FR3005810A1 - COMPLETELY INTEGRATED ELECTRICAL TRACTION DEVICE - Google Patents
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Abstract
Dispositif (11) de traction électrique comprenant un moteur électrique, un convertisseur (9) pour alimenter en électricité le moteur électrique, un dispositif de refroidissement, un enveloppe (6, 7) commune et un dispositif (3) de transmission qui est disposé dans une zone de réception délimitée dans la direction radiale par un l'élément (2) rotorique.An electric traction device (11) comprising an electric motor, a converter (9) for supplying electricity to the electric motor, a cooling device, a common casing (6, 7) and a transmission device (3) which is disposed in a receiving zone delimited in the radial direction by a rotor element (2).
Description
Dispositif de traction électrique intégré complètement La présente invention concerne un dispositif de traction électrique comprenant un moteur électrique, qui a un élément rotorique ayant un axe de rotation, un convertisseur pour alimenter en électricité le moteur électrique, un dispositif de refroidissement pour refroidir le moteur électrique et le convertisseur, ainsi qu'une enveloppe commune dans laquelle le moteur électrique et le dispositif de refroidissement sont intégrés. Dans la fabrication de dispositifs de traction, notamment pour des véhicules, on vise à disposer d'un groupe de traction intégré, optimisé en poids et en espace de construction et ayant des interfaces adéquates avec le véhicule (CAN, LIN, etc.). On disposerait ainsi, tout en ayant un coût d'intégration petit du côté utilisateur, d'un dispositif de traction électrique intégré complètement, par exemple pour des applications suivantes : véhicule hybride à ERAD (electric rear axle drive), véhicule à batterie à traction avant ou arrière (BEV) et système modulaire pour l'hybridation simple de véhicules classiques ICE (internal combustion engine).The present invention relates to an electric traction device comprising an electric motor, which has a rotor element having an axis of rotation, a converter for supplying electricity to the electric motor, a cooling device for cooling the electric motor. and the converter, as well as a common envelope in which the electric motor and the cooling device are integrated. In the manufacture of traction devices, especially for vehicles, it is intended to have an integrated traction unit, optimized in weight and construction space and having suitable interfaces with the vehicle (CAN, LIN, etc.). This would provide, while having a small cost of integration on the user side, a completely integrated electric traction device, for example for the following applications: hybrid vehicle ERAD (electric rear axle drive), traction battery vehicle front or rear (BEV) and modular system for the simple hybridization of conventional ICE (internal combustion engine) vehicles.
Par le fascicule imprimé DE 10 2010 002 068 Al, on connaît un groupe moteur qui comprend un moteur, un échangeur de chaleur et un convertisseur pour le moteur. Pour procurer un groupe moteur prenant peu de place et peu coûteux, on y propose de constituer l'échangeur de chaleur de manière à refroidir à la fois le moteur et le convertisseur. Le fascicule imprimé US 2012/0153718 Al expose, en outre, un système de gestion thermique pour un système de traction intégré qui comprend un moteur électrique, un convertisseur et une transmission dans une enveloppe commune. Le refroidissement des éléments est ainsi simplifié. Le système commun de gestion thermique comprend une boucle pour du fluide de refroidissement liquide, qui est couplée au moteur électrique, au convertisseur et à l'enveloppe. On connaît, en outre, par le fascicule de brevet DE 10 2010 008 978 B4 un montage pour des convertisseurs de traction modulaires. Le montage sert à la transformation bidirectionnelle d'une tension continue d'une alimentation en tension continue en une tension tournante d'un système à tension tournante ayant le convertisseur de traction. Celui-ci est constitué de plusieurs sous-modules de même construction, cadencés à respectivement une fréquence d'horloge et ayant respectivement deux bornes du côté du courant continu et deux bornes du côté du courant alternatif. La présente invention vise à rendre encore plus petit l'espace occupé par un dispositif de traction électrique ayant une transmission. On y parvient, suivant l'invention, par un dispositif comprenant - un moteur électrique qui a un élément rotorique ayant un axe de rotation, - un convertisseur pour alimenter en électricité le moteur électrique, - un dispositif de refroidissement pour refroidir le moteur électrique et le convertisseur, ainsi que - une enveloppe commune dans laquelle le moteur électrique et le dispositif de refroidissement sont intégrés, - un dispositif de transmission, qui peut être entraîné par le moteur électrique par l'intermédiaire de l'élément rotorique et qui est disposé au moins en partie dans une zone de réception délimitée dans la direction radiale, rapportée à l'axe de rotation, par l'élément rotorique.DE 10 2010 002 068 A1 discloses a motor unit comprising a motor, a heat exchanger and a converter for the motor. To provide a small and inexpensive engine group, it is proposed to constitute the heat exchanger so as to cool both the engine and the converter. The printed book US 2012/0153718 A1 also discloses a thermal management system for an integrated traction system which comprises an electric motor, a converter and a transmission in a common envelope. The cooling of the elements is thus simplified. The common thermal management system includes a loop for liquid coolant, which is coupled to the electric motor, the converter and the casing. Patent specification DE 10 2010 008 978 B4 discloses an arrangement for modular traction converters. The assembly is used for the bidirectional transformation of a DC voltage from a DC voltage supply to a rotating voltage of a rotating voltage system having the traction converter. This consists of several sub-modules of the same construction, clocked respectively at a clock frequency and respectively having two terminals on the DC side and two terminals on the AC side. The present invention aims to make even smaller the space occupied by an electric traction device having a transmission. This is achieved, according to the invention, by a device comprising - an electric motor which has a rotor element having an axis of rotation, - a converter for supplying electricity to the electric motor, - a cooling device for cooling the electric motor and the converter, as well as - a common envelope in which the electric motor and the cooling device are integrated, - a transmission device, which can be driven by the electric motor via the rotor element and which is arranged at the less in part in a receiving zone delimited in the radial direction, relative to the axis of rotation, by the rotor element.
