FR3102525A1 - Système de propulsion pour un véhicule. - Google Patents

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Abstract

Système de propulsion pour un véhicule. L’invention porte sur un système de propulsion électrique pour un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant :- une machine électrique à aimants permanents (4) configurée pour être alimentée par un onduleur (90), la machine électrique comportant un rotor ayant six ou huit pôles, et un stator (410), ladite machine étant configurée pour être alimentée par un onduleur, le stator (410) ayant un corps de stator doté d’encoches (413), les encoches recevant des conducteurs formant un bobinage (411), le nombre d’encoches du corps de stator étant compris entre 48 et 72,- un différentiel (7) apte à entrainer un arbre de sortie portant à ses extrémités deux roues latéralement opposées du véhicule,- un dispositif de transmission (10) agencé cinématiquement entre la machine électrique (4) et le différentiel (7), le dispositif de transmission comprenant un premier chemin de transmission du couple (11) présentant un premier rapport de réduction et un deuxième chemin de transmission du couple (12) présentant un deuxième rapport de réduction, le dispositif de transmission (10) comprenant un dispositif de couplage (1, 2) permettant de transmettre un couple entre la machine électrique (4) et le différentiel (7) sélectivement via la premier chemin de transmission (11) ou via le deuxième chemin de transmission (12). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1

Description

Système de propulsion pour un véhicule.
La présente invention concerne un système de propulsion électrique de véhicule, notamment de véhicule automobile, en particulier de véhicule automobile disposant d’un couple à la roue important, par exemple supérieur à 3800 Nm, en particulier supérieur à 4400 Nm, et d’une vitesse à la roue importante, par exemple supérieure à 1300 tours par minute, en particulier supérieure à 1600 tours par minute, tel qu’un véhicule utilitaire sportif appelé aussi SUV.
De tels systèmes de propulsion possèdent classiquement une machine électrique avec un onduleur ayant une tension d’alimentation de 400V, ces machines pouvant atteindre une vitesse de 16000 tours par minute et étant associées à une transmission mécanique présentant un seul rapport de réduction.
Avec de telles architectures, il est souvent difficile de trouver un bon compromis entre le besoin de fort couple à la roue (supérieur à 3800 N.m, en particulier supérieur à 4400 N.m) et le besoin d’atteindre des vitesses relativement élevées (supérieures à 180km/h, en particulier supérieures à 200 km/h). De plus, le fonctionnement de ces systèmes de propulsion génère des pertes qui sont néfastes pour l’efficacité du système de propulsion et pour l’autonomie du véhicule.
L’invention vise donc à réduire les pertes (pertes fer, pertes de courant alternatif, couple de trainée, barbotage…), à augmenter le rendement du système de propulsion, et à augmenter l’autonomie.
A cet effet, l’invention concerne un système de propulsion électrique pour un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant :
- une machine électrique à aimants permanents configurée pour être alimentée par un onduleur, la machine électrique comportant un rotor ayant six ou huit pôles, et un stator ayant un corps de stator doté d’encoches, les encoches recevant des conducteurs formant un bobinage, le nombre d’encoches du corps de stator étant compris entre 48 et 72,
- un différentiel apte à entrainer un arbre de sortie portant à ses extrémités deux roues latéralement opposées du véhicule,
- un dispositif de transmission agencé cinématiquement entre la machine électrique et le différentiel, le dispositif de transmission comprenant un premier chemin de transmission du couple présentant un premier rapport de réduction et un deuxième chemin de transmission du couple présentant un deuxième rapport de réduction, le dispositif de transmission comprenant un dispositif de couplage permettant de transmettre un couple entre la machine électrique et le différentiel sélectivement via la premier chemin de transmission ou via le deuxième chemin de transmission.
Ainsi, la mise en œuvre d’un dispositif de transmission présentant au moins deux rapports de réduction avec ce type de machine électrique permet à la machine électrique de travailler dans sa meilleure zone d’efficacité et d’améliorer le rendement. Cela permet également d’atteindre plus facilement les objectifs de vitesse maximale à la roue (supérieure à 1300 tours par minute, en particulier supérieure à 1600 tours par minute), et de couple à la roue (supérieur à 3800 Nm, en particulier supérieur à 4400 Nm). L’utilisation d’au moins deux rapports de vitesses permet de concilier couple de démarrage élevé et vitesse maximale et par conséquent de réduire le temps nécessaire au véhicule pour atteindre une vitesse élevée. Le choix de deux rapports de vitesse offre un bon compromis entre complexité de la transmission, performances dynamiques, consommation du véhicule, et taille de la machine électrique. Un nombre d’encoches élevé, tel que 48, 54 ou 72 permet d’obtenir un meilleur champ tournant, moins d’ondulation de couple et moins de pertes fer.
Le système de propulsion électrique peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous :
Les pôles sont arrangés par paires, par exemple trois ou quatre paires de pôles.
Le rotor a exactement six pôles, en particulier trois paires de pôles.
Le cas échéant, le nombre d’encoches est de 54 ou 72.
Il a été observé que la fréquence électrique est réduite de 25% avec un rotor à six pôles par rapport à un rotor à huit pôles, ce qui réduit les pertes de courant alternatif et les pertes fer, en particulier à faible couple de fonctionnement, par exemple en dessous de 100Nm, notamment en dessous de 50Nm.
