FR3143453A1 - Boite de vitesses de groupe motopropulseur hybride - Google Patents

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Fabien Gailliard
Laurent MIRGALET
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Renault SAS
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Abstract

L’invention concerne une Machine électrique (1) comprenant : - Un rotor, - Un stator, - Un carter de machine (2) dans lequel est maintenue le stator, le carter de machine (2) comprenant une première extrémité longitudinale (21) et une deuxième extrémité longitudinale (22), caractérisé en ce que le carter de machine (2) comprend en sa première extrémité (21) des moyens de fixation (3) destinés à coopérer avec un carter de boite de vitesses (6, 61) et en sa deuxième extrémité (22) un ergot (4) destiné à coopérer avec un logement (5) du carter de boite de vitesses (6). Figure pour l’abrégé : Fig.1

Description

Boite de vitesses de groupe motopropulseur hybride Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne de manière générale l’électrification ou l’hybridation des groupes motopropulseurs.
Elle concerne plus particulièrement une boite de vitesses (aussi appelé un réducteur de vitesse).
Elle concerne également un véhicule automobile comportant un groupe motopropulseur qui comprend un moteur à combustion interne et un tel réducteur de vitesse.
 Etat de la technique
Pour avancer, un véhicule automobile est équipé d’un groupe motopropulseur. Ce groupe motopropulseur peut présenter des architectures très variées.
A titre d’exemple, il peut comporter un moteur à combustion interne, un embrayage, une boîte de vitesses et un différentiel qui permet de répartir le couple issu de la boîte de vitesses vers deux roues motrices du véhicule. Un circuit de refroidissement par eau, comportant notamment un échangeur de chaleur principal situé à l’avant du véhicule (le « radiateur »), permet alors de refroidir le moteur à combustion interne afin d’éviter qu’il ne chauffe trop.
Actuellement, dans un souci de préservation de l’environnement, on équipe de plus en plus souvent ces groupes motopropulseurs de machines électriques. Une telle machine électrique permet, en mode moteur, d’aider le moteur à combustion interne à propulser le véhicule automobile voire de le remplacer dans certaines phases de fonctionnement, ou, en mode génératrice, de récupérer de l’énergie mécanique pour la transformer en énergie électrique à stocker dans une batterie.
La machine électrique est alors généralement positionnée à proximité du moteur à combustion interne ou du radiateur, de façon à pouvoir profiter du circuit d’eau pour être refroidi.
L’inconvénient majeur de cette solution est qu’elle est encombrante et contraignante en ce sens que la machine électrique doit se trouver sur le trajet du circuit d’eau et que ce dernier doit être dimensionné pour refroidir efficacement non seulement le moteur à combustion interne, mais aussi la machine électrique, quels que soient leurs régimes. Ces problématiques incitent à intégrer les machines électriques à l’intérieur des carter de boite de vitesses de sorte à profiter de leur circuit de refroidissement. Seulement, une machine électrique ayant un poids important et une vitesse de rotation très rapide, cela crée des vibrations importantes et amplifiées par le fait que la machine est fixée que d’un coté sur le carter de boite de vitesses. Ces vibrations répétées entrainent un risque important de défaillance de tenue mécanique et un risque de fragiliser les fixations, ainsi que les carter de la boite de vitesses sur lequel est fixé la machine électrique.
 Présentation de l'invention
Afin de remédier au moins partiellement aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose une machine électrique comprenant :
  • Un rotor,
  • Un stator,
  • Un carter de machine dans lequel est maintenue le stator,
le carter de machine comprenant une première extrémité longitudinale et une deuxième extrémité longitudinale, le carter de machine comprenant en sa première extrémité des moyens de fixation destinés à coopérer avec un carter de boite de vitesses et en sa deuxième extrémité un ergot destiné à coopérer avec un logement du carter de boite de vitesses.
Cette solution permet un mode de fixation de la machine électrique simpliste et peu couteux, permettant un meilleur maintient mécanique. En outre, la fixation du moteur électrique se retrouve suffisamment rigide pour résister tout en permettant une relative flexibilité de sorte à absorber les chocs et vibrations de la machine afin de soulager les points d’ancrage et limiter les risques d’une détérioration irréversible.