D'une manière avantageuse, un dispositif de transmission est ainsi intégré dans le rotor du moteur électrique. L'espace disponible à l'intérieur du rotor peut ainsi être mieux utilisé de sorte que le dispositif de traction électrique ayant une transmission peut prendre moins de place. Le dispositif de transmission peut comprendre un engrenage planétaire. il est ainsi possible de modifier la vitesse de rotation d'un arbre mené par rapport à la vitesse de rotation du rotor pour améliorer, par exemple, le rendement du dispositif de traction. En outre, le dispositif de transmission peut comprendre une transmission à deux vitesses ou à plusieurs vitesses. Il devient ainsi possible d'avoir, pendant le fonctionnement, des vitesses de rotation différentes de l'arbre mené, tout en ayant une même vitesse de rotation du rotor. En outre, le dispositif de transmission comprend une 30 transmission différentielle. Cela procure des avantages, notamment, dans la traction de véhicule dans des trajets en courbe.Advantageously, a transmission device is thus integrated in the rotor of the electric motor. The space available inside the rotor can thus be better used so that the electric traction device having a transmission can take up less space. The transmission device may comprise a planetary gear. it is thus possible to change the rotational speed of a driven shaft relative to the rotational speed of the rotor to improve, for example, the efficiency of the traction device. In addition, the transmission device may comprise a two-speed or multi-speed transmission. It thus becomes possible to have, during operation, different rotational speeds of the driven shaft, while having the same speed of rotation of the rotor. In addition, the transmission device comprises a differential transmission. This provides advantages, in particular, in vehicle traction in curved paths.
En outre, le convertisseur peut être constitué pour transformer un courant continu en un courant alternatif polyphasé. Il est ainsi possible d'alimenter, par exemple, des dispositifs de traction en courant alternatif très efficaces 5 par des batteries en courant continu. Bien entendu, le convertisseur peut être aussi un convertisseur à variation de fréquence, un redresseur pour la transformation d'une tension alternative en une tension continue ou un convertisseur de tension continue (convertisseur, tension continue-tension 10 continue). Par convertisseur on entend, dans le présent mémoire, également une combinaison de deux ou plusieurs des convertisseurs mentionnés ci-dessus). Des éléments du convertisseur peuvent être répartis sur le 15 pourtour de l'enveloppe. On peut ainsi utiliser, pour le convertisseur, des espaces assez petits dans ou sur l'enveloppe, convertisseur qui en règle générale est constitué d'innombrables éléments, qui doivent simplement être reliés entre eux électriquement. 20 En outre, l'enveloppe peut être à double paroi et du fluide de refroidissement peut être véhiculé à l'intérieur de l'enveloppe à double paroi par le dispositif de refroidissement. L'enveloppe remplit ainsi les fonctionnalités 25 multiples de la protection du support et du refroidissement. Le convertisseur peut être maintenu entre les deux parois de l'enveloppe et être entouré directement du fluide de refroidissement. On assure ainsi un mode de construction 30 prenant peu de place tout en ayant le refroidissement le meilleur possible du convertisseur. Le dispositif de refroidissement peut aussi être en contact thermique direct à la fois avec le moteur électrique et le convertisseur. On peut ainsi obtenir un refroidissement très efficace du moteur électrique et du convertisseur. De préférence, le convertisseur à plusieurs sous-modules, qui sont montés en série et dont chacun est associé respectivement à une phase du convertisseur. On peut placer ainsi au mieux les sous-modules indépendamment les uns des autres, ce qui peut augmenter encore la compacité du dispositif de traction.In addition, the converter can be constituted to transform a direct current into a polyphase alternating current. It is thus possible to supply, for example, highly efficient AC traction devices with DC batteries. Of course, the converter may also be a frequency-varying converter, a rectifier for transforming an alternating voltage into a DC voltage or a DC voltage converter (converter, DC voltage-DC voltage). By converter is meant herein also a combination of two or more of the converters mentioned above). Converter elements may be distributed around the periphery of the envelope. It is thus possible to use, for the converter, rather small spaces in or on the envelope, which converter generally consists of innumerable elements, which simply need to be electrically interconnected. In addition, the casing may be double walled and cooling fluid may be conveyed within the double wall casing by the cooling device. The envelope thus fulfills the multiple functions of media protection and cooling. The converter can be maintained between the two walls of the envelope and be surrounded directly by the cooling fluid. This ensures a mode of construction 30 taking up little space while having the best possible cooling of the converter. The cooling device can also be in direct thermal contact with both the electric motor and the converter. It is thus possible to obtain very efficient cooling of the electric motor and the converter. Preferably, the converter with several submodules, which are connected in series and each of which is respectively associated with a phase of the converter. The sub-modules can thus be placed in the best possible manner independently of each other, which can further increase the compactness of the traction device.