La machine électrique est configurée pour avoir une vitesse maximum inférieure à 14000 tours par minute, par exemple inférieure à 13000 tours par minute, notamment comprise entre 10000 et 14000 tours par minute, par exemple entre 11000 et 13000 tours par minute, par exemple 12000 tours par minute. En effet, la mise en œuvre d’un dispositif de transmission présentant au moins deux rapports de réduction permet d’utiliser une machine électrique dont la vitesse maximum peut être abaissée par rapport aux systèmes de propulsion connus présentant un seul rapport. Ainsi, les pertes de rendement inhérentes aux vitesses de rotation très élevées sont évitées. Par exemple, au lieu d’utiliser une machine électrique ayant une vitesse maximum de 16000 tours par minute, il est possible d’utiliser une machine électrique ayant une vitesse maximum de 12000 tours par minute. La réduction de la vitesse de la machine électrique contribue à réduire la fréquence électrique de la machine, ce qui fait diminuer les pertes fer et les pertes de courant alternatif.
Le système de propulsion est configuré de sorte que le couple d’entrainement du différentiel est produit uniquement par la machine électrique, quel que soit la vitesse du véhicule. Autrement dit, au sein du système de propulsion, la machine électrique n’intervient pas en complément d’une autre machine ou d’un autre moteur, pour entrainer le différentiel. Ceci étant, un moteur et/ou une autre machine électrique peuvent être utilisés au sein du véhicule pour entrainer d’autres roues du véhicule. Par exemple, le système de propulsion présenté ici peut être fourni dans un premier essieu électrique du véhicule, et le véhicule peut présenter un deuxième essieu avec deux autres roues latéralement opposées, ce deuxième essieu pouvant être entrainé par une autre machine électrique et/ou un moteur thermique.
Le système de propulsion est configuré de sorte que le couple transitant dans le dispositif de transmission vers le différentiel est généré uniquement par la machine électrique.
Le système de propulsion électrique comprend un onduleur configuré pour alimenter ladite machine électrique.
Le stator est alimenté par l’onduleur.
La tension d’alimentation de l’onduleur est comprise entre 600V et 1000V, par exemple comprise entre 700V et 900V, par exemple 800V. Ainsi, par rapport aux onduleurs dont la tension d’alimentation est de 400V, les pertes au niveau de l’onduleur sont réduites.
L’intensité de la machine électrique est comprise entre 480 A et 800 A, par exemple comprise entre 533 A et 685 A, par exemple 600 A.
Notamment, la vitesse maximum de la machine électrique est inférieure à 14000 tours par minute, notamment inférieure à 13000 tours par minute, par exemple comprise entre 10000 et 14000 tours par minute, notamment entre 11000 et 13000 tours par minute, par exemple 12000 tours par minute, pour une intensité inférieure à 800 A, notamment comprise entre 480 A et 800 A, par exemple comprise entre 533 A et 685 A, par exemple 600 A et/ou pour une tension d’alimentation de l’onduleur comprise entre 600V et 1000V, par exemple comprise entre 700V et 900V, par exemple 800V.
La machine électrique a un couple machine compris entre 380 et 490 N.m, par exemple compris entre 400 et 460 N.m, par exemple 440 N.m. Ainsi, l’encombrement de la machine électrique est plus réduit, et l’efficacité de la machine électrique est meilleure qu’avec un couple machine supérieur à 500 N.m.
Le bobinage du stator est un bobinage à épingles. Le bobinage à épingles permet d’augmenter le coefficient de remplissage des encoches et contribue aussi à la réduction des pertes, notamment les pertes de courant continu et pertes Joule.
Quatre à huit couches de conducteurs formant le bobinage, par exemple six couches, sont reçues dans les encoches. Ainsi les pertes sont réduites.
Les couches de conducteurs sont disposées dans une direction sensiblement radiale par rapport à l’axe de rotation de la machine électrique.
Les encoches sont régulièrement disposées autour de l’axe de rotation X du rotor.
La machine électrique a une puissance de crête comprise entre 230 et 270 kW, par exemple 250 kW.
La fréquence électrique maximum de la machine électrique est comprise entre 500 et 700 Hz, par exemple 600 Hz. Ainsi, notamment en comparaison avec des machines électriques dont la fréquence électrique maximum atteint plus de 1000 Hz, les pertes fer sont réduites, en particulier à faible couple de fonctionnement. Les pertes de courant alternatif dans le stator, dites pertes AC, sont aussi réduites.
De préférence, les pôles sont régulièrement répartis autour de l’axe de rotation du rotor.
Le dispositif de transmission comprend au moins deux rapports de réduction, par exemple deux rapports ou trois rapports.
Le dispositif de transmission comprend un arbre de transmission agencé de manière à transmettre un couple du premier chemin de transmission vers le différentiel et du deuxième chemin de transmission vers le différentiel. Autrement dit, l’un ou l’autre des premier et deuxième chemins de transmission entraine en rotation l’arbre de transmission qui entraine à son tour le différentiel, notamment via un train d’engrenages.
Le dispositif de couplage comprend un premier embrayage comprenant un premier élément d’entrée apte à être entrainé par la machine électrique et un premier élément de sortie, un couple pouvant être transmis entre le premier élément d’entrée et le premier élément de sortie lorsque le premier embrayage est fermé.