Au sens de l’invention, on entend par les termes fixé ou fixation, une liaison mécanique pouvant être par exemple de type soudure, boulon, vis et filetage, etc. En d’autres termes il s’agit d’une liaison ne permettant pas de mouvement en translation ou rotation possible sans destruction d’un élément du carter de machine électrique ou du carter de boite de vitesses, en opposition à l’ergot qui est simplement inséré dans la cavité mais est capable de coulisser dans la cavité sans destruction d’un élément.
La machine s’étend principalement selon un axe longitudinal A confondu avec l’axe longitudinal d’extension du rotor.
La machine électrique selon l’invention pouvant également comprendre l’une quelconque des caractéristiques ci-dessous, prise seule ou en combinaison entre-elles tant qu’il n’existe aucune contre-indication technique pour les combiner, à savoir :
- l’ergot est formé par une protubérance locale du carter de machine et étant destiné à présenter une correspondance de forme avec le logement du carter de boite.
- l’ergot est un élément rapporté, fixé, par exemple vissé, collé ou soudé, au carter de machine.
- l’ergot vient de matière avec le carter de machine, par exemple une déformation de matière ou provient d’une moulure avec le carter.
- l’ergot comprend sur une partie de sa surface un moyen d’amortissement, avantageusement le moyen d’amortissement est un élément en un matériau déformable, par exemple un élastomère par exemple un caoutchouc ou EPDM
- le moyen d’amortissement est un joint torique.
- le moyen d’amortissement est positionné dans une gorge de l’ergot, la gorge représentant un moyen de maintien du moyen d’amortissement empêchant le moyen d’amortissement de se déplacer le long de l’ergot, avantageusement le moyen d’amortissement n’étant que partiellement inséré dans ladite gorge et une partie non nulle dudit moyen d’amortissement s’étendant en dehors de la gorge et étant destiné à être comprimé contre les parois du logement ménagé dans le carter de boite de vitesses et l’ergot.
- le rotor comprend un arbre de sortie, ou arbre rotor, portant un pignon destiné à transmettre un couple entre la machine électrique et un arbre de la boite de vitesses.
- le carter de machine est formé au moins partiellement par deux demi-coquilles assemblées ensemble, la première demi-coquille formant la première extrémité et la deuxième demi-coquille formant la deuxième extrémité.
- les moyens de fixation du carter de machine peuvent prendre la forme de taraudages, de tiges filetées, de boulon, ou tout autres modes de réalisation pertinent pour fixer une machine électrique à un carter de boite de vitesses. Les moyens de fixation du carter machine sont destinés à coopérer avec des moyens de fixation complémentaires du carter de boite de vitesses.
L’invention a également pour objet une boite de vitesses comportant un carter de boite de vitesses logeant au moins une machine électrique selon l’invention telle que décrit précédemment.
– la machine électrique est fixé au carter de boite de vitesses, avantageusement sur une face interne du carter de boite de vitesses, par les moyens de fixation du carter de machine et en ce que l’ergot engage un logement du carter de boite de vitesses, avantageusement formée sur une face interne du carter de boite de vitesses opposée à la face interne sur laquelle est fixée la machine électrique. Avantageusement les première et deuxième face interne du carter de boite de vitesses sont opposées. On entend par face interne une face destinée à être tournée vers l’intérieur de la boite de vitesse.
- la boite de vitesses comprend en outre au moins un arbre permettant la transmission de couple entre le rotor de la machine électrique et un différentiel destiné à transmettre le couple au roue.
- le logement est formé par une déformation locale du carter de boite de vitesses complémentaire à l’ergot, on entend par déformation locale que le logement représente une perturbation globale dans la forme générale du carter de boite de vitesses. On entend par complémentaire, que l’ergot est insérable dans le logement sans nécessiter d’outil pour un emmanchement en force par exemple, il existe un jeu non nul entre la surface externe de l’ergot et la surface interne du logement, ce jeu pouvant être comblé par le moyen d’amortissement.
- le logement est formé par une cavité, avantageusement formée dans l’épaisseur du carter de boite de vitesses.
- le carter de boite est formé d’au moins deux demi carters assemblés avantageusement par un plan de joint, avantageusement le premier demi carter portant des moyens de fixation complémentaires aux moyens de fixation du carter de machine , et le deuxième demi carter comporte le logement sur sa face interne, avantageusement un joint est positionné sur le plan de joint à l’assemblage des deux demi-carters.