En outre, le dispositif de refroidissement peut être constitué pour refroidir le dispositif de transmission. On peut prévoir ainsi un dispositif de refroidissement unique, qui refroidit à la fois le moteur électrique, le convertisseur et le dispositif de transmission.In addition, the cooling device may be constituted to cool the transmission device. One can thus provide a single cooling device, which cools both the electric motor, the converter and the transmission device.
Dans un mode de réalisation, un verrouillage mécanique de rotation ou de stationnement est intégré dans le moteur électrique. La densité d'intégration du dispositif de traction électrique s'en trouve encore augmentée.In one embodiment, a mechanical rotation or parking lock is integrated into the electric motor. The integration density of the electric traction device is further increased.
Une électronique de commande (notamment pour la commande du convertisseur) peut être une électronique de commande mise dans l'enveloppe dans le prolongement axial du moteur électrique. Cela à l'avantage que le dispositif de traction peut être constitué en ayant des dimensions radiales petites. En variante, le moteur électrique a un stator dont les dimensions extérieures délimitent une espace dans lequel est intégrée une électronique de commande du moteur électrique.A control electronics (especially for the control of the converter) may be a control electronics placed in the casing in the axial extension of the electric motor. This has the advantage that the pulling device can be constituted by having small radial dimensions. Alternatively, the electric motor has a stator whose outer dimensions define a space in which is integrated a control electronics of the electric motor.
Cela à l'avantage que le dispositif de traction peut être court axialement et que l'on peut utiliser, en outre, des espaces inutilisées dans le stator.This has the advantage that the traction device can be short axially and that unused spaces in the stator can be used.
Le dispositif de traction électrique, suivant l'invention, est utilisé de préférence dans un véhicule automobile. Mais un dispositif de traction, suivant l'invention, peut être utilisé aussi dans un aéronef, dans un bateau ou dans une locomotive.The electric traction device according to the invention is preferably used in a motor vehicle. But a traction device according to the invention can also be used in an aircraft, in a boat or in a locomotive.
La présente invention sera explicitée maintenant d'une manière plus précise aux moyens des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'un dispositif de traction suivant l'invention selon un premier exemple de réalisation ; la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique d'un dispositif de traction suivant l'invention selon un deuxième mode de réalisation ; et la figure 3 représente un véhicule automobile ayant un dispositif de traction suivant l'invention.The present invention will now be explained in more detail to the means of the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a traction device according to the invention according to a first embodiment; Figure 2 is a schematic cross sectional view of a traction device according to the invention according to a second embodiment; and Figure 3 shows a motor vehicle having a traction device according to the invention.
Les exemples de réalisation décrits d'une manière plus précise dans ce qui suit représentent des modes de réalisation préférés de la présente invention. Le dispositif 11 de traction électrique représenté en coupe transversale à la figure 1 constitue un premier exemple de réalisation. Le dispositif de traction a au moins un moteur électrique qui est symbolisé à la figure 1 par un stator 1 et par un rotor 2. Le moteur électrique peut être un moteur synchrone à aimant permanent, un moteur asynchrone, un moteur synchrone à excitation indépendante ou un autre moteur. Le rotor 2 qui a un axe de rotation est, dans ce cas, un cylindre creux. L'espace intérieur ainsi créé ou cavité du rotor 2 peut être rempli en tout ou partie d'un dispositif 3 de transmission. L'intérieur du rotor 2 peut être adapté à la forme du dispositif de transmission. Le dispositif de transmission peut dépasser dans la direction axiale du rotor mais aussi être intégré complètement à l'intérieur du rotor.The embodiments described in more detail in the following represent preferred embodiments of the present invention. The electric traction device 11 shown in cross section in FIG. 1 constitutes a first exemplary embodiment. The traction device has at least one electric motor which is symbolized in FIG. 1 by a stator 1 and by a rotor 2. The electric motor may be a permanent magnet synchronous motor, an asynchronous motor or a synchronous motor with independent excitation or another engine. The rotor 2 which has an axis of rotation is, in this case, a hollow cylinder. The interior space thus created or cavity of the rotor 2 may be filled wholly or partly with a transmission device 3. The inside of the rotor 2 can be adapted to the shape of the transmission device. The transmission device may protrude in the axial direction of the rotor but also be fully integrated inside the rotor.
