La présente invention concerne un groupe moto- propulseur pour véhicules. La plupart des véhicules automobiles actuels à quatre ou deux roues sont propulsés par un moteur thermique qui utilise la détente d'un mélange carburant- comburant pour entraîner en rotation un arbre de sortie dont le mouvement est transmis aux roues du véhicule par des dispositifs de renvoi et de démultiplication.

Le démarrage de ce moteur thermique est assuré par un démarreur électrique qu'alimente une batterie. Au démarrage, la batterie fournit du courant au moteur du démarreur qui, par un réducteur et un système d'enclenchement approprié ("Bendix") entraîne la couronne d'un disque ou volant d'inertie solidaire de l'arbre moteur. Dès que le moteur thermique est lancé, le Bendix désaccouple le moteur du démarreur du disque d'inertie et l'entraînement de l'arbre est assuré par le seul moteur thermique .

Le moteur thermique entraîne par ailleurs un alternateur par un dispositif de renvoi qui comporte habituellement des poulies et des courroies. Cet alternateur fournit, par l'intermédiaire d'un dispositif électronique de régulation, un courant électrique qui permet de recharger la batterie.

Les ensembles de liaisons électromécaniques entre la batterie et le moteur thermique ci-dessus évoqués sont relativement complexes et constituent une source de pannes non négligeable.

Par ailleurs, leur utilisation est limitée aux fonctions de démarrage et de recharge de la batterie décrites ci-dessus.

Les progrès de 1 ' électrotechnique et de l'électronique permettent de repenser complètement le

problème en vue d'arriver à la plus grande simplicité de réalisation.

Ainsi, la présente invention a pour but d'apporter une association originale d'un moteur thermique et d'un moteur électrique afin de simplifier ces dispositifs électromécaniques tout en leur permettant d'accomplir des fonctions supplémentaires.

Suivant l'invention, le groupe moto-propulseur pour véhicule, comprenant un moteur thermique et un moteur électrique est caractérisé en ce que le moteur électrique présente, à faible vitesse de rotation, un couple-moteur supérieur au couple résistant du moteur thermique, ce moteur électrique étant tel qu'il puisse fonctionner sans être mécaniquement déconnecté du moteur thermique lorsque ce dernier tourne à sa vitesse de fonctionnement.

Par couple résistant du moteur, on entend le couple nécessaire pour vaincre les frottements du moteur et la compression qui est réalisée dans les cylindres. Un tel moteur électrique peut ainsi servir de démarreur pour mettre en route le moteur thermique. Toutefois, contrairement aux démarreurs classiques, ce moteur électrique peut être accouplé en permanence avec le moteur thermique et tourner en même temps que ce dernier.

Le moteur électrique ayant un couple supérieur au couple résistant du moteur thermique, il peut être capable d'entraîner à la fois un moteur thermique en panne et le véhicule lui-même sur des distances réduites. Mais si un désaccouplement (embrayage ou simple

"crabotage") a été prévu entre les deux moteurs, le moteur électrique n'étant plus freiné par le moteur thermique non alimenté pourra entraîner le véhicule dans de bonnes conditions pouvant assurer le même service qu'un véhicule purement électrique si le moteur électrique et les batteries sont suffisamment

dimensionnés . Des vitesses au moins égales aux vitesses autorisées en ville et des autonomies de plusieurs dizaines de kilomètres sont facilement réalisables, permettant la traversée des villes sans bruit et sans pollution.

Mais ce moteur électrique peut aussi accomplir d'autres fonctions que celle de démarreur.

Ainsi, le moteur électrique peut fonctionner en génératrice, lorsqu'il est entraîné en rotation par le moteur thermique, pour recharger une ou plusieurs batteries.

Ce moteur électrique peut ainsi remplacer à la fois le démarreur et l'alternateur associé au moteur thermique. Selon une version avantageuse de l'invention, le rotor du moteur électrique a une inertie suffisante pour permettre un fonctionnement régulier du moteur thermique.

Ce rotor peut ainsi remplacer le volant d'inertie du moteur thermique.