- le premier demi carter comprend des ouvertures destinées au passages de vis ou boulons permettant la fixation de la machine électrique.
– le premier demi carter comprend des moyens de fixation complémentaire du deuxième demi carter.
L’invention porte également sur un groupe motopropulseur, notamment pour véhicule automobile, le groupe motopropulseur comprenant une boîte de vitesses telle que décrite précédemment, un moteur thermique et avantageusement une seconde machine électrique.
L’invention porte également sur un véhicule, notamment véhicule automobile, comprenant une boîte de vitesses telle que décrite précédemment ou un groupe motopropulseur tel que décrit précédemment.
Ce type de solution est particulièrement pertinent pour une boîte de vitesses lubrifiée par de l’huile et notamment lubrifiée par l’huile de lubrification de la boîte de vitesses, en effet, en intégrant la machine électrique directement dans le carter de la boite de vitesses, cela permet de fournir un dispositif présentant un encombrement réduit.
Grâce à l’invention, il est notamment possible de loger les organes du réducteur de vitesse et la machine électrique dans un même carter. L’implantation de la machine électrique dans le carter du réducteur de vitesse s’avère alors peu contraignante, notamment car le système permet de limiter les vibrations de la machine électrique en simplifiant son installation.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
 Description détaillée de l'invention
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
est une vue schématique d’une machine électrique conforme à l’invention ;
est une vue d’une portion du carter de la boîte de vitesses selon l’invention ;
est une vue schématique d’une boite de vitesses selon l’invention dans laquelle une partie du carter de boite de vitesses a été découpée, sur laquelle apparaissent le premier demi carter, le deuxième demi-carter partiellement et la machine électrique ;
est une vue éclatée d’une première partie de la boîte de vitesses de la ;
Dans la description détaillée ci-après, une même référence désigne un même élément.
Sur la , on a représenté une machine électrique 1 assemblée sur la face interne 61 d’un premier demi-carter 71 de boite de vitesses 10.
La boite de vitesses est préférentiellement prévue pour être installé dans un véhicule automobile. Ce véhicule automobile peut se présenter sous différentes formes. Il peut s’agir par exemple d’un camion, d’une moto, d’un avion, d’un bateau… Il s’agit toutefois de préférence d’une voiture.
Avantageusement, la boite de vitesses peut être assemblée dans un groupe motopropulseur qualifié d’hybride. Il comporte alors un moteur à combustion interne (non représenté) et une machine électrique 1, avantageusement le groupe motopropulseur peut également comporter une deuxième machine électrique.
Classiquement, le moteur à combustion interne comporte un vilebrequin qui est couplé à la boîte de vitesses 10, par l’intermédiaire éventuel d’un embrayage.
La machine électrique 1 peut avoir une fonction de moteur (son couple s’ajoutant à celui développé par le moteur à combustion interne), ou d’alternateur (son couple se retranchant à celui développé par le moteur à combustion interne), ou les deux en fonction des conditions rencontrées, ou tout autre fonction envisageable pour une boite hybridée.
Cette machine électrique 1 est ici couplée au reste du groupe motopropulseur au niveau de la boîte de vitesses 10. On parle donc de boîte de vitesses 10 hybridée.
Comme le montre la , de manière classique, la boîte de vitesses 10 comporte un carter de boite de vitesses 6, qui loge des arbres et pignons (non représentés ici) permettant d’offrir un ou plusieurs rapports de boîte. Cette boîte de vitesses pourrait se présenter sous différentes formes : boîtes manuelle, boîte robotisée, boîte automatique…
Une telle boîte de vitesses 10 loge également un circuit de lubrification et refroidissement, qui prélève un fluide de lubrification tel que de l’huile dans le fond du carter 6 pour l’éjecter en différents endroits nécessitant d‘être lubrifiés et refroidis.
Cette partie de la boîte de vitesses 10 ne sera pas ici décrite plus en détail dans la mesure où elle est bien connue.