En tout cas, le dispositif de transmission est disposé, au moins en partie, dans une région où il est logé dans le rotor, région qui est délimitée par un élément rotorique (par exemple des aimants permanents, un paquet de tôles ou analogues) dans la direction radiale.In any case, the transmission device is disposed, at least in part, in a region where it is housed in the rotor, which region is delimited by a rotor element (for example permanent magnets, a package of sheets or the like) in the radial direction.
Le dispositif 3 de transmission est, dans l'exemple de la figure 1, réalisé sous la forme d'un engrenage planétaire ayant une roue 4 solaire et des roues 5 satellites. Le rotor 2 est en coopération d'action avec le dispositif 3 de transmission. A titre simplement d'exemple, l'engrenage planétaire a, dans ce cas, quatre roues 5 satellites. Au centre de ces roues 5 satellites se trouve la roue 4 solaire qui est en coopération d'action avec les roues 5 satellites. Si le rotor 2 tourne, le dispositif 3 de transmission est entraîné par lui et le dispositif de transmission transmet pour sa part le mouvement de rotation à un arbre mené qui n'est pas représenté à la figure 1. L'engrenage planétaire ou engrenage à roue satellite peut avoir des dimensions quelconques. Le rapport des vitesses de rotation du rotor et de l'arbre mené peut être réglé en conséquence. La forme de construction de l'engrenage planétaire peut être aussi modifiée en soi. On peut, notamment, prévoir de disposer coaxialement entre eux un arbre rotorique, solidaire en rotation du rotor 2, du dispositif de traction et l'arbre mené du dispositif de transmission. On obtient ainsi une structure de construction simple, tout en ayant des dimensions petites du dispositif de traction.The transmission device 3 is, in the example of FIG. 1, embodied in the form of a planetary gear having a solar wheel 4 and satellite wheels. The rotor 2 is in operative cooperation with the transmission device 3. By way of example only, the planet gear has, in this case, four satellite wheels. In the center of these 5 satellite wheels is the solar wheel 4 which is in action cooperation with the satellite wheels. If the rotor 2 rotates, the transmission device 3 is driven by it and the transmission device for its part transmits the rotational movement to a driven shaft which is not shown in Figure 1. The planetary gear or gear to satellite wheel can have any dimensions. The ratio of rotational speeds of the rotor and the driven shaft can be adjusted accordingly. The form of construction of the planetary gear can also be modified in itself. In particular, provision may be made to coaxially arrange between them a rotor shaft, integral in rotation with the rotor 2, the traction device and the driven shaft of the transmission device. This gives a simple construction structure, while having small dimensions of the traction device.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de traction comprend donc, comme indiqué ci-dessus, au moins un jeu de roues satellites. Un jeu de roues satellites de ce genre peut, à la manière habituelle, comporter la roue 4 solaire mentionnée, un certain nombre de roues 5 satellites qui sont portées par une cage d'engrenage planétaire et une roue à denture intérieure. Un jeu de roues satellites de ce genre peut être prévu tant pour la transmission qu'également pour un différentiel prévu éventuellement.In one embodiment, the traction device thus comprises, as indicated above, at least one set of satellite wheels. A set of such satellite wheels can, in the usual manner, include the mentioned solar wheel 4, a number of satellite wheels which are carried by a planetary gearbox and an internal gear wheel. A set of satellite wheels of this kind can be provided for both the transmission and also for a differential possibly provided.