Le dispositif de couplage comprend un deuxième embrayage comprenant un deuxième élément d’entrée apte à être entrainé par la machine électrique et un deuxième élément de sortie, un couple pouvant être transmis entre le deuxième élément d’entrée et le deuxième élément de sortie lorsque le deuxième embrayage est fermé.
Le premier embrayage est un embrayage progressif.
Le deuxième embrayage est un embrayage progressif.
Le premier embrayage est un embrayage multi-disques humide.
Le deuxième embrayage est un embrayage multi-disques humide. L’utilisation des embrayages, notamment des embrayages multidisques progressifs, permet également de garantir le confort de l’utilisateur en évitant les changements de rapports brusques ainsi que les variations perceptibles d’accélération.
Le premier chemin de transmission est agencé pour transmettre un couple entre le premier élément de sortie et le différentiel.
Le deuxième chemin de transmission est agencé pour transmettre un couple entre le deuxième élément de sortie et le différentiel.
Le premier chemin de transmission a un rapport de vitesse plus faible que le deuxième chemin de transmission.
Le système de propulsion est configuré de sorte que la transmission d’un couple entre le premier élément de sortie du premier embrayage et le différentiel est autorisée lorsque le premier embrayage est fermé, la transmission d’un couple entre le premier élément de sortie du premier embrayage et le différentiel est empêché lorsque le premier embrayage est ouvert et lorsque le deuxième embrayage est fermé.
Autrement dit, le système de propulsion est configuré de sorte que l’entrainement mutuel en rotation entre le premier élément de sortie du premier embrayage et le différentiel est autorisé lorsque le premier embrayage est fermé, et l’entrainement mutuel en rotation entre le premier élément de sortie du premier embrayage et le différentiel est empêché lorsque le premier embrayage est ouvert et lorsque le deuxième embrayage est fermé.
Le dispositif de transmission comprend un élément de connexion agencé pour autoriser ou interrompre la transmission d’un couple entre le premier élément de sortie du premier embrayage et le différentiel.
Ainsi, grâce à l’actionnement de l’élément de connexion, il est possible d’interrompre l’entrainement de l’élément de sortie du premier embrayage, et notamment les disques de friction de sortie du premier embrayage, lorsque le deuxième embrayage est fermé. Cela permet de limiter significativement, voire de supprimer le couple de trainée au niveau du premier embrayage lorsque le deuxième embrayage est fermé, ce qui permet d’améliorer le rendement du système de propulsion.
De plus, lorsque le premier chemin de transmission est un réducteur de vitesse avec un rapport de vitesse faible et/ou lorsque le ratio entre le rapport de réduction du deuxième chemin de transmission et le rapport de réduction du premier chemin de transmission (appelé aussi rapport d’ouverture de la boite de vitesse) est élevé, par exemple compris entre 1,3 et 2, et à fortiori lorsque les premier et deuxième élément d’entrée des embrayages sont entrainés directement, sans réducteur intermédiaire, par la machine électrique, l’ouverture de l’élément de connexion permet d’éviter une centrifugation excessive du premier élément de sortie du premier embrayage qui pourrait tourner à une vitesse supérieure à celle de la machine électrique lorsque le deuxième embrayage est fermé et que le premier embrayage est ouvert. En effet, le premier chemin de transmission agirait comme un multiplicateur de vitesse vis-à-vis du premier élément de sortie du premier embrayage lorsque le couple est transmis par le deuxième embrayage. L’invention permet par conséquent non seulement de diminuer les pertes, mais aussi d’améliorer la sécurité du dispositif de transmission de couple. Une vitesse excessive du premier élément de sortie, notamment supérieure à la vitesse de la machine, serait susceptible de créer des problèmes de tenue mécanique et réduirait le rendement.
Le premier élément d’entrée et le deuxième élément d’entrée sont agencés pour être entrainés par un arbre d’entrée de couple commun.
Le premier chemin de transmission comprend un premier train d’engrenages.
Le premier chemin de transmission comprend un premier arbre d’entrée solidaire en rotation d’une première roue dentée d’entrée, et une première roue dentée de sortie engrenant, directement ou indirectement (via une ou plusieurs roues dentées intermédiaires), avec la première roue dentée d’entrée.
Le deuxième chemin de transmission comprend un deuxième train d’engrenages.
Le deuxième chemin de transmission comprend un deuxième arbre d’entrée solidaire en rotation d’une deuxième roue dentée d’entrée, et une deuxième roue dentée de sortie engrenant, directement ou indirectement (via une ou plusieurs roues dentées intermédiaires), avec la deuxième roue dentée d’entrée.
L’un au moins parmi le premier arbre d’entrée et le deuxième arbre d’entrée est un arbre creux et l’autre parmi le premier arbre d’entrée et le deuxième arbre d’entrée s’étend à l’intérieur de l’arbre creux.
Le premier arbre d’entrée est couplé au premier élément de sortie du premier embrayage.
Le deuxième arbre d’entrée est couplé au deuxième élément de sortie du deuxième embrayage.
L’élément de connexion est un synchroniseur.