L'invention offre en outre plusieurs opportunités. Tout particulièrement, la circulation du courant vers la batterie peut être inversée, le moteur électrique pourra alors fournir un couple important venant s'ajouter à celui du moteur thermique puisque les circuits sont dimensionnés pour le courant de démarrage. A titre d'exemple, le couple d'appoint pourra être, à vitesse zéro, d'un ordre de grandeur comparable à celui du couple maximum du moteur thermique alors qu'aux basses vitesses le moteur thermique a un couple faible : l'appoint peut donc être proportionnellement important.

Le moteur électrique sera ainsi un véritable "booster" au démarrage, pour la circulation en ville, pour les fortes montées, pour les véhicules tous terrains, etc. Même si ce couple diminue avec la vitesse, il restera cependant très utile pour améliorer les

"reprises" du véhicule à partir d'une vitesse assez basse.

Selon une version préférée de l'invention, la puissance du moteur électrique est suffisante pour entraîner le véhicule au moins à vitesse réduite. Ce moteur électrique peut entraîner le véhicule indépendamment du moteur thermique par exemple en cas de panne de celui-ci ou en association avec le moteur. Il aura cependant le handicap d'avoir à faire tourner le moteur thermique qui constitue un frein.

Par contre, si un dispositif de désaccouplement est prévu entre l'arbre de sortie du moteur thermique et le moteur électrique, le handicap ci-dessus est supprimé. L'entraînement du véhicule est ainsi réalisé par le moteur électrique seul, par exemple en ville, sans bruit et sans pollution.

Le moteur électrique peut également être contrôlé pour fonctionner en ralentisseur du véhicule et récupérateur d'énergie lors du freinage de celui-ci pour recharger le ou les batteries.

Ainsi, lors des descentes, le moteur électrique permet de soulager les freins à friction classiques du véhicule tout en récupérant de l'énergie électrique. Ce système peut être complété par son symétrique : freinage ou ralentissement (par exemple en descente) avec recharge supplémentaire de la batterie. Bien entendu, la batterie devra être dimensionnée pour le fonctionnement ainsi prévu. Une deuxième batterie à une tension pouvant être différente pourra être utilisée. Pour les poids lourds un ralentisseur serait donc disponible et fournirait de l'énergie pour recharger la batterie, au lieu de chauffer fortement dans les descentes. A la montée, un appoint de couple serait disponible.

Selon l'une des versions de l'invention, le moteur électrique est lié axialement à l'arbre de sortie du moteur thermique.

Le moteur électrique tourne ainsi à la même vitesse que le moteur thermique.

Dans ce cas, le moteur électrique est simplement intercalé entre le moteur thermique et les organes de transmission du véhicule. Lorsque ce moteur électrique remplit simultanément les fonctions de démarreur, volant d'inertie, alternateur, propulseur additionnel ou indépendant, on aboutit à un groupe moto- propulseur à la fois compact, de construction peu onéreuse et apportant des avantages substantiels par rapport aux conceptions classiques. Selon une autre version de l'invention, le moteur électrique est déporté par rapport à l'arbre de sortie du moteur thermique, la liaison entre les deux moteurs étant assurée par un réducteur de vitesse.

Dans ce cas, le moteur électrique peut tourner à une vitesse différente de celle du moteur thermique, tout en accomplissant la totalité ou seulement certaines des fonctions évoquées plus haut.

Le moteur électrique utilise de préférence le principe de la réluctance variable saturée. De tels moteurs sont relativement plats et présentent donc un encombrement axial peu important.

Un tel moteur plat peut ainsi remplacer le volant d'inertie du moteur thermique sans entraîner une augmentation substantielle de l'encombrement axial du moteur thermique, tout en assurant les fonctions complémentaires décrites ci-dessus.

Toutes ces variantes permettent d'éliminer démarreur, Bendix, disque d'inertie et sa denture pour l'action du démarreur, alternateur, poulies et courroies correspondantes. De plus, le collecteur et le contacteur du démarreur manipulant des courants élevés sont

remplacés par une électronique de puissance très fiable et des circuits de contrôle à courant faible ne posant aucun problème.