Dans un mode de réalisation judicieux, le dispositif de transmission comprend un premier et un deuxième jeux de roues satellites ayant respectivement une roue solaire et un certain nombre de roues satellites portées sur une cage d'engrenage planétaire, la roue solaire du premier jeu de roues satellites étant reliée à l'arbre du rotor et la roue solaire du deuxième jeu de roues satellites à l'arbre menant et les roues satellites du premier jeu de roues satellites entraînant les roues satellites du deuxième jeu de roues satellites. En renonçant à des roues à denture intérieure dans le premier et dans le deuxième jeux de roues satellites, on peut obtenir un agencement de transmission d'un diamètre petit. La constitution d'un premier et d'un deuxième jeux de roues satellites d'un engrenage du dispositif de transmission 25 permet, en outre, de régler un rapport de transmission souhaité entre l'arbre du rotor et l'arbre mené. On peut prévoir, notamment, à cet effet que les roues satellites du premier jeu de roues satellites ait un diamètre autre et/ou un nombre de dents autres que les roues satellites du deuxième 30 jeu de roues satellites. Les roues satellites du premier jeu de roues satellites peuvent, en particulier, avoir un diamètre plus grand que les roues satellites du deuxième jeu de roues satellites. On peut régler ainsi un rapport de transmission approprié pour des dispositifs de traction électriques dans le véhicule automobile. Cela va de préférence d'un rapport de 1:5 à 1:15. On peut prévoir, en outre, que la cage d'engrenage planétaire du dispositif de transmission soit fixe. On peut prévoir, de plus, que la cage de l'engrenage planétaire porte les roues satellites du premier et du deuxième jeux de roues satellites. Suivant un autre mode de réalisation judicieux, l'arbre du rotor et l'arbre mené sont centrés l'un par rapport à l'autre. Le centrage peut s'effectuer, par exemple, par une adaptation précise de toutes les tolérances de l'enveloppe. On peut prévoir aussi d'effectuer le centrage par un palier de centrage qui est disposé entre l'arbre du rotor et l'arbre mené et qui accouple les deux arbres entre eux. On peut prévoir, en variante, d'effectuer le centrage par deux points de palier de la cage portant les roues satellites, un premier point de palier étant couplé à l'arbre de rotor et un deuxième point de palier à l'arbre mené. Le centrage dépend aussi directement du support des deux arbres, ce support étant déterminé essentiellement par la longueur axiale du dispositif de traction. Dans une première variante courte du dispositif de traction, le rotor n'a besoin d'être relié à l'arbre du rotor que simplement par une bride unique. Dans un dispositif de traction de ce genre, l'arbre du rotor et l'arbre mené peuvent être supportés respectivement d'un côté.In a judicious embodiment, the transmission device comprises first and second sets of planet wheels having respectively a sun wheel and a number of planet wheels carried on a planetary gear case, the sun wheel of the first set of wheels. satellites being connected to the rotor shaft and the sun gear of the second set of planet wheels to the driving shaft and the planet wheels of the first set of planet wheels driving the planet wheels of the second set of planet wheels. By giving up internal gear wheels in the first and second sets of planet wheels, a small diameter transmission arrangement can be achieved. The constitution of a first and second set of planet wheels of a gear of the transmission device 25 further makes it possible to set a desired transmission ratio between the rotor shaft and the driven shaft. In particular, it can be provided for this purpose that the planet wheels of the first set of planet wheels have a different diameter and / or a number of teeth other than the planet wheels of the second set of planet wheels. The planet wheels of the first set of planet wheels may, in particular, be larger in diameter than the planet wheels of the second set of planet wheels. In this way, an appropriate transmission ratio can be set for electric traction devices in the motor vehicle. This is preferably in a ratio of 1: 5 to 1:15. In addition, it can be provided that the planetary gearbox of the transmission device is fixed. In addition, it can be provided that the cage of the planetary gear carries the planet wheels of the first and second sets of planet wheels. According to another judicious embodiment, the rotor shaft and the driven shaft are centered relative to each other. The centering can be performed, for example, by a precise adaptation of all the tolerances of the envelope. It is also possible to perform the centering by a centering bearing which is arranged between the rotor shaft and the driven shaft and which couples the two shafts between them. As an alternative, it is possible to center two bearing points of the cage carrying the planet wheels, a first bearing point being coupled to the rotor shaft and a second bearing point to the driven shaft. The centering also depends directly on the support of the two shafts, this support being essentially determined by the axial length of the traction device. In a first short variant of the traction device, the rotor needs to be connected to the rotor shaft only by a single flange. In such a pulling device, the rotor shaft and the driven shaft can be supported on one side respectively.
Dans une deuxième variante plus longue du dispositif de traction, on peut prévoir de relier le rotor à l'arbre du rotor ou à l'arbre mené par des brides disposées à ses extrémités opposées. On assure ainsi un meilleur appui du rotor. Tant le bout de l'arbre mené qu'également le bout de l'arbre du rotor doivent être supportés par un palier fixe. Il est, en outre, judicieux que la cage de l'engrenage planétaire soit montée sur l'arbre du rotor et sur l'arbre mené au moyen d'un palier fixe et d'un palier libre. Comme dispositif 3 de transmission, une transmission, à deux ou à plusieurs vitesses, peut être intégrée aussi dans le rotor 2. Une transmission différentielle peut être intégrée aussi en variante ou en plus dans l'espace creux du rotor 2 comme mentionné ci-dessus. Suivant l'invention au moins une région de réception, dans laquelle le dispositif 3 de transmission est disposé au moins en partie, est délimitée dans la direction radiale par un élément rotorique (par exemple un paquet de tôles rotorique). Un dispositif de traction de ce genre peut avoir des dimensions sensiblement plus petites qu'un dispositif de traction dans lequel le moteur électrique de traction et le dispositif de transmission sont reliés entre eux sous la forme de pièces distinctes. L'étendue axiale d'un dispositif de traction de ce genre peut être, notamment, rapetissée. Comme on peut se dispenser de l'enveloppe du dispositif de transmission et que l'on peut utiliser d'autres constituants du moteur et du dispositif de transmission, on obtient des avantages du point de vue du support, du refroidissement, de la lubrification et de l'étanchéité.In a second, longer variant of the traction device, provision may be made to connect the rotor to the rotor shaft or to the driven shaft by flanges arranged at its opposite ends. This ensures a better support of the rotor. Both the end of the driven shaft and the end of the rotor shaft must be supported by a fixed bearing. It is furthermore advisable that the shaft of the sun gear is mounted on the rotor shaft and on the driven shaft by means of a fixed bearing and a free bearing. As a transmission device 3, a transmission, with two or more speeds, can also be integrated in the rotor 2. A differential transmission can also be integrated as an alternative or in addition to the hollow space of the rotor 2 as mentioned above. . According to the invention at least one receiving region, in which the transmission device 3 is arranged at least in part, is delimited in the radial direction by a rotor element (for example a rotor plate package). Such a pulling device may have dimensions substantially smaller than a pulling device in which the electric traction motor and the transmission device are connected together in the form of separate parts. The axial extent of a traction device of this kind can be, in particular, reduced. Since the envelope of the transmission device can be dispensed with and other constituents of the engine and the transmission device can be used, advantages are obtained from the point of view of support, cooling, lubrication and sealing.
