FR2811267A1 - Groupe motopropulseur pour vehicule a motorisation hybride avec deux machines electriques concentriques - Google Patents
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Abstract
Groupe motopropulseur pour véhicule à motorisation hybride comportant deux machines électriques (1, 2), un moteur thermique (4) et un train épicycloïdal (3) lié en rotation avec lesdites machines et ledit moteur, par l'intermédiaire d'une seule ligne d'arbres, les deux machines électriques étant directement en prise avec le train épicycloïdal, caractérisé en ce que les deux machines électriques (1, 2) sont à armatures cylindriques et concentriques, définissant ainsi une première machine (1) centrale et une deuxième machine (2) externe.
Description
1' 2811267
La présente invention concerne un groupe motopropulseur pour un véhicule à motorisation hybride. Les véhicules à motorisation hybride, c'est-à- dire ayant une traction thermique et une traction électrique, sont adaptés à l'évolution actuelle du comportement des utilisateurs de véhicules, laquelle conduit à concevoir des véhicules peu polluants, associés à une consommation
de carburant aussi faible que possible.
On connaît déjà plusieurs conceptions de groupes motopropulseurs destinés à de tels véhicules à
motorisation hybride.
Certains de ces groupes motopropulseurs ne comportent qu'une seule ligne d'arbres, avec un moteur thermique et un moteur électrique. Cependant, le confort d'un véhicule
équipé d'un tel groupe motopropulseur peut être amélioré.
C'est pourquoi, pour améliorer le rendement et les performances globales d'un véhicule à motorisation hybride, il a été développé des groupes motopropulseurs
comprenant deux lignes d'arbres distinctes.
On peut notamment se référer au document FR 2 774 039 qui décrit un groupe motopropulseur comportant un train épicycloidal, deux machines électriques et un moteur thermique. Le véhicule équipé de ce groupe motopropulseur comporte un pont, lequel transmet aux roues du véhicule une puissance motrice qu'il reçoit du train épicycloïdal
par l'intermédiaire d'une courroie de transmission.
Le train épicycloidal reçoit et transmet la puissance en provenance des différents organes du groupe motopropulseur: le moteur thermique directement accouplé au train épicycloidal, un moteur électrique accouplé au train épicycloidal par l'intermédiaire d'une courroie et un alternateur dont un arbre de rotor est accouplé directement au train épicycloidal. Ce groupe motopropulseur comporte également des moyens de commande électroniques, reliés à une batterie d'accumulateurs, et qui commandent le fonctionnement du moteur électrique, de l'alternateur et du moteur
thermique.
Différents modes de fonctionnement peuvent être envisagés. Par exemple, le moteur thermique peut fonctionner seul, l'intégralité de la puissance du moteur thermique étant transmise au pont. La puissance du moteur thermique peut également être répartie entre le pont et le moteur électrique, utilisé alors en générateur. Le moteur électrique peut encore fournir une puissance d'appoint. Par ailleurs, le moteur électrique peut fonctionner seul, l'intégralité de la puissance fournie étant alors transmise au pont. Ces exemples de
fonctionnement ne sont bien sûr pas limitatifs.
De façon générale, le moteur et l'alternateur peuvent chacun fournir ou ponctionner de la puissance à la
batterie d'accumulateurs.
En pilotant les deux machines électriques, il est possible de déplacer de façon continue le point de fonctionnement du moteur thermique, en fonction des
régime et couple désirés à la roue.
De tels groupes motopropulseurs, comportant deux machines électriques et deux lignes d'arbres distinctes, ont effectivement permis d'améliorer le rendement du
véhicule sur lequel ils sont montés.
Cependant, ces groupes motopropulseurs sont relativement complexes du fait de la présence de deux lignes d'arbres distinctes et de transmissions au train
nécessitant des pièces intermédiaires.
