fort encombrement qu'un alternateur classique. [0007] Ainsi, il est fréquent qu'une telle machine électrique ne puisse pas être implantée au même endroit que l'alternateur 1 a. Son implantation à la place de l'alternateur n'est donc pas possible en l'état sans modification importante du moteur et/ou du véhicule, ce qui oblige par exemple à déplacer le catalyseur pour créer de la place pour la machine électrique ou à écarter ou modifier l'ossature de l'avant du véhicule, ce qui est difficilement envisageable. [0008] Ceci est montré à la figure 2. En remplaçant l'alternateur la montré à la figure 1 par la machine électrique 1 et en la disposant dans la même configuration c'est-à-dire avec son axe de rotation sensiblement horizontal, la machine électrique 1, de plus grande dimension que l'alternateur bute d'un côté contre le brancard 10 et de l'autre contre le catalyseur 9, dans ce dernier cas par sa zone périphérique référencée 11 à la figure 2. [0009] Le document US-A-2002/0084120 décrit un moteur avec un axe d'entraînement principal qui est entraîné par des moteurs individuels alimentés par différentes sources d'énergie. Les arbres de sortie des moteurs individuels sont orientés de manière différente et raccordés à l'axe d'entraînement principal par des systèmes d'engrenage utilisant des engrenages coniques à renvoi d'angle. Le véhicule automobile concerné peut être un véhicule hybride. [0010] Ce document n'est cependant pas dirigé vers une machine électrique remplaçant un alternateur et ne traite pas du problème de manque de place pour l'insertion d'une machine électrique à la place d'un alternateur dans la motorisation d'un véhicule automobile. [0011] Le problème à la base de la présente invention est de permettre pour un véhicule automobile, notamment un véhicule hybride, le logement d'une machine électrique pouvant contribuer au démarrage du moteur thermique du véhicule à la place anciennement dédiée à l'alternateur dans la motorisation du véhicule, ceci en tenant compte des dimensions plus grandes de la machine électrique par rapport à un alternateur de l'état de la technique. [0012] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention une machine électrique destinée à l'aide au démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile, laquelle transforme une énergie électrique en une énergie mécanique avec une partie de ladite machine effectuant une rotation autour d'un premier axe, ladite machine portant à sa périphérie une poulie qu'elle entraîne en rotation autour d'un second axe, caractérisée en ce que le second axe est sensiblement perpendiculaire au premier axe, la machine comprenant des moyens mécaniques de renvoi d'angle changeant la rotation autour du premier axe en une rotation autour du second axe transmise à ladite poulie. [0013] La contribution inventive de la présente invention réside dans le fait que, contrairement à l'usage habituel pour lequel l'alternateur présente son axe d'entraînement sensiblement horizontal, il a été prévu de placer la machine électrique dans la motorisation du véhicule avec son axe d'entraînement disposé sensiblement verticalement du fait que, prise en position verticale, la machine électrique présente une hauteur plus grande que sa largeur. [0014] L'effet technique obtenu est de permettre l'insertion sur la motorisation du véhicule automobile de la machine électrique dans une position verticale. Dans cette position verticale, la machine électrique prend moins de place dans le sens de la largeur du véhicule entre le brancard et le catalyseur, ce qui permet son insertion entre ces deux éléments comme pour l'alternateur. Ceci permet de conserver pour la machine électrique la place précédemment dédiée à l'alternateur, ceci sans changement effectué sur la motorisation du véhicule ou sur le système d'entraînement du moteur par élément souple. [0015] Ce placement avec axe d'entraînement vertical avait créé cependant la difficulté de réaliser l'entraînement du vilebrequin lors du démarrage du véhicule, l'axe d'entraînement de la machine électrique n'étant plus parallèle à l'axe du vilebrequin du moteur à entraîner. Conformément à une caractéristique de la présente invention, ceci est résolu du fait qu'il est prévu des moyens mécaniques de renvoi d'angle de la rotation autour d'un axe sensiblement vertical de la machine électrique en une rotation autour d'un axe sensiblement horizontal pour l'entraînement de l'élément souple par la machine