Lorsque, dans la description présente, on indique que le dispositif de transmission est intégré à l'intérieur du rotor dans le moteur électrique d'entraînement ou dans le moteur électrique, il faut entendre par là que le dispositif de transmission est mis dans tout l'espace creux du rotor ou dans l'espace creux se trouvant entre le rotor et l'arbre du rotor. L'invention part de la considération que, dans un moteur de traction habituel, l'espace creux du rotor ou l'espace de construction compris entre le rotor et l'arbre du rotor représente un espace mort qui est empli seulement d'air et de la structure de support. En mettant le dispositif de transmission dans cet espace mort, on peut obtenir le rapetissement très souhaité du dispositif de traction par rapport à des pièces de construction distinctes.When, in the present description, it is indicated that the transmission device is integrated inside the rotor in the electric drive motor or in the electric motor, it must be understood that the transmission device is put in all the hollow space of the rotor or in the hollow space between the rotor and the rotor shaft. The invention proceeds from the consideration that, in a usual traction motor, the hollow space of the rotor or the space of construction between the rotor and the rotor shaft represents a dead space which is filled only with air and of the support structure. By putting the transmission device in this dead space, it is possible to obtain the very desired reduction of the traction device with respect to separate pieces of construction.
Il est intégré, en outre, dans l'exemple présent dans le dispositif de traction suivant l'invention, de préférence dans son enveloppe, au moins un convertisseur qui alimente au moins un moteur électrique, de préférence à partir d'une alimentation en courant continu. D'une manière générale, on peut intégrer au lieu du convertisseur de courant également tout autre convertisseur (par exemple, un onduleur, un redresseur), notamment dans l'enveloppe du dispositif de traction électrique.It is furthermore integrated in the example present in the traction device according to the invention, preferably in its envelope, at least one converter which supplies at least one electric motor, preferably from a power supply. continued. In a general manner, any other converter (for example, an inverter, a rectifier) may be integrated in place of the current converter, in particular in the envelope of the electric traction device.
Dans le cas d'un traction de véhicule électrique, l'alimentation en énergie s'effectue de préférence à partir d'une source de tension continue (par exemple batterie de haute tension ou batterie de traction). La tension continue est transformée en règle générale en une tension alternative polyphasée ayant la fréquence nécessaire. Dans l'exemple de la figure 1, le stator 1 est entouré d'une enveloppe à double paroi ayant la paroi 6 intérieure et la paroi 7 extérieure. La paroi 6 intérieure est, dans l'exemple présent, de sections transversales circulaires, tandis que la paroi 7 extérieure est ici, simplement à titre d'exemple, hexagonale. On peut songer à n'importe quelle autre forme. L'avantage de cette paroi double est que l'on peut véhiculer un fluide 8 de refroidissement entre les deux parois 6 et 7. Mais au lieu de l'enveloppe à paroi double, on peut utiliser aussi une enveloppe simple ayant un autre système de refroidissement (par exemple des canaux de refroidissement dans l'enveloppe ou entre l'enveloppe et stator). Le circuit d'un convertisseur 9 est, dans ce cas, réparti sur le pourtour extérieur de l'enveloppe (de préférence uniformément). En particulier le convertisseur peut avoir plusieurs modules ou composants 10 de convertisseur qui sont fixés à la paroi 7 extérieure de l'enveloppe. Elles peuvent être, tout comme le stator 1, en contact thermique direct avec l'enveloppe ou avec ses parois 6, 7. On garantit ainsi un refroidissement efficace du moteur et du convertisseur 9.In the case of electric vehicle traction, the power supply is preferably from a DC voltage source (eg high voltage battery or traction battery). The DC voltage is generally converted into a polyphase AC voltage having the necessary frequency. In the example of Figure 1, the stator 1 is surrounded by a double-walled envelope having the inner wall 6 and the outer wall 7. The inner wall 6 is, in the present example, of circular cross-sections, while the outer wall 7 is here, merely by way of example, hexagonal. We can think of any other form. The advantage of this double wall is that it is possible to convey a cooling fluid 8 between the two walls 6 and 7. But instead of the double-walled envelope, it is also possible to use a simple envelope having another system of cooling (eg cooling channels in the shell or between the shell and stator). The circuit of a converter 9 is, in this case, distributed on the outer periphery of the envelope (preferably uniformly). In particular, the converter may have several converter modules or components which are attached to the outer wall of the envelope. They can be, like the stator 1, in direct thermal contact with the casing or with its walls 6, 7. This ensures an efficient cooling of the motor and the converter 9.