Il a donc été développé des groupes motopropulseurs à deux machines électriques, ne comportant qu'une seule ligne d'arbre et en prise directe avec le train épicycloïdal, c'est-à-dire sans pièce intermédiaire d'entraînement telle qu'une courroie, ou un train d'engrenages. Un tel groupe motopropulseur est par
exemple décrit dans le document FR 2 768 480.
Ils présentent cependant des inconvénients liés à la présence de deux machines électriques, lesquelles occupent un espace important, ce qui est pénalisant pour
un véhicule automobile.
Par ailleurs, de telles machines électriques nécessitent des transmissions spécifiques au train
épicycloidal qui sont relativement complexes.
L'invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un groupe motopropulseur pour véhicule à motorisation hybride qui est plus compact et d'un coût réduit, tout en assurant au véhicule à motorisation hybride qu'il équipe, un rendement et des performances
globales satisfaisants.
L'invention concerne donc un groupe motopropulseur pour véhicule à motorisation hybride comportant deux machines électriques, un moteur thermique et un train épicycloidal lié en rotation avec lesdites machines et ledit moteur, par l'intermédiaire d'une seule ligne d'arbres, les deux machines électriques étant directement
en prise avec le train épicycloidal.
Selon l'invention, les deux machines électriques sont à armatures cylindriques et concentriques, définissant ainsi une première machine centrale et une
deuxième machine externe entourant la première machine.
Dans un tel groupe motopropulseur, le moteur thermique et l'ensemble des deux machines électriques sont situés, de préférence, de part et d'autre du train épicycloidal. De préférence, la première machine centrale comporte un rotor intérieur dont l'arbre de sortie est directement relié au train épicycloidal, la deuxième machine externe comportant un rotor extérieur directement
relié au train.
Dans un mode préféré de réalisation, l'arbre de sortie du rotor de la première machine centrale est directement relié au planétaire, le rotor extérieur de la deuxième machine externe à la couronne et l'arbre de sortie du moteur thermique au porte-satellites, la
couronne étant en prise avec le pont du véhicule.
Par ailleurs, le rotor de la deuxième machine électrique présente avantageusement une forme de cloche,
pour faciliter sa liaison au train épicycloidal.
Les deux machines électriques présentent de
préférence un système de refroidissement commun.
Les stators de deux machines électriques
comprennent avantageusement un support commun.
Les machines électriques peuvent avantageusement
présenter une carcasse commune.
Enfin, le groupe motopropulseur comporte un système
de commande qui pilote son fonctionnement.
L'invention concerne également un procédé de fabrication de deux machines électriques concentriques pour un groupe motopropulseur selon l'invention, selon lequel, dans une même pièce métallique, sont découpées
des tôles constitutives des deux machines électriques.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront
plus clairement à la lecture de la description qui suit
et qui est faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un groupe motopropulseur selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en plan d'une pièce de métal dans laquelle est découpée une tôle d'une machine électrique classique, - et la figure 3 représente une vue en plan de cette même pièce de métal dans laquelle sont découpées deux tôles pour deux machines électriques concentriques destinées à être utilisées avec le groupe motopropulseur
selon l'invention.
De façon générale, la référence 1 désigne une première machine électrique, la référence 2 une deuxième machine électrique, la référence 3 un train épicycloïdal
et la référence 4 un moteur thermique.
De façonl classique, ce groupe motopropulseur comporte une batterie d'accumulateurs reliée électriquement aux machines électriques 1 et 2, par l'intermédiaire de moyens appropriés, ainsi qu'un système de commande électronique des deux machines électriques, permettant de piloter leur fonctionnement, notamment en fonction du régime du véhicule équipé de ce groupe
motopropulseur.
Ce système de commande et cette batterie
d'accumulateurs ne sont pas représentés sur les figures.
Le train épicycloïdal 3 reçoit la puissance en provenance des deux machines électriques 1 et 2 et du moteur thermique 4 et la transmet au pont du véhicule,
lequel la communique aux roues.