Le premier rapport de réduction est compris entre 0.05 et 0.1, notamment entre 0.06 et 0.08 et le deuxième rapport de réduction est compris entre 0.12 et 0.2, notamment entre 0.14 et 0.17. Combiné aux caractéristiques de couple et/ou de vitesse de la machine électrique mentionnées précédemment, ces rapports de vitesse sont adaptés aux véhicules automobiles, notamment de type utilitaires sportifs appelés aussi SUV.
L’invention porte aussi sur un essieu électrique, notamment un essieu arrière, comprenant un système de propulsion tel que décrit précédemment, un arbre de sortie couplé au différentiel, l’arbre de sortie étant apte entrainer à ses extrémités, deux roues latéralement opposées du véhicule.
L’invention porte aussi sur un véhicule, notamment un véhicule automobile, en particulier un véhicule automobile utilitaire sportif appelé aussi SUV, comprenant un système de propulsion ou un essieu électrique tel que décrit précédemment.
Le couple à la roue maximum du véhicule est supérieur à 3800 N.m, notamment supérieur à 4200 N.m, en particulier supérieur à 4400 N.m.
Notamment, le système de propulsion électrique est tel que la machine électrique, le différentiel, le dispositif de transmission, et le cas échéant l’onduleur, sont intégrés ensemble. En particulier, ils sont montés les uns sur les autres.
Par exemple, la machine électrique, le différentiel, le dispositif de transmission, et le cas échéant l’onduleur, ont chacun au moins carter fixé sur l’un au moins des autres carters.
Le véhicule est apte à rouler à une vitesse maximum qui est supérieure à 180km/h, en particulier supérieure à 200 km/h.
Brève description des figures
est un schéma de principe d’un système de propulsion selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
est un une vue de coupe schématique du système de propulsion selon le premier mode de réalisation de l’invention ;
est une vue en coupe d’un système de propulsion selon un deuxième mode de réalisation ;
est une vue de côté du système de propulsion selon le deuxième mode de réalisation ;
est une vue en coupe agrandie de l’élément de connexion du deuxième mode de réalisation ;
est une vue en perspective de la machine électrique.
Dans la description et les revendications, on utilisera les orientations "axiale" et "radiale" pour désigner, selon les définitions données dans la description, des éléments du dispositif de transmission. Par convention, l'orientation "radiale" est dirigée orthogonalement à l’orientation axiale. L’orientation axiale se rapporte, suivant le contexte, à l’axe de rotation de l’un des arbres, par exemple l’arbre de sortie de la machine électrique ou l’arbre de sortie du système de propulsion.
Le terme « entrée » désigne, d’un point de vue cinématique, ce qui est situé du côté de la machine électrique et le terme « sortie » désigne, d’un point de vue cinématique, ce qui est situé du côté des roues du véhicule.
La figure 1 est un schéma de principe illustrant un premier mode de réalisation de l’invention. Il s’agit d’un dispositif de propulsion d’un essieu électrique de véhicule.
La figure 1 illustre un système de propulsion comprenant une machine électrique 4, un différentiel 7 entrainant un arbre de sortie 70 destiné à porter à ses extrémités deux roues latéralement opposées du véhicule, et un dispositif de transmission 10 agencé cinématiquement entre la machine électrique 4 et le différentiel 7.
Le système de propulsion est configuré de sorte le couple d’entrainement du différentiel 7 est produit uniquement par la machine électrique 4, quel que soit la vitesse du véhicule. Autrement dit, au sein du système de propulsion, la machine électrique n’intervient pas en complément d’une autre machine ou d’un autre moteur pour entrainer le différentiel 7. Ceci étant, un moteur et/ou une autre machine électrique peuvent être utilisés au sein du véhicule pour entrainer d’autres roues du véhicule. Par exemple le système de propulsion présenté ici peut être fourni dans un premier essieu électrique du véhicule, et le véhicule peut présenter un deuxième essieu avec deux autres roues latéralement opposées, ce deuxième essieu pouvant être entrainé par une autre machine électrique et/ou un moteur thermique.
La machine électrique 4 est réversible. Cette machine électrique est apte à fonctionner en mode moteur pour assurer une propulsion du véhicule. Cette machine est également apte à fonctionner en mode générateur pour fournir de l’énergie a la batterie du véhicule.
Selon un mode de réalisation la machine électrique est implantée sur le train arrière du véhicule.
Le dispositif de transmission 10 comprend un premier chemin de transmission du couple 11 présentant un premier rapport de réduction et un deuxième chemin de transmission du couple 12 présentant un deuxième rapport de réduction. Le dispositif de transmission 10 comprend un dispositif de couplage 1,2 permettant de transmettre un couple entre la machine électrique 4 et le différentiel 7 sélectivement via le premier chemin de transmission 11 ou via le deuxième chemin de transmission 12.
Le dispositif de couplage comprend un premier embrayage 1 apte à autoriser ou interrompre la transmission d’un couple entre la machine électrique 4 et le premier chemin de transmission 11. Le dispositif de couplage comprend également un deuxième embrayage 2 apte à autoriser ou interrompre la transmission d’un couple entre la machine électrique 4 et le deuxième chemin de transmission 12.