électrique. [0016] La présente invention consiste ainsi à revoir la position d'insertion de la machine électrique sur le moteur et à modifier en conséquence l'entraînement de sa poulie faisant partie du système d'entraînement par élément souple. La machine électrique de forme avantageusement cylindrique peut ainsi être insérée avec son axe principal de rotation sensiblement vertical, ceci compte tenu que son diamètre ou sa largeur est plus faible que sa longueur. Ceci permet d'entraîner la poulie associée non plus axialement autour de l'axe principal de rotation de la machine mais radialement par rapport à cet axe, ceci par des moyens de renvoi d'angle. La position verticale de la machine électrique, prenant moins de place dans la largeur du véhicule, permet son implantation dans l'environnement moteur et véhicule dédié précédemment au positionnement de l'alternateur. [0017] Avantageusement, les moyens mécaniques de renvoi d'angle sont à engrenages coniques. [0018] Avantageusement, les moyens mécaniques de renvoi d'angle comprennent un disque denté disposé à la périphérie d'un corps tournant autour du premier axe, ledit disque denté engrenant avec un pignon conique tournant autour du second axe. [0019] Avantageusement, la poulie est montée sur un palier la raccordant à la machine électrique. [0020] Avantageusement, la machine présente une forme cylindrique, la poulie étant montée latéralement audit cylindre sur son palier à une hauteur prédéterminée, le palier présentant une longueur prédéterminée. [0021] Avantageusement, la machine électrique fonctionne aussi de manière inversée en transformant une énergie mécanique en énergie électrique en étant entraînée par ladite poulie. [0022] L'invention concerne aussi un ensemble d'aide au démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile comprenant un système d'entraînement du moteur thermique à élément souple de transmission, ledit système comprenant une première poulie d'entraînement et une seconde poulie entraînée reliée au vilebrequin, un élément souple reliant la première poulie d'entraînement à la seconde poulie, ladite première poulie d'entraînement étant portée et entraînée en rotation par un dispositif transformant une énergie électrique en énergie mécanique, lesdits axes des poulies étant parallèles, caractérisé en ce que le dispositif est sous la forme d'une telle machine électrique. [0023] Avantageusement, la hauteur et la longueur du palier sont prédéterminées afin que les poulies dudit ensemble se trouvent dans le même plan. [0024] L'invention concerne aussi un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un tel ensemble d'aide au démarrage de son moteur thermique. [0025] Avantageusement, le véhicule automobile est un véhicule hybride. [0026] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue latérale en perspective d'un moteur thermique de véhicule automobile portant un alternateur selon l'état de la technique, cet alternateur étant couplé avec un système d'entraînement du vilebrequin lors du démarrage du moteur thermique, - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue de dessus en perspective d'une partie d'un moteur thermique et de ses accessoires, ladite partie supportant une machine électrique remplaçant l'alternateur dans une première position pour laquelle la machine bute contre les éléments du véhicule l'entourant, - la figure 3 est une représentation schématique d'une vue de face en perspective d'une partie d'un moteur thermique et de ses accessoires, ladite partie supportant une machine électrique remplaçant l'alternateur dans une seconde position conforme à la présente invention, pour laquelle position la machine s'insère à la place de l'alternateur sans buter contre les éléments du véhicule l'entourant, - la figure 4 est une représentation schématique d'un renvoi de position de l'axe principal de rotation de la machine électrique placé dans sa seconde position conforme à la présente invention vers un axe de rotation sensiblement perpendiculaire à l'axe principal, de façon à ce que la machine soit reliée au système d'entraînement de manière similaire à celle montrée à la figure 1 pour l'alternateur. [0027] Les figures 1 et 2 ont été précédemment détaillées dans la partie introductive de la description de la présente demande. [0028] La figure 3 montre la seconde position d'insertion de la machine électrique 1 sur la motorisation du véhicule. Comme la machine électrique 1 de forme cylindrique