Le pont et les roues du véhicule ne sont pas représentés sur la figure. Dans l'exemple illustré, l'entraînement du pont est réalisé par la couronne 30 du train épicycloidal, par l'intermédiaire d'une denture ou
d'une courroie (non représentées).
Le moteur thermique 4 est directement accouplé au train épicycloïdal 3, par l'intermédiaire de son arbre de sortie 40, au travers d'un dispositif d'amortissement non représenté. L'arbre 40 est en prise directe avec le porte-satellites 31 du train épicycloïdal. La référence 310 désigne un satellite, dont l'axe porte la référence 311. On va maintenant s'intéresser aux deux machines électriques 1 et 2, lesquelles sont également en prise
directe avec le train épicycloïdal 3.
Les deux machines électriques 1 et 2 sont des machines tournantes à armatures cylindriques qui s'étendent selon un axe coïncidant sensiblement avec
çelui de l'arbre 40 du moteur thermique 4.
Les parties actives de ces machines peuvent être
massives ou feuilletées.
Ces deux machines électriques 1 et 2 présentent la caractéristique essentielle d'être concentriques. Ainsi, la machine 1, dénommée machine centrale, est située à
l'intérieur de la machine 2, dite machine externe.
Par ailleurs, ces deux machines ont une carcasse
commune qui porte la référence 5.
Cette disposition permet de rendre plus compact l'ensemble constitué par les deux machines électriques et donc, de réduire l'espace qu'elles occupent dans le véhicule équipé du groupe motopropulseur selon l'invention. Dans l'exemple illustré sur la figure, la machine électrique centrale 1 comporte un arbre 10, sur lequel est fixé un rotor 11, ici à aimants permanents, ainsi qu'un stator 13, auquel sont associés des bobinages statoriques 12. Le stator 13 entoure le rotor 11 et il est relié de façon fixe à la carcasse 5, commune aux deux machines électriques 1 et 2, par l'intermédiaire des
moyens 130, 210 et 120.
L'arbre 10 est monté dans la carcasse 5, en étant libre en rotation, par l'intermédiaire de roulements 110 et 111. Les roulements 110 sont directement montés entre l'arbre 10 et la carcasse 5, tandis que les roulements 111 sont montés entre l'arbre 10 et des moyens de support 112, reliés à la carcasse 5 par l'intermédiaire d'un
tirant 120.
L'arbre de sortie 14 de la machine électrique centrale 1 prolonge l'arbre 10 de cette machine et il est relié directement au planétaire 132 du train épicycloidal 3. La liaison entre l'arbre de sortie 14 et le planétaire 32 peut notamment être réalisée par l'intermédiaire d'un écrou 320 vissé dans un évidement 321 approprié dans le planétaire. Comme l'illustre la figure annexée, l'arbre 40 du moteur thermique 4 et l'arbre de sortie 14 de la machine
électrique centrale 1 forment une seule ligne d'arbres.
Comme indiqué précédemment, la machine électrique externe 2 est conçue de façon à entourer la machine
centrale 1.
Elle comporte un stator 21 avec des bobinages statoriques 20 et un rotor 23, ici à aimants permanents, fixé sur un support 22, le rotor 23 entourant le stator 21. Le stator 21 est relié, de façon fixe, à la carcasse 5 par des moyens de support 210, 120 et 130. De préférence, les moyens de support 130 et 210 et 120 sont communs aux stators 13 et 21 des deux machines électriques, le tirant 120 passant au travers des moyens de support communs. Ceci permet de simplifier la fabrication des machines électriques, mais des moyens de
fixation indépendants pourraient bien sûr être prévus.
Les moyens de support 210 et 130 peuvent se limiter à des entretoises. Cette solution n'est pas illustrée sur
les dessins.
Bien entendu, les stators doivent être dimensionnés pour être magnétiquement indépendants pour éviter toute
interaction des flux magnétiques.