Le premier chemin de transmission 11 permet de réduire la vitesse de rotation et d’augmenter le couple, selon le premier rapport de réduction et le deuxième chemin de transmission 12 permet de réduire la vitesse de rotation et d’augmenter le couple, selon le deuxième rapport de réduction. Pour une vitesse d’entrée identique, la sortie du deuxième chemin de transmission 12 tourne plus vite que la sortie du premier chemin de transmission 11. Par exemple, le premier rapport de réduction du dispositif de transmission 10 est compris entre 0.06 et 0.08 et le deuxième rapport de réduction du dispositif de transmission 10 est compris entre 0.14 et 0.17.
Le dispositif de transmission 10 comprend un arbre de transmission 5 agencé de manière à transmettre un couple du premier chemin de transmission 11 vers le différentiel 7 et du deuxième chemin de transmission 12 vers le différentiel 7.
Pour augmenter le couple et faire baisser davantage la vitesse de rotation à la sortie du dispositif de transmission de couple 10, un étage de réduction de vitesse est ici formé entre l’arbre de transmission 5 et le différentiel 7 avec un pignon 9 solidaire en rotation de l’arbre de transmission 5 et une roue dentée agencée à l‘entrée du différentiel 7, la roue dentée engrenant avec le pignon 9.
Le premier chemin de transmission 11 est un train d’engrenages réducteur de vitesse (de la machine électrique vers le différentiel). Le deuxième chemin de transmission 12 est aussi un train d’engrenages réducteur de vitesse. Ces trains d’engrenage peuvent être montés de façon à barboter dans l’huile. Le premier chemin de transmission 11 a un rapport de vitesse plus faible que le deuxième chemin de transmission 12. Le premier chemin de transmission 11 est utilisé pour propulser le véhicule à des vitesses relativement basses, et le deuxième chemin de transmission 12 est utilisé pour propulser le véhicule à des vitesses relativement élevées.
Le dispositif de transmission 10 comprend un élément de connexion 6 configuré pour empêcher l’entrainement du premier chemin de transmission 11 lorsque le deuxième embrayage 2 est fermé et qu’il transmet un couple cheminant de la machine électrique 4 au différentiel 7, via le deuxième chemin de transmission 12. En évitant d’entrainer le premier chemin de transmission 11 de façon inutile, on évite d’avoir des pertes de rendements préjudiciables au niveau du premier chemin de transmission 11, pertes qui pourraient être liées en particulier au barbotage des éléments de transmission tournants et à la centrifugation des éléments de sortie du premier embrayage.
Le premier chemin de transmission 11 comprend un premier arbre d’entrée 41 solidaire en rotation d’un pignon 42, et une première roue dentée de sortie 43 engrenant ici directement avec le pignon 42.
Le deuxième chemin de transmission 12 comprend un deuxième arbre d’entrée 51 solidaire en rotation d’un pignon 52, et une deuxième roue dentée de sortie 53 engrenant ici directement avec le pignon 52.
Le deuxième arbre d’entrée est un arbre creux 51 et le premier arbre d’entrée 41 s’étend à l’intérieur de cet arbre creux 51. Le deuxième arbre d’entrée 51 et le premier arbre d’entrée 41 sont coaxiaux.
Comme on peut le voir sur schéma de la figure 2, le premier arbre d’entrée 41 peut être formé d’une seule pièce avec le pignon 42. De même, le deuxième arbre d’entrée 51 peut être formé d’une seule pièce avec le pignon 52.
La deuxième roue dentée de sortie 53 est solidaire en rotation de l’arbre de transmission 5, par exemple via des cannelures. La première roue dentée de sortie 43 peut être rendue solidaire en rotation de l’arbre de transmission 5, par l’intermédiaire de l’élément de connexion 6.
La première roue dentée de sortie 43 est montée rotative sur une portion de l’arbre de transmission 5, par exemple via un palier à roulement ou à aiguilles. Une autre portion de l’arbre de transmission 5 permet l’accouplement de l’arbre de transmission 5 et de la première roue dentée de sortie 43 via l’élément de connexion 6.
Le dispositif de transmission comprend en outre un actionneur apte à faire passer l’élément de connexion 6 d’un premier mode de fonctionnement dans lequel la première roue dentée de sortie 43 est solidaire en rotation de l’arbre de transmission 5 à un deuxième mode de fonctionnement dans lequel la première roue dentée de sortie 43 est mobile en rotation par rapport à l’arbre de transmission 5.
L’élément de connexion 6 est de préférence du type normalement ouvert. Autrement dit, l’élément de connexion 6 est fermé dans le premier mode de fonctionnement de l’élément de connexion et l’élément de connexion 6 est ouvert dans le deuxième mode de fonctionnement de l’élément de connexion. L’élément de connexion 6 peut être commandé hydrauliquement.
De préférence, l’élément de connexion est un synchroniseur 6. Un tel synchroniseur est représenté sur la figure 5. Un synchroniseur est un dispositif connu par l’homme du métier. La figure 5 représente le synchroniseur du deuxième mode de réalisation mais il peut être utilisé également pour le premier mode de réalisation.
Le deuxième mode de réalisation de la figure 3 présente un exemple de réalisation du dispositif de couplage comprenant un premier embrayage 1 et un deuxième embrayage 2.
Le premier embrayage 1 comprend un premier élément d’entrée 31 apte à être entrainé par la machine électrique 4 et un premier élément de sortie 33, un couple étant transmis entre le premier élément d’entrée 31 et le premier élément de sortie 33 lorsque le premier embrayage 1 est fermé.