Les modules 10 du convertisseur peuvent être constitués comme dans le fascicule de brevet DE 10 2010 008 978 B4. En particulier, on peut prévoir pour chaque phase d'un moteur à courant alternatif, respectivement, un module distinct ayant deux bornes du côté du courant continu et deux bornes du côté du courant alternatif. Dans un exemple de réalisation, le circuit du convertisseur peut avoir au moins deux sous-modules montés en série, le circuit du convertisseur et ainsi ses sous-modules disposant, par une inductance, d'une puissance électrique provenant d'une source de puissance de la tension continue. Chaque sous-module a, du côté de l'entrée, un demi-pont monophasé et du côté de la charge un demi-pont monophasé. Les demi-ponts et le pont complet sont montés en un circuit intermédiaire en parallèle l'un à l'autre du côté de la tension continue. Une capacité de circuit intermédiaire est monté en outre dans le circuit intermédiaire en parallèle aux demi-points et aux ponts complets.The modules 10 of the converter can be made as in the patent specification DE 10 2010 008 978 B4. In particular, there can be provided for each phase of an AC motor, respectively, a separate module having two terminals on the DC side and two terminals on the AC side. In an exemplary embodiment, the converter circuit may have at least two submodules connected in series, the converter circuit and thus its sub-modules having, by an inductor, an electrical power from a power source. of the DC voltage. Each sub-module has, on the input side, a single-phase half-bridge and on the load side a single-phase half-bridge. The half-bridges and the complete bridge are mounted in an intermediate circuit in parallel with each other on the DC voltage side. An intermediate circuit capacitance is further mounted in the intermediate circuit in parallel with the half-points and the complete bridges.
Dans un autre exemple de réalisation, le dispositif de traction peut être pourvu d'un dispositif d'alimentation en fluide ayant au moins un canal pour du fluide, par lequel au moins un point de refroidissement et/ou de lubrification du dispositif de traction est alimenté en fluide pour la lubrification et/ou le refroidissement. Le canal pour du fluide s'étend de préférence dans au moins une première sous-région d'un premier élément fixe et dans au moins une deuxième sous-région, se raccordant à la première sous-région dans le sens d'écoulement du fluide par le canal pour du fluide, d'un deuxième élément du dispositif de traction tournant par rapport au premier élément. Cela signifie que l'arrivée du fluide s'effectue d'abord dans l'élément fixe qui ne tourne pas. Ensuite, le fluide est envoyé au moyen du canal pour du fluide au deuxième élément tournant. Il est ainsi possible, d'une façon efficace, de refroidir et/ou de lubrifier au moins un élément du dispositif de traction par le point de refroidissement et/ou du lubrification de manière à pouvoir assurer une aptitude à fonctionner souhaitée du dispositif de traction même pendant une grande durée de vie. Dans un autre exemple de réalisation, on peut relier entre eux (par exemple par complémentarité de matière) sans possibilité de destruction au moins deux éléments reliés fixement l'un à l'autre du dispositif de traction. On relie de préférence ainsi deux éléments de l'enveloppe de manière à créer une unité. Dans un autre exemple de réalisation, un support de l'élément rotorique, délimitant, au moins en partie, la région de réception du dispositif de transmission et sensiblement en forme de manchon, est constitué d'une seule pièce. Le support du rotor en forme de manchon peut être fabriqué par exemple par le procédé de filage.In another embodiment, the traction device may be provided with a fluid supply device having at least one fluid channel, whereby at least one cooling and / or lubricating point of the traction device is supplied with fluid for lubrication and / or cooling. The fluid channel preferably extends into at least a first subregion of a first fixed member and into at least a second subregion, connecting to the first subregion in the direction of flow of the fluid. by the channel for fluid, a second element of the traction device rotating relative to the first element. This means that the fluid arrives first in the fixed element that does not rotate. Then, the fluid is sent through the channel for fluid to the second rotating member. It is thus possible in an efficient manner to cool and / or lubricate at least one element of the traction device by the cooling point and / or the lubrication so as to ensure a desired operating ability of the traction device. even during a long life. In another embodiment, one can connect to each other (for example by complementarity of material) without the possibility of destruction at least two elements fixedly attached to each other of the traction device. Two elements of the envelope are thus preferably connected so as to create a unit. In another embodiment, a support of the rotor element delimiting, at least in part, the receiving region of the transmission device and substantially in the form of a sleeve, consists of a single piece. The support of the sleeve-shaped rotor can be manufactured for example by the spinning process.