D'autres particularités et avantages de 1 ' invention apparaîtront encore dans la description ci- après. Aux dessins annexés, donnés à titre non limitatif :

- la figure 1 illustre schématiquement un groupe moto-propulseur conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue partielle en plan d'un moteur électrique utilisable pour mettre en oeuvre 1'invention,

- la figure 3 illustre schématiquement une première variante de réalisation d'un groupe oto- propulseur,

- la figure 4 illustre schématiquement une seconde variante de réalisation.

Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un groupe moto-propulseur selon l'invention. Un moteur thermique 1 agit sur un vilebrequin 5 pour entraîner en rotation un arbre de sortie 3. L'extrémité de l'arbre 3 est reliée à un disque d'embrayage 7 solidaire de l'arbre 3. Un second disque d'embrayage 8 relié à des dispositifs de transmission non représentés peut s'engager sur le premier disque 7 ou s'en désengager pour réaliser les fonctions habituelles d'embrayage/débrayage des dispositifs de transmission.

Entre la sortie du moteur thermique 1 et le disque d'embrayage 7, un moteur électrique 2 est monté directement sur l'arbre 2. Par "directement", on entend que le rotor 10 du moteur électrique 2 est solidaire de l'arbre 3. Plus précisément, ce rotor 10 a la forme générale d'un disque perpendiculaire à l'arbre 3 et centré sur ce dernier. En plus du rotor 10, le moteur électrique 2 comprend un stator 15 qui comporte des

bobinages 16. Le stator 15 a la forme d'une couronne qui s'étend autour du rotor 10.

L'alimentation des bobinages 16 du stator 15 est effectuée par des circuits électroniques compris dans des moyens de commande 4. Ces moyens de commande 4 sont aussi reliés à la batterie 50 et ils peuvent être manipulés par l'utilisateur par un bouton 40 ou tout autre moyen.

Les moyens de commande 4 et les circuits électroniques correspondant sont prévus pour faire fonctionner le moteur 2 dans différents modes :

- en mode démarreur ; un courant circule dans les bobinages 16 pour entraîner le rotor 10. Ce rotor 10 exerce un couple suffisant pour lancer le moteur thermique 1 ;

- en mode appoint ; le moteur thermique 1 entraînant l'arbre 3, on envoie un courant dans le stator

15 pour fournir un couple sur l'arbre 3 dans le même sens que le couple du moteur thermique 1 ; - en mode alternateur ; le moteur thermique 1 entraîne l'arbre 3 et une fraction de l'énergie mécanique de rotation du rotor 10 est transformée par le moteur électrique 2 en courant qui s'établit dans les bobinages

16 ; un régulateur de charge incorporé dans les moyens de commande 4 permet alors de recharger la batterie 50 ;

- en mode ralentisseur/freinage ; le moteur thermique 1 fonctionnant, on envoie un courant dans les bobinages 16 du stator 15 de sorte que le moteur électrique 2 fournit un couple antagoniste qui freine la rotation de l'arbre 3.

Ainsi, le montage illustré par la figure 1 peut accomplir les fonctions habituellement remplies par le disque d'inertie, le démarreur, l'alternateur ainsi que tous les circuits électriques et dispositifs mécaniques de renvoi associés. Il peut, en plus fournir un supplément de couple au moteur thermique 1,

particulièrement souhaitable à bas régime. Il peut aussi contribuer au freinage du véhicule sans donner lieu à un échauffement excessif car l'énergie mécanique transformée au cours de ce freinage peut 1 ' être sous forme électrique et servir à recharger la batterie. Pour cette dernière application, il peut s'avérer utile de modifier la batterie 50 par rapport aux batteries conventionnelles ou de prévoir une seconde batterie. Pour toutes les autres applications, une batterie traditionnelle permet d'utiliser le moteur électrique 2 dans toutes les fonctions citées.

Pour réaliser cette invention, un moteur électrique particulièrement adapté est un moteur à réluctance variable saturée. Ces moteurs sont décrits en détail dans les brevets français 1 445 572, 2 109 144,

2 356 304. Sur la figure 2, on a représenté un exemple où le rotor 10 a la forme d'un disque et où le stator 15 forme une couronne en périphérie du rotor 10. Sur cette figure, on voit un quart du stator 15 et du rotor 10. L'ensemble est centré au point O qui est aussi situé au centre de l'arbre 3 qui est solidaire du rotor 10.