Le deuxième embrayage 2 comprenant un deuxième élément d’entrée 32 apte à être entrainé par le machine électrique 4 et un deuxième élément de sortie 34, un couple étant transmis entre le deuxième élément d’entrée 32 et le deuxième élément de sortie 34 lorsque le deuxième embrayage 2 est fermé.
Le premier chemin de transmission 11 transmet un couple entre le premier élément de sortie 33 et le différentiel 7, selon un premier rapport de vitesses. On entend par rapport de vitesse, le ratio entre la vitesse à la sortie du chemin de transmission et la vitesse à l’entrée du chemin de transmission.
Le deuxième chemin de transmission 12 transmet un couple entre le deuxième élément de sortie 34 et le différentiel 7 selon un deuxième rapport de vitesses différent du premier rapport de vitesse.
Le premier élément d’entrée 31 du premier embrayage 1 et le deuxième élément d’entrée 32 du deuxième embrayage 2 sont agencés pour être entrainés par un arbre d’entrée de couple commun 8 qui est ici l’arbre de sortie de la machine électrique 4. Ainsi, les embrayages 1 et 2 sont placés cinématiquement au plus près de la machine électrique 4, en amont de la réduction de vitesse, ce qui signifie que les deux embrayages sont placés dans une portion de la chaine de transmission où le couple est le plus faible. Dans le cas d’embrayages progressifs par friction notamment, cela permet d’avoir une meilleure compacité des embrayages.
Le premier embrayage 1 est un embrayage progressif par friction et le deuxième embrayage est un embrayage progressif par friction. Ainsi les changements de vitesses peuvent être lisses et progressifs sans accélérations brusques. On entend par embrayage progressif, un embrayage dont le couple transmissible est contrôlable de façon progressive.
Le premier embrayage 1 et le deuxième embrayage 2 forment conjointement un double embrayage. Le premier élément d’entrée 31 et le deuxième élément d’entrée 32 forment conjointement un organe d’entrée du double embrayage.
Le premier élément d’entrée 31 et le deuxième élément d’entrée 32 ont une portion d’accouplement à l’arbre d’entrée 8 commune. Le premier élément d’entrée 31 et le deuxième élément d’entrée 32 peuvent être formés dans une même pièce.
Le premier embrayage 1 et le deuxième embrayage 2 sont coaxiaux et décalés radialement l’un de l’autre.
Le premier élément d’entrée 31 a une portion formant un porte-disque couplé à une pluralité de disques de friction d’entrée. Le premier embrayage 1 comprend un premier élément de sortie 33 monté solidaire en rotation au premier arbre d’entrée 41 du premier chemin de transmission par exemple par des cannelures.
Le premier embrayage 1 comprend une pluralité de disques de friction de sortie couplés en rotation au premier élément de sortie 33.
Les disques de friction d’entrée et les disques de friction de sortie sont agencés de sorte à être pressés les uns contre les autres par un piston 35 pour transmettre un couple entre le premier élément d’entrée 31 et le premier élément de sortie 33. Un actionneur hydraulique 37 permet de déplacer le piston pour faire passer le premier embrayage 1 d’une position débrayée (ouverte) à une position embrayée (fermée).
De même, le deuxième élément d’entrée 32 a une portion formant un porte-disque couplé à une pluralité de disques de friction d’entrée. Le deuxième embrayage 2 comprend un deuxième élément de sortie 34 monté solidaire en rotation au deuxième arbre d’entrée 51 du deuxième chemin de transmission par exemple par des cannelures.
Le deuxième embrayage 2 comprend une pluralité de disques de friction de sortie couplés en rotation au deuxième élément de sortie 34.
Les disques de friction d’entrée et les disques de friction de sortie sont agencés de sorte à être pressés les uns contre les autres par un piston 36 pour transmettre un couple entre le deuxième élément d’entrée 32 et le deuxième élément de sortie 34. Un actionneur hydraulique 38 permet de déplacer le piston pour faire passer le deuxième embrayage 2 d’une position débrayée (ouverte) à une position embrayée (fermée).
Les actionneurs 37, 38 peuvent être coaxiaux et se superposer radialement, par exemple sous la forme d’un double actionneur. Le premier embrayage et le deuxième embrayage sont de préférence du type normalement ouverts.
Le premier embrayage 1 comprend un ensemble multi-disques composé des disques d’entrée et des disques de sortie qui se succèdent de façon alternée. De même, le deuxième embrayage 2 comprend un ensemble multi-disques composé des disques d’entrée et des disques de sortie qui se succèdent de façon alternée. L’ensemble multidisque du premier embrayage 1 se situe radialement à l’intérieur de l’ensemble multidisque du deuxième embrayage 2 avec recouvrement radial. Le premier embrayage et le deuxième embrayage sont des embrayages humides.
Le dispositif de transmission de couple peut comprendre un réducteur commun sollicité quel que soit le chemin emprunté par le couple venant de la machine électrique. Dans le premier mode de réalisation schématisé sur la figure 1, il existe un réducteur commun 14 formé par le pignon 9 du dispositif de transmission et la roue dentée couplée au différentiel 7. Dans le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 3, il existe un réducteur commun à deux étages 15, 14 formé également par un train d’engrenages entre l’arbre de transmission 5 et le différentiel 7.