Le carter 6 de cette boîte de vitesses délimite une chambre principale qui loge la machine électrique 1. Ainsi la machine électrique 1 étant positionnée à l’intérieur du carter de boite de vitesses, elle peut bénéficier notamment du circuit de refroidissement de ladite boite de vitesses. Selon l’invention, l’huile employée à cet effet sera la même que celle employée pour refroidir et lubrifier les autres composants de la boîte de vitesses. Ainsi, ici, cette huile sera prélevée dans le fond du carter 6.
De façon à pouvoir faciliter l’assemblage de l’ensemble de la boîte de vitesses hybridée, le carter de boite de vitesses 6 est ici formé de deux demi-carters 71, 72, qui sont fixés ensemble de manière à loger la machine électrique 1 ainsi qu’un moyen de réduction de vitesse.
Dans la , la machine électrique 1 comprend :
  • Un rotor,
  • Un stator 12,
  • Un carter de machine 2 dans lequel est maintenue le stator,
le carter de machine 2 comprenant une première extrémité longitudinale 21 et une deuxième extrémité longitudinale 22, le carter de machine 2 comprenant en sa première extrémité 21 des moyens de fixation 3 destinés à coopérer avec un premier demi-carter 71 du carter de boite de vitesses 6, notamment par le biais de moyens de fixation 8 dudit carter de boite de vitesses 6, notamment la machine électrique est fixée sur la face interne 61 dudit premier demi-carter 71, et la deuxième extrémité 22 du carter de machine 2 comprend un ergot 4 destiné à coopérer avec le logement 5 formé sur la face interne 62 du deuxième demi carter 72 du carter de boite de vitesses 6.
Dans ce mode de réalisation, l’ergot 4 comporte un moyen d’amortissement 41 sous la forme d’un joint torique.
Dans ce mode de réalisation, le carter de machine 2 comprend une première 23 et une deuxième 24 demi-coquilles assemblées respectivement à la première 21 et à la deuxième extrémité 22 de la machine électrique et fixées ensembles.
L’ergot 4 est formé par une protubérance locale du carter de machine 2 et est destiné à présenter une correspondance de forme avec le logement 5 du carter de boite 6 visible notamment sur les et 3.
L’ergot 4 comprend sur une partie de sa surface un moyen d’amortissement 41, avantageusement le moyen d’amortissement est un élément en un matériau déformable, par exemple un élastomère par exemple un caoutchouc ou EPDM, dans ce mode de réalisation le moyen d’amortissement est un joint torique.
La illustre la face interne 62 du deuxième demi-carter 72 présentant un logement 5 destiné à recevoir l’ergot du carter machine. Dans ce mode de réalisation le logement consiste en un enfoncement local du fond du carter de boite de vitesses, le logement est destiné à présenter une complémentarité de forme avec l’ergot.
Comme le montrent les figures 1 et 4, la machine électrique 1 comporte classiquement un rotor, par exemple un rotor à aimant permanent ou un rotor bobiné, ainsi qu’un arbre de rotor 9 et un stator 12 situé autour du rotor et comportant par exemple des bobines électriques permettant d’établir un champ magnétique tournant adapté à faire tourner le rotor.
L’arbre de sortie ou arbre de rotor 9, s’étend selon un axe longitudinale A représentant l’axe longitudinal global de la machine électrique. L’arbre de rotor 9 est donc adapté à tourner autour de l’axe de rotation A1. Pour cela, cet arbre de rotor 9 est en général équipé de deux roulements à billes engagés dans des ouvertures prévues dans deux brides (non représentées ici) fixées au carter de machine 2, sur les première 21 et deuxième extrémités de celui-ci.
On remarque sur la que la première extrémité de l’arbre rotor porte un pignon fixe 11 permettant ici de coupler cet arbre de sortie 9 avec l’un des arbres de la boîte de vitesses 10 de sorte à transmettre le couple entre la machine électrique 1 et un arbre de la boite de vitesses (non représenté ici).
Comme le montre la , la machine électrique 1 est fixée à un premier demi-carter 71 par des vis 81, ici au nombre de quatre traversant des ouvertures dans ledit carter de boite de vitesses. Les vis 81 sont chacune vissées dans un taraudage du carter 2 de machine. Les taraudages formant ainsi les moyens de fixation 3 du carter de machine. Dans des variantes non représentés, les moyens de fixation 3 du carter de machine et les moyens de fixation 8 du carter de boite de vitesses sont complémentaires et pourrait être de tout type autre que l’homme du métier estime pertinent (Boulons, clips, sertissage, etc…).