Dans encore un autre exemple de réalisation, une partie active du rotor associée à l'élément rotorique a une structure annulaire pour guider le flux magnétique de la machine électrique. La structure annulaire peut être formée par au moins un paquet de tôles ayant une multiplicité de tôles. Suivant un perfectionnement, la transmission peut être intégrée en outre dans un circuit de refroidissement. Le cas échéant, le moteur électrique, le convertisseur et la transmission sont ainsi refroidis par un dispositif de refroidissement commun et notamment par un circuit de refroidissement commun. Suivant une autre caractéristique, le dispositif de traction électrique suivant l'invention est équipé d'un arrêt mécanique de rotation dans le moteur électrique. Cet arrêt peut être utilisé comme arrêt de stationnement, par exemple dans un véhicule automobile.In yet another embodiment, an active part of the rotor associated with the rotor element has an annular structure for guiding the magnetic flux of the electric machine. The annular structure may be formed by at least one package of sheets having a multiplicity of sheets. According to an improvement, the transmission can be integrated further into a cooling circuit. If necessary, the electric motor, the converter and the transmission are thus cooled by a common cooling device and in particular by a common cooling circuit. According to another characteristic, the electric traction device according to the invention is equipped with a mechanical stop of rotation in the electric motor. This stop can be used as a parking stop, for example in a motor vehicle.
L'électronique de commande du moteur électrique peut, dans un mode de réalisation, être intégrée dans le prolongement axial du moteur électrique ou directement dans le moteur, par exemple dans le stator. On peut fabriquer ainsi des dispositifs de traction prenant peut de place dans la direction axiale ou dans la direction radiale. Un autre exemple de réalisation du dispositif 11' de traction, suivant l'invention, est reproduit à la figure 2. La seule différence par rapport à l'exemple de la figure 1 réside dans le fait que les modules 10 de convertisseur ne sont pas disposés dans ce cas sur le pourtour extérieur de l'enveloppe, c'est-à-dire à l'extérieur sur la paroi 7 extérieure, mais entre les deux parois 6 et 7 de l'enveloppe. Les modules 10 de convertisseur se trouvent donc à l'intérieur de l'enveloppe de sorte que le convertisseur est intégré complètement dans l'enveloppe du dispositif de traction. Le reste de la structure du dispositif de traction correspond à celui de la figure 1. On se reportera donc à la description qui y est donnée. La figure 3 montre enfin le montage concret d'un dispositif 11 ou 11' de traction électrique suivant l'invention dans un véhicule 12 automobile. Dans cet exemple, l'essieu 13 avant est tracté par le dispositif 11, 11' de traction. Bien entendu, on pourrait aussi tracter l'essieu arrière. Une batterie 14 de traction est prévue dans le véhicule 12 automobile pour l'alimentation en courant.The control electronics of the electric motor can, in one embodiment, be integrated in the axial extension of the electric motor or directly in the motor, for example in the stator. Traction devices can thus be produced which can take up space in the axial direction or in the radial direction. Another embodiment of the traction device 11 'according to the invention is reproduced in FIG. 2. The only difference with respect to the example of FIG. 1 lies in the fact that the converter modules 10 are not arranged in this case on the outer periphery of the envelope, that is to say outside on the outer wall 7, but between the two walls 6 and 7 of the envelope. The converter modules 10 are therefore located inside the envelope so that the converter is completely integrated in the envelope of the traction device. The rest of the structure of the traction device corresponds to that of FIG. 1. Reference is therefore made to the description given therein. Finally, FIG. 3 shows the concrete mounting of a device 11 or 11 'of electric traction according to the invention in a vehicle 12 automobile. In this example, the front axle 13 is pulled by the traction device 11, 11 '. Of course, we could also tow the rear axle. A traction battery 14 is provided in the automobile vehicle 12 for power supply.
Par la présente invention, on augmente encore la densité d'intégration du dispositif de traction. On peut réaliser ainsi un mode de construction prenant moins de place de sorte que l'on dispose de davantage de place pour d'autres modules, batteries de traction, paquets ou analogues dans le véhicule.By the present invention, the integration density of the traction device is further increased. In this way, a less space-consuming construction method can be realized so that more space is available for other modules, traction batteries, packages or the like in the vehicle.
Par la grande intégration d'éléments, on se dispense de parties d'enveloppe de connecteurs ou de câbles, ce qui pourrait se manifester par l'intégration individuelle du moteur et du compresseur ou du moteur et de la transmission.The large integration of elements eliminates connector shell parts or cables, which could be manifested by the individual integration of the motor and the compressor or the engine and the transmission.
En raison d'autres économies de coût, d'espace de construction et de poids, le dispositif de traction intégré complètement suivant l'invention s'avère particulièrement avantageux.Due to other cost savings, construction space and weight, the fully integrated traction device according to the invention is particularly advantageous.
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