Le pourtour du rotor 10 présente des dents 11 espacées régulièrement et formées dans un matériau magnétique. Le stator 15 présente, en regard du rotor 10, une série de plots 17 espacés régulièrement. Chaque plot 17 est entouré par une bobine 16. Le rotor 10 est entraîné en rotation par 1 ' effet des flux magnétiques créés dans les plots 17 par le courant circulant dans les bobines 16 et qui traversent les dents 11 du rotor 10. L'alimentation en courant des bobines 16 est effectuée par des circuits électroniques de commande qui, dans l'exemple de la figure 1 sont inclus dans les moyens de commande 4.

Ces moteurs électriques à réluctance variable saturée peuvent délivrer un couple nominal élevé pour un encombrement réduit. Une caractéristique qui les rende

particulièrement adaptés à l'utilisation dans un groupe propulseur conforme à l'invention est qu'ils présentent un couple supérieur à basse vitesse. Ainsi, le couple à vitesse nulle peut être plus de deux fois supérieur au couple nominal. Cela leur donne une efficacité maximum au démarrage et lors de "reprises" à bas régime.

Par ailleurs, ces moteurs sont relativement plats (rapport diamètre sur épaisseur égal ou supérieur à 4 et souvent 6) . D'autre part, ce type de moteur ne pose aucun problème de tolérance au niveau du jeu mécanique. En effet, l'entrefer rotor-stator correspond à une différence de rayon de plusieurs dixièmes de millimètres alors que le jeu du vilebrequin 5 est typiquement de l'ordre de quelques centièmes de millimètre.

De manière avantageuse, les bobines 16 du stator 15 peuvent être regroupées en plusieurs groupes alimentés indépendamment par des circuits de commande indépendants . De cette manière, la défaillance d'un circuit de commande ne se traduit pas par une avarie complète du moteur électrique 2 car elle n'affecte pas les circuits correspondant aux autres groupes.

A titre d'exemple, pour une voiture de petite cylindrée (couple maximum de 150 Nm) dont le disque d'inertie fait 280 mm de diamètre pour 22 mm d'épaisseur et dont le couple de "décollage" doit atteindre également 150 Nm, la réalisation peut se présenter ainsi :

- Diamètre du rotor : 280 mm comme le disque d'inertie ;

- Epaisseur du circuit magnétique : 40 mm ;

- Couple au démarrage : 150 Nm même lorsque la batterie est aux plus basses températures demandées (par ex. - 40°C) ; - Diamètre extérieur 350 mm ;

- Variation de la tension de sortie pratiquement jusqu'à zéro par autoexcitation contrôlée ;

- Nombre de bobines du stator : 36 ;

- Pour des raisons de sécurité d'emploi, les bobines sont regroupées en 3 groupes de 12 alimentées séparément. Ainsi une coupure d'un des circuits permet d'obtenir 100 Nm avec les 2 autres et permet le démarrage en dehors des cas extrêmes ;

- Alimentation de chaque groupe de bobines par 4 transistors ou thyristors et 4 diodes ;

- Nombre de dents du rotor 51 ;

- Circuits de contrôle permettant d'utiliser les mêmes semi-conducteurs lors du fonctionnement en alternateur ; - Le rotor peut être massif ou creux en son centre (diamètre maximum de ce creux 240 mm) pour être emmanché sur un cylindre en acier ordinaire.

Sans rentrer dans les détails, dans beaucoup de véhicules, l'embrayage ou le convertisseur de couple est contigu au disque d'inertie. La présence d'un composant électriquement actif à la place de ce disque permet de repenser certains problèmes de contrôle de l'embrayage en étant capable de fournir du courant au sous-ensemble tournant avec le moteur. C'est ainsi que, grâce à la présente invention, on peut disposer sur le rotor 10 des boucles électriques destinées à la circulation d'un courant induit par le champ magnétique créé par les bobines 16 du stator 15. On peut de cette manière obtenir des circuits électriques actifs sur la partie tournante qui peuvent être exploités notamment pour réaliser un couplage électromagnétique entre les disques d'embrayage 7 et 8. On aboutit ainsi à une simplification considérable des mécanismes d'embrayage qui sont traditionnellement complexes et d'une fiabilité limitée.