Comme le montre la , les premier 71 et deuxième 72 demi-carters sont assemblés et fixés ensemble par des boulons traversant un plan de joint 14. L’assemblage pourrait également être fait par un vissage dans un alésage taraudé du premier ou du deuxième demi-carter. Usuellement, un joint est positionné sur le plan de joint 14 entre les deux demi-carters 71, 72.
Le moyen d’amortissement 41 est intercalé entre la surface externe de l’ergot et la surface interne du logement de sorte à maintenir la deuxième extrémité en place tout en permettant avantageusement d’absorber les vibrations dû au fonctionnement de la machine électrique 1.
La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.

Claims (10)

  1. Machine électrique (1) comprenant :
    • Un rotor,
    • Un stator,
    • Un carter de machine (2) dans lequel est maintenue le stator,
    le carter de machine (2) comprenant une première extrémité longitudinale (21) et une deuxième extrémité longitudinale (22),
    caractérisé en ce que le carter de machine (2) comprend en sa première extrémité (21) des moyens de fixation (3) destinés à coopérer avec un carter de boite de vitesses (6, 61) et en sa deuxième extrémité (22) un ergot (4) destiné à coopérer avec un logement (5) du carter de boite de vitesses (6).
  2. Machine électrique dans laquelle l’ergot est formé par une protubérance locale du carter de machine (2) et étant destiné à présenter une correspondance de forme avec le logement du carter de boite.
  3. Machine électrique selon la revendication précédente dans laquelle l’ergot est un élément rapporté, fixé, par exemple vissé, collé ou soudé, au carter de machine (2).
  4. Machine électrique selon l’une des revendications précédentes dans laquelle, l’ergot comprend sur une partie de sa surface un moyen d’amortissement (41) avantageusement un joint torique, avantageusement le moyen d’amortissement est un élément en un matériau déformable, par exemple un élastomère.
  5. Machine électrique selon la revendication précédente dans laquelle le moyen d’amortissement est positionné dans une gorge (7) de l’ergot (4), la gorge représentant un moyen de maintient du moyen d’amortissement empêchant le moyen d’amortissement de se déplacer le long de l’ergot, [le joint n’étant que partiellement inséré dans ladite gorge et une partie non nulle du joint s’étendant en dehors de la gorge et étant destiné à être comprimé contre les parois du logement ménagé dans le carter de boite de vitesses.]
  6. Boite de vitesses (10) comportant un carter de boite de vitesses (100) logeant au moins une machine électrique (200) selon l’une des revendications précédentes
    caractérisé en ce que la machine électrique est fixé au carter de boite de vitesses, avantageusement sur une face interne (61) du carter de boite de vitesses, par les moyens de fixation du carter de machine et en ce que l’ergot engage un logement du carter de boite de vitesses (100), avantageusement formée dans une face interne (62) du carter de boite de vitesses (100) opposée à la face interne (61) sur laquelle est fixée la machine électrique (1).
  7. Boite de vitesses selon la revendication précédente, dans laquelle la boite de vitesses comprend en outre au moins un arbre permettant la transmission de couple entre le rotor de la machine électrique et un différentiel destiné à transmettre le couple au roue.
  8. Boite de vitesses selon l’une des revendications 6 à 7, dans laquelle le carter de boite est formé d’au moins deux demi-carters (71, 72) assemblés par un plan de joint 14, avantageusement le premier demi carter (71) portant des moyens de fixation (8) complémentaires aux moyens de fixation (3) du carter de machine, et le deuxième demi carter (72) comporte le logement (5) sur sa face interne (62).
  9. Groupe motopropulseur (9), notamment pour véhicule automobile (1), caractérisé en ce que le groupe motopropulseur (9) comprend une boîte de vitesses (2) selon l’une des revendications 6 à 8, un moteur thermique et avantageusement une seconde machine électrique.
  10. Véhicule, notamment véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu’il comprend une boîte de vitesses (2) selon l’une des revendications 6 à 8 ou un groupe motopropulseur (9) selon la revendication précédente.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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