présente un diamètre moindre que sa longueur, la seconde position conforme à la présente invention prévoit de disposer la machine électrique 1 en position sensiblement verticale avec la longueur du cylindre qu'elle présente formant sa hauteur. [0029] Dans cette position, la machine électrique 1 n'est plus en butée contre le catalyseur 9 ou le brancard 10 formant les éléments du véhicule l'entourant, ce qui gênait son implantation sur le moteur à la figure 2 dans sa première position d'installation. [0030] Dans cette seconde position, l'axe principal Al du rotor de la machine électrique 1 se trouve en position sensiblement verticale. Il convient de raccorder mécaniquement cet axe principal Al au système d'entraînement à élément souple et donc à la poulie 3 précédemment décrite en regard de la figure 1 et portée par la machine électrique 1, l'élément souple 4 de transmission passant autour de et étant entraîné par ladite poulie 3 dans le cas d'une aide au démarrage du moteur thermique. Inversement, la poulie 3 peut être entraînée par le système d'entraînement dans un fonctionnement de transformation d'énergie mécanique en énergie électrique. [0031] A la figure 1, tous les éléments de transmission du système d'entraînement, c'est- à-dire essentiellement la poulie 3 de l'alternateur 1 a, la poulie 5 reliée au vilebrequin, la poulie de renvoi 8 et les galets tendeurs 7 et 7a, se trouvent dans le même plan, avantageusement vertical, afin que l'élément souple de transmission 4 fonctionne avec des éléments d'entraînement alignés et donc sans contrainte latérale. Il convient donc de garder le système d'entraînement en l'état quand le système est raccordé à une machine électrique mise dans sa seconde position selon la présente invention. [0032] Ainsi, en se référant aux figures 3 et 4, la machine électrique 1 de forme sensiblement cylindrique et disposée en position sensiblement verticale présente, un palier 15 de sortie pouvant recevoir le moyeu de la poulie 3 faisant partie du système de transmission à élément souple. Le palier 15 de sortie présente une longueur I prédéterminée entre la poulie 3 et le corps de la machine électrique 1 et l'axe A2 de rotation de la poulie 3 à l'intérieur du palier 15 est à une hauteur h prédéterminée à partir de l'extrémité inférieure de la machine électrique 1. [0033] La hauteur h de positionnement ainsi que la longueur I du palier 15 sont avantageusement choisies afin que la poulie 3 portée par la machine électrique 1 se trouve dans une position identique à la position qu'elle occupait quand ladite poulie 3 était associée à un alternateur la comme montré à la figure 1. Le système d'entraînement par élément souple de transmission associé à une telle machine électrique 1 reste alors avantageusement inchangé par rapport au système associé à un alternateur. [0034] La poulie 3 de la machine électrique 1 tourne autour d'un axe A2 qui est sensiblement horizontal. Selon la présente invention, ledit axe A2 de la poulie 3 est raccordé mécaniquement à l'axe Al du rotor de la machine électrique 1, cet axe Al s'étendant sensiblement vertical. [0035] Pour ce faire, il est prévu des moyens mécaniques de renvoi d'angle pour transformer la rotation autour de l'axe Al du rotor sensiblement vertical de la machine électrique 1 en une rotation autour d'un axe A2 sensiblement horizontal pour l'entraînement de la poulie 3 du système d'entraînement par élément souple de transmission. [0036] De manière avantageuse, les moyens mécaniques de renvoi d'angle sont des engrenages coniques. Un exemple d'engrenage conique est donné à la figure 4. A cette figure, les axes A2 de la poulie et l'axe principal Al de la machine 1 sont perpendiculaires et concourants. [0037] Il convient de garder à l'esprit que les moyens mécaniques de renvoi d'angle peuvent aussi servir quand les deux axes Al et A2 présentent entre eux un autre angle que 90°. Ceci peut être le cas quand la machine électrique n'est pas mise en position verticale sur le moteur mais dans une position inclinée par rapport à la verticale. [0038] A la figure 4, à l'intérieur de la machine électrique 1, il est prévu un élément tournant 14 autour de l'axe principal Ai, cet élément 14 pouvant être le rotor de la machine 1. L'élément tournant 14 porte un disque conique 16 à sa périphérie, ledit disque 16 engrenant dans un pignon conique 12 relié à la poulie 3, avantageusement au moyeu de ladite poulie 3, afin de convertir la rotation autour de