L’élément de connexion 6 est agencé pour autoriser ou interrompre la transmission d’un couple entre le premier élément de sortie 33 du premier embrayage 1 et le différentiel 7.
Le système de propulsion est configuré de sorte que la transmission d’un couple entre le premier élément de sortie 33 du premier embrayage 1 et le différentiel 7 est autorisée lorsque le premier embrayage 1 est fermé. Par contre, la transmission d’un couple entre le premier élément de sortie 33 du premier embrayage 1 et le différentiel 7 est empêchée lorsque le premier embrayage 1 est ouvert et lorsque le deuxième embrayage 2 est fermé.
Autrement dit, l’élément de connexion 6 est agencé pour autoriser l’entrainement mutuel en rotation entre le premier élément de sortie 33 du premier embrayage 1 et le différentiel 7, par l’intermédiaire du premier chemin de transmission 11, lorsque le premier embrayage 1 est fermé, et pour interrompre l’entrainement mutuel en rotation entre le premier élément de sortie du premier embrayage 1 et le différentiel 7, par l’intermédiaire du premier chemin de transmission 11, lorsque le premier embrayage est ouvert, et lorsque le deuxième embrayage est fermé.
Le synchroniseur 6 comprend un moyeu 61 solidaire en rotation de l’arbre de transmission 5. Le synchroniseur 6 comprend un anneau de synchronisation 62 formant avec la première roue dentée de sortie 43 un embrayage conique par friction. Le synchroniseur 6 comprend en outre un baladeur 63 solidaire en rotation de clavettes 64, elles même solidaires en rotation du moyeu 61. Les clavettes 64 peuvent coulisser axialement par rapport au moyeu 61. Le baladeur 63 peut également coulisser axialement par rapport au moyeu 61 en entrainant axialement les clavettes 64. Les clavettes 64 sont agencées pour frotter contre l’anneau de synchronisation 62. Le baladeur 63 comprend des dents 67 et la deuxième roue de sortie 43 comprend des dents complémentaires 68 aptes à coopérer avec les dents 67 du baladeur 63, pour entrainer à la même vitesse le baladeur 63 et la deuxième roue de sortie 43 lors du premier mode de fonctionnement.
L’embrayage conique par friction permet un changement de vitesse progressif entre le deuxième mode de fonctionnement et le premier mode de fonctionnement du synchroniseur.
Une friction intervient entre la première roue dentée de sortie 43 et l’anneau de synchronisation 62 tant que les vitesses de la première roue dentée de sortie 43 et de l’arbre de transmission 5 ne sont pas égales.
Un actionneur permet de déplacer le baladeur pour permuter l’élément de connexion 6.
Comme évoqué ci-dessous, la machine électrique est elle aussi configurée de manière à limiter les pertes. Un exemple de machine électrique est illustré sur la figure 6. Cette machine électrique peut être utilisée pour l’un ou l’autre des deux modes de réalisation précédents.
La machine électrique 4 est une machine à aimants permanents. Le système de propulsion électrique peut comprendre en outre un onduleur 90 configuré pour contrôler la machine électrique 4. L’onduleur 90 peut avoir une tension d’alimentation de 800V. Ainsi, par rapport aux onduleurs dont la tension d’alimentation est de 400V, les courants circulant dans l’onduleur peuvent être plus faibles, et ainsi les pertes au niveau de l’onduleur sont réduites.
La machine électrique 4 a un couple machine compris entre 380 et 490 N.m, par exemple compris entre 400 et 460 N.m. Ainsi, l’encombrement de la machine électrique est plus réduit, la machine électrique est moins complexe et l’efficacité de la machine électrique est meilleure qu’avec un couple machine supérieur à 500 N.m.
La machine électrique 4 est une machine électrique tournante comprenant un stator 410 alimenté par l’onduleur 90.
Le stator comporte un corps 414 de stator avec des encoches qui sont prévues pour recevoir quatre à huit couches de conducteurs formant le bobinage 411, par exemple six couches C1-C6, disposées dans une direction sensiblement radiale par rapport à l’axe de rotation du rotor.
Le stator comporte un bobinage 411 à épingles 412. Le bobinage à épingles permet d’augmenter le coefficient de remplissage des encoches et contribue aussi à la réduction des pertes, notamment les pertes de courant continu et pertes Joule.
Le nombre d’encoches 413 du corps de stator est ici de 54. Les encoches 413 sont régulièrement disposées autour de l’axe de rotation X du rotor.
Pour réduire les pertes, la machine électrique 4 comporte un rotor ayant six pôles. En effet, Il a été observé que la fréquence électrique est réduite de 25% avec une machine à six pôles par rapport à une machine à huit pôles, ce qui réduit les pertes de courant alternatif. De préférence, les pôles sont régulièrement répartis autour de l’axe de rotation du rotor.
De préférence, la vitesse maximum de la machine électrique est comprise entre 11000 et 13000 tours par minute, par exemple 12000 tours par minute.
La machine électrique 4 a une puissance de crête comprise entre 230 et 270 kW, par exemple 250 kW.