Le support 22 du rotor 23 est relié directement à la couronne 30 du train épicycloidal 3. Pour faciliter cette liaison, le support 22 du rotor de la machine électrique externe 2 présente, de préférence, une forme de cloche, comme illustrée sur la figure 1. Ainsi, la partie cylindrique 220 du support 22 se prolonge par une autre partie 221 sensiblement en forme de disque,
recourbée sur ses bords.
On prévoit alors une pièce intermédiaire 300 qui est montée dans la carcasse 5, en étant libre en
rotation, par l'intermédiaire des roulements 301.
Grâce aux moyens de fixation 302, cette pièce intermédiaire 300 met directement en prise le support 22 du rotor 23 avec la couronne 30 du train épicycloïdal,
sans nécessiter une deuxième ligne d'arbres.
Ainsi, les deux machines électriques 1 et 2 ne sont liées mécaniquement que par l'intermédiaire du train épicycloidal 3 et leurs vitesses de rotation sont indépendantes. Par ailleurs, la couronne 30, le portesatellites 31 et le planétaire 32 sont mis en relation les uns avec les autres par l'intermédiaire de l'engrènement des satellites 310, solidaires du porte-satellites 31, avec
le planétaire 32 et la couronne 30.
Le fonctionnement du groupe motopropulseur est
déterminé par le système électronique de commande. Celui-
ci détermine le mode de fonctionnement le plus approprié en fonction de la vitesse du véhicule notamment. Ainsi, le moteur thermique 4 et une des machines électriques 1 ou 2 peuvent être en fonctionnement, tandis que l'autre machine électrique fonctionne en générateur. Le groupe motopropulseur selon l'invention peut également fonctionner en propulsion électrique uniquement, l'une ou l'autre des machines électriques 1 et 2 fournissant la puissance aux roues du véhicule, par l'intermédiaire de
la couronne 30.
Dans tous les modes de fonctionnement, chacune des machines électriques peut fonctionner en moteur ou en générateur. La concentricité des deux machines électriques du groupe propulseur selon l'invention permet de rendre bien sûr ces machines plus compactes et donc, de réduire l'espace occupé dans le véhicule par le groupe motopropulseur. Cette conception permet également de simplifier les liaisons entre les machines électriques et le train épicycloïdal. Toutes les transmissions s'effectuent par
une liaison directe avec le train.
Cette conception permet également de réduire le nombre de pièces mécaniques, notamment grâce à la présence d'une carcasse commune pour les deux machines
électriques, en simplifiant les systèmes de fixation.
De ce fait, la masse des machines électriques est
également diminuée.
Lorsque les machines électriques intègrent un système de refroidissement, ce système peut être commun aux deux machines, avec par exemple un refroidissement par circulation de fluide dans des canaux entre les deux stators de chaque machine électrique. Cette circulation de fluide peut notamment être réalisée au moyen du tirant
qui se présente alors sous la forme d'un tube creux.
Ce système de refroidissement unique permet encore de
simplifier la réalisation des deux machines.
Enfin, cette conception permet, lorsque les armatures sont feuilletées, del réaliser des gains de matière sur les tôles magnétiques et donc des réductions de coûts. En effet, les différentes tôles formant les deux anneaux feuilletés de la machine extérieure sont découpées dans des pièces carrées. La partie centrale de cette pièce, classiquement perdue, est utilisée pour découper les tôles qui formeront les deux anneaux
feuilletés de la machine électrique centrale.
On se réfère à cet égard à la figure 2 illustrant une pièce P métallique dans laquelle sont découpées une tôle stator 50 et une tôle rotor 51 d'une machine électrique d'un groupe motopropulseur classique, lequel comprend deux machines électriques identiques. La zone
centrale 52 de la pièce P est perdue.
Dans ce cas, la construction des deux machines nécessite 2n pièces P o n est le nombre de tôles dans un
anneau feuilleté (rotor ou stator).