Dans une autre version de l'invention, le moteur électrique 2 est conformé pour fournir une mesure instantanée de la vitesse de rotation ou de la position angulaire du rotor 10 et par conséquent de l'arbre 3 et du vilebrequin 5.

La détection de la vitesse de rotation de l'arbre est exploitable pour fournir une information fiable au conducteur au niveau du compte-tours et du compteur kilométrique. La détection de la position angulaire peut être judicieusement employée pour synchroniser des actions au niveau du moteur thermique 1 telles que l'admission du mélange carburant-comburant, l'échappement des gaz produits par la combustion ou encore l'étincelle dans le cas d'un moteur à bougies. Une telle synchronisation est réalisable par des montages électroniques simples.

Dans la réalisation de la figure 3, le groupe moto-propulseur comprend en outre, entre le moteur thermique 1 et le rotor 10 du moteur électrique 2, un dispositif de désaccouplement 20 tel qu'un embrayage.

Ce dispositif permet lorsqu'il est désaccouple, de faire fonctionner le véhicule uniquement avec le moteur électrique 2. Le véhicule peut ainsi circuler en ville sans bruit, ni pollution, avec une autonomie qui dépend de la batterie.

Dans la réalisation de la figure 4, le moteur électrique 21 n'est pas lié axialement au moteur thermique 1, mais déporté par rapport à ce dernier. La liaison entre l'arbre de sortie 3 du moteur thermique 1 est assurée par deux pignons d'engrenage 23, 24 établissant un certain rapport de démultiplication. En aval du pignon 23 est situé l'embrayage 22 et la boîte de vitesse 25 ou variateur de vitesse qui équipent normalement un véhicule à propulsion uniquement thermique.

Par ailleurs, entre l'arbre de sortie 3 du moteur thermique 1 et les pignons 23, 24 liant cet arbre au moteur électrique 21 est prévu un second embrayage 20 qui permet de désaccoupler le moteur thermique 1, de sorte que le véhicule est uniquement propulsé par le moteur électrique 21. Dans ce cas, le véhicule a une autonomie réduite mais peut circuler en ville sans engendrer de pollution.

Lorsque le moteur électrique 21 est accouplé au moteur thermique 1, il assure, comme décrit précédemment les fonctions suivantes :

- la mise en route du moteur thermique de la même façon que le démarreur d'un véhicule thermique normal , - la recharge de la batterie, comme dans le cas d'une dynamo ou d'un alternateur,

- une propulsion additionnelle, notamment lors des faibles régimes de rotation du moteur thermique, du fait que le moteur électrique présente aux faibles vitesses, un couple plus important que celui du moteur électrique,

- le ralentissement et le freinage du véhicule en faisant fonctionner le moteur en générateur de courant électrique qui recharge la batterie. Toutes ces fonctions peuvent être commandées soit selon la volonté du conducteur, soit d'une manière automatique.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, le stator 26 du moteur électrique 27 est fixé directement à la face arrière la du moteur thermique, tandis que le rotor 28 qui remplace le volant d'inertie du moteur thermique est monté axialement et directement à l'un des plateaux de l'embrayage 29. Cette disposition permet de rendre le groupe moto-propulseur plus compact et de réaliser une économie appréciable.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation que l'on vient de décrire et on peut apporter à celui-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le rotor du moteur électrique pourrait comporter un transducteur permettant de transmettre un signal électrique dépendant de la rotation du rotor et dont la puissance est suffisante pour réaliser une fonction de commande, telle que le fonctionnement d'un dispositif de désaccouplement.

D'autre part le moteur électrique pourrait être adapté pour pouvoir entraîner un train de roue différent de celui du moteur thermique, ce qui permet un fonctionnement en quatre roues motrices sur terrain difficile.