l'axe Al de l'élément tournant 14 de la machine électrique 1 en une rotation autour de l'axe A2 de la poulie 3. [0039] Plusieurs types d'engrenages coniques sont possibles, par exemple un engrenage droit, un engrenage hélicoïdal ou un engrenage hypoïde, de même que plusieurs types de denture. [0040] Les dents respectives du pignon conique 12 et du disque conique 16 engrènent selon un certain angle afin de changer la direction de rotation de l'axe Al du rotor en une rotation selon l'axe A2 de la poulie 3. [0041] La présente invention permet de gagner du volume d'implantation de la machine électrique dans le moteur et de la loger dans la place dédiée à l'alternateur qui est aussi fréquemment sous forme cylindrique comme la machine électrique tout en présentant une longueur plus réduite. [0042] La poulie portée par la machine électrique peut avantageusement être placée dans la même position par rapport au moteur que celle qu'elle occupait sur l'alternateur de sorte que les modifications du système d'entraînement sont minimisées et ne concernent que le positionnement de ladite poulie sur la machine électrique et son entraînement par ladite machine. [0043] Comme un alternateur classique, la machine électrique selon la présente invention peut fonctionner aussi de manière inversée en transformant une énergie mécanique en énergie électrique en étant entraînée par ladite poulie.

Claims

REVENDICATIONS: 1. Machine électrique (1) destinée à l'aide au démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile, laquelle transforme une énergie électrique en une énergie mécanique avec une partie de ladite machine (1) effectuant une rotation autour d'un premier axe (A1), ladite machine (1) portant à sa périphérie une poulie (3) qu'elle entraîne en rotation autour d'un second axe (A2), caractérisée en ce que le second axe (A2) est sensiblement perpendiculaire au premier axe (A1), la machine (1) comprenant des moyens mécaniques de renvoi d'angle (12, 16) changeant la rotation autour du premier axe (A1) en une rotation autour du second axe (A2) transmise à ladite poulie (3).
2. Machine électrique (1) selon la revendication précédente, pour laquelle les moyens mécaniques de renvoi d'angle (12, 16) sont à engrenages coniques.
3. Machine électrique (1) selon la revendication précédente, pour laquelle les moyens mécaniques de renvoi d'angle comprennent un disque denté (16) disposé à la périphérie d'un corps (14) tournant autour du premier axe (A1), ledit disque denté (16) engrenant avec un pignon conique (12) tournant autour du second axe (A2) et relié à la poulie (3).
4. Machine électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour laquelle la poulie (3) est montée sur un palier (15) la raccordant à la machine électrique (1).
5. Machine électrique (1) selon la revendication précédente, laquelle présente une forme cylindrique, la poulie (3) étant montée latéralement au cylindre formé par la machine (1) avec son palier (15) à une hauteur (h) prédéterminée, le palier (15) présentant une longueur (I) prédéterminée.
6. Machine électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, laquelle fonctionne aussi de manière inversée en transformant une énergie mécanique en énergie électrique en étant entraînée par ladite poulie (3).
7. Ensemble d'aide au démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile comprenant un système d'entraînement du moteur thermique à élément souple detransmission, ledit système comprenant une première poulie (3) d'entraînement et une seconde poulie (5) entraînée reliée au vilebrequin, un élément souple (4) reliant la première poulie (3) d'entraînement à la seconde poulie (5), ladite première poulie (3) d'entraînement étant portée et entraînée en rotation par un dispositif transformant une énergie électrique en énergie mécanique, lesdits axes des poulies (3, 5) étant parallèles, caractérisé en ce que le dispositif est sous la forme d'une machine électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
8. Ensemble selon la revendication précédente et la revendication 5, dans lequel la hauteur (h) et la longueur (I) du palier (15) sont prédéterminées afin que les poulies (3, 5) dudit ensemble se trouvent dans le même plan.
9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble d'aide au démarrage de son moteur thermique selon l'une quelconque des deux revendications précédentes.
10. Véhicule automobile selon la revendication précédente, lequel est un véhicule hybride.15