La figue 3 illustre une même pièce métallique P dans laquelle sont découpées une tôle rotor 235 et une tôle stator 215 de la machine électrique extérieure 2 ainsi qu'une tôle stator 135 et une tôle rotor 115 de la machine électrique centrale 1. La tôle stator 215 et la tôle stator 135 peuvent ne pas être séparées. Les deux
stators sont alors fabriqués en une seule pièce.
La zone centrale 55 de la pièce P est perdue, mais surface est très inférieure à celle de la zone centrale 52. Ainsi, la construction des deux machines électriques concentriques du groupe motopropulseur selon l'invention nécessite seulement n pièces P o n est le nombre de tôles dans un anneau feuilleté (rotor ou stator). La conception du groupe motopropulseur selon l'invention permet donc de réduire de moitié les coûts de
matière sur les pièces métalliques magnétiques.
Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques figurant dans les
revendications ont pour seul but de faciliter la
compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter
la portée.
Claims (11)
1. Groupe motopropulseur pour véhicule à motorisation hybride comportant deux machines électriques (1, 2), un moteur thermique (4) et un train épicycloidal (3) lié en rotation avec lesdites machines et ledit moteur, par l'intermédiaire d'une seule ligne d'arbres, les deux machines électriques étant directement en prise avec le train épicycloidal, caractérisé en ce que les deux machines électriques (1, 2) sont à armatures cylindriques et concentriques, définissant ainsi une première machine (1) centrale et une deuxième machine (2)
externe entourant la première machine.
2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur thermique (4) et l'ensemble des deux machines électriques (1, 2) sont
situés de part et d'autre du train épicycloidal.
3. Groupe motopropulseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première machine (1) centrale comporte un rotor intérieur (10) dont l'arbre de sortie (14) est directement relié au train épicycloidal, la deuxième machine (2) externe comportant un rotor extérieur (22) directement relié au train (3). J
4. Groupe motopropulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (14) du rotor (10) de la première machine (1) centrale est directement relié au planétaire (32) du train épicycloidal, le rotor extérieur (22) de la deuxième machine (2) externe à la couronne (3) et l'arbre de sortie (40) du moteur thermique (4) au porte-satellites (31), la couronne étant
en prise avec le pont du véhicule.
5. Groupe motopropulseur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le rotor (22) de la deuxième machine électrique (2) présente avantageusement une forme de cloche, pour faciliter sa liaison au train épicycloidal.
6. Groupe motopropulseur selon l'une des
revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les machines
électriques présentent un système de refroidissement commun.
7. Groupe motopropulseur selon l'une des
revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les stators
des deux machines électriques comportent un support
commun (130, 210).
8. Groupe motopropulseur selon l'une des
revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les machines
électriques sont reliées à une batterie d'accumulateurs.
9. Groupe motopropulseur selon l'une des
revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les deux
machines électriques ont une carcasse commune (5).
10. Groupe motopropulseur selon l'une des
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un
système de commande pilotant son fonctionnement.
11. Procédé de fabrication des deux machines électriques concentriques pour un groupe motopropulseur
selon l'une des revendications 1 à 10, selon lequel, dans
une même pièce métallique (P), sont découpées des tôles constitutives (115, 135; 215, 235) des deux machines
électriques (1,2).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR0008817A FR2811267B1 (fr) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | Groupe motopropulseur pour vehicule a motorisation hybride avec deux machines electriques concentriques |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR0008817A FR2811267B1 (fr) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | Groupe motopropulseur pour vehicule a motorisation hybride avec deux machines electriques concentriques |
Publications (2)
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|---|---|
| FR2811267A1 true FR2811267A1 (fr) | 2002-01-11 |
| FR2811267B1 FR2811267B1 (fr) | 2002-12-06 |
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ID=8852189
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| FR0008817A Expired - Fee Related FR2811267B1 (fr) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | Groupe motopropulseur pour vehicule a motorisation hybride avec deux machines electriques concentriques |
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|---|---|
| FR (1) | FR2811267B1 (fr) |
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