La fréquence électrique maximum de la machine électrique 4 est comprise entre 500 et 700 Hz, par exemple 600 Hz. Ainsi, notamment en comparaison avec des machines électriques dont la fréquence électrique maximum atteint plus de 1000 Hz, les pertes fer sont réduites, en particulier à faible couple de fonctionnement. Les pertes de courant alternatif dans le stator 410, dites pertes AC, sont aussi réduites.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.

Claims (14)

  1. Système de propulsion électrique pour un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant :
    - une machine électrique à aimants permanents (4) configurée pour être alimentée par un onduleur (90), la machine électrique comportant un rotor ayant six ou huit pôles, et un stator (410) ayant un corps de stator doté d’encoches (413), les encoches recevant des conducteurs formant un bobinage (411), le nombre d’encoches du corps de stator étant compris entre 48 et 72,
    - un différentiel (7) apte à entrainer un arbre de sortie portant à ses extrémités deux roues latéralement opposées du véhicule,
    - un dispositif de transmission (10) agencé cinématiquement entre la machine électrique (4) et le différentiel (7), le dispositif de transmission comprenant un premier chemin de transmission du couple (11) présentant un premier rapport de réduction et un deuxième chemin de transmission du couple (12) présentant un deuxième rapport de réduction, le dispositif de transmission (10) comprenant un dispositif de couplage (1, 2) permettant de transmettre un couple entre la machine électrique (4) et le différentiel (7) sélectivement via la premier chemin de transmission (11) ou via le deuxième chemin de transmission (12).
  2. Système de propulsion électrique selon la revendication 1 dans lequel le rotor a exactement six pôles, en particulier trois paires de pôles.
  3. Système de propulsion électrique selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la machine électrique est configurée pour avoir une vitesse maximum inférieure à 14000 tours par minute, par exemple inférieure à 13000 tours par minute, notamment comprise entre 10000 et 14000 tours par minute, par exemple entre 11000 et 13000 tours par minute, par exemple 12000 tours par minute.
  4. Système de propulsion électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel le système de propulsion est configuré de sorte le couple d’entrainement du différentiel (7) est produit uniquement par la machine électrique (4), quelle que soit la vitesse du véhicule.
  5. - Système de propulsion électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel le système de propulsion électrique comprend un onduleur (90) configuré pour alimenter ladite machine électrique, la tension d’alimentation de l’onduleur (90) étant comprise entre 600V et 1000V, par exemple comprise entre 700V et 900V, par exemple 800V.
  6. - Système de propulsion électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel la machine électrique (4) a un couple machine compris entre 380 et 490 N.m, par exemple compris entre 400 et 460 N.m.
  7. - Système de propulsion électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel le bobinage (411) du stator est un bobinage à épingles (412).
  8. - Système de propulsion électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel quatre à huit couches de conducteurs sont reçues dans les encoches (413), par exemple six couches (C1-C6).
  9. Système de propulsion électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel la machine électrique (4) a une puissance de crête comprise entre 230 et 270 kW, par exemple 250 kW.
  10. Système de propulsion électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel la fréquence électrique maximum de la machine électrique (4) est comprise entre 500 et 700 Hz, par exemple 600 Hz.
  11. Système de propulsion électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel le dispositif de couplage comprend :
    - un premier embrayage (1) comprenant un premier élément d’entrée (31) apte à être entrainé par la machine électrique (4) et un premier élément de sortie (33), un couple pouvant être transmis entre le premier élément d’entrée (31) et le premier élément de sortie (33) lorsque le premier embrayage (1) est fermé, le premier chemin de transmission (11) étant agencé pour transmettre un couple entre le premier élément de sortie (33) et le différentiel (7),
    - un deuxième embrayage (2) comprenant un deuxième élément d’entrée (32) apte à être entrainé par la machine électrique (4) et un deuxième élément de sortie (51), un couple pouvant être transmis entre le deuxième élément d’entrée (32) et le deuxième élément de sortie (51) lorsque le deuxième embrayage (2) est fermé, le deuxième chemin de transmission (11) étant agencé pour transmettre un couple entre le deuxième élément de sortie (51) et le différentiel (7).
  12. Système de propulsion électrique selon la revendication précédente dans lequel le premier embrayage (1) est un embrayage multi-disques humide et le deuxième embrayage (2) est un embrayage multi-disques humide.
  13. Système de propulsion électrique selon l’une des revendications 11 ou 12 dans lequel le premier chemin de transmission (11) a un rapport de vitesse plus faible que le deuxième chemin de transmission (12), et dans lequel le dispositif de transmission (10) comprend un élément de connexion (6) agencé pour autoriser ou interrompre la transmission d’un couple entre le premier élément de sortie (33) du premier embrayage (1) et le différentiel (7), le système de propulsion étant configuré de sorte que la transmission d’un couple entre le premier élément de sortie (33) du premier embrayage (1) et le différentiel (7) est autorisée lorsque le premier embrayage (1) est fermé, et de sorte que la transmission d’un couple entre le premier élément de sortie (33) du premier embrayage (1) et le différentiel (7) est empêchée lorsque le premier embrayage (1) est ouvert et lorsque le deuxième embrayage (2) est fermé.
  14. Essieu électrique comprenant un système de propulsion selon l’une des revendications précédentes, un arbre de sortie (70) couplé au différentiel, l’arbre de sortie (70) étant apte à entrainer à ses extrémités, deux roues latéralement opposées du véhicule.
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