Brevet FR2721453A1 — publié le 19951222

L'invention concerne un ensemble moteur électrique-transmission, notamment destiné à l'entraînement individuel d'une roue d'un véhicule routier. D'après la publication allemande "VDI- Berichte" n 878, 1991, pages 611 à 622, il est connu d'associer aux roues motrices d'un véhicule routier, des moteurs électriques distincts, en liaison de rotation avec les roues motrices associées, par l'intermédiaire d'arbres de transmission articulés. Les moteurs électriques sont regroupés en un ensemble, et sont alimentés, par l'intermédiaire de circuits de commutation électroniques, à partir d'un générateur, qui pour sa part est entraîné par un moteur à combustion interne. Le couple d'entraînement et la vitesse de rotation des moteurs électriques sont commandés de manière électrique, de sorte que des boites de vitesses mécaniques ou autres transmissions similaires, telles que celles disposées entre le moteur à combustion interne et les roues motrices dans les véhicules automobiles usuels, sont superflues. En ce qui concerne les moteurs électriques, il s'agit de moteurs à rotor extérieur à aimants permanents, qui entraînent directement les roues motrices associées. Le document EP-A-249 807 divulgue un entraînement électrique de véhicule automobile, comprenant des moteurs à rotor extérieur à aimants permanents, regroupés par paires, en un ensemble, dans lequel, à chaque moteur à rotor extérieur, est associé un réducteur à roues droites, dont la pièce d'arbre de sortie est reliée par un arbre de transmission articulé, à la roue motrice associée, guidée de manière élastique sur la carrosserie du véhicule. En vue de pouvoir utiliser des arbres de transmission articulés les plus longs possibles, et ainsi ne les solliciter que selon des angles de flexion relativement faibles, les réducteurs à roues droites sont disposés entre les moteurs à rotor extérieur, de sorte que les pièces d'arbre de sortie des réducteurs à roues droites peuvent être logées radialement à côté des moteurs à rotor extérieur et à proximité du plan médian longitudinal du véhicule automobile. Aussi bien l'arbre de moteur du moteur à rotor extérieur, que les pièces d'arbre de sortie des réducteurs à roues droites, sont montés en rotation sur des manchons de palier du carter de réducteur, au moyen de roulements à deux rangées. Par ailleurs, il est connu, d'après le document DE-A-37 25 620, dans un véhicule routier à moteurs électriques associés respectivement aux roues motrices individuelles, de disposer les moteurs électriques, regroupés en un ensemble, axialement entre les roues motrices, et de rapporter sur le moteur électrique, en direction de la roue motrice à entraîner, un train épicycloïdal dont la roue planétaire est montée sur l'arbre de sortie du moteur électrique, et dont le porte-satellites supportant des satellites, est relié à la roue motrice par l'intermédiaire d'un arbre de transmission articulé. Une couronne engrenant, tout comme la roue planétaire, avec les satellites, peut être bloquée par rapport au moteur électrique, au moyen d'un frein à disques multiples, et permet, lorsque le frein est desserré, de découpler le moteur électrique de la roue motrice. Les moteurs électriques possèdent des rotors montés en rotation dans un carter de moteur, axialement de part et d'autre de leur corps de rotor. Alors que le porte-satellites formant la pièce d'arbre de sortie, est monté en rotation, par un tourillon dans l'arbre de moteur portant la roue planétaire et se présentant sous la forme d'un arbre creux dans cette zone, la couronne pouvant être bloquée au moyen du frein à disques multiples, est, pour sa part, montée en rotation dans un embout de support de palier du carter de moteur. Le but de l'invention consiste à fournir un ensemble moteur électrique-transmission, présentant des dimensions relativement faibles, en étant toutefois susceptible d'être prévu pour une puissance d'entraînement élevée. L'invention se base sur un ensemble moteur électrique-transmission du type de celui mentionné en introduction et comprenant - une pièce de support, un moteur électrique comportant un arbre de moteur pouvant tourner par rapport à la pièce de support, autour d'un axe de rotation, un rotor supporté par l'arbre de moteur, et un stator en position fixe par rapport à la pièce de support, - un train épicycloïdal comportant une pièce d'arbre de sortie pouvant tourner par rapport à la pièce de support, autour de l'axe de rotation, et trois composants de transmission pouvant tourner relativement les uns par rapport aux autres, autour de l'axe de rotation, dont un premier composant de transmission forme une roue planétaire centrale par rapport à l'axe de rotation, et un second composant de transmission une couronne entourant coaxialment la roue planétaire, et dont un troisième composant de transmission forme un porte-satellites et comporte plusieurs satellites montés en rotation autour d'axes parallèles à l'axe de rotation, décalés les uns par rapport aux autres dans la direction périphérique, et engrenant avec la roue planétaire et la couronne, le premier composant de transmission étant lié de manière fixe en rotation, à l'arbre de moteur en présentant le même axe que celui- ci, un autre des trois composants de transmission étant lié de manière fixe en rotation à la pièce d'arbre de sortie, et un autre encore des trois composants de transmission étant lié de manière fixe en rotation à la pièce de support. Le but recherché est atteint conformément à l'invention, grâce au fait que l'arbre de moteur et la pièce d'arbre de sortie sont montés sur paliers dans la pièce de support, sur des côtés axialement opposés l'un à l'autre, du plan de révolution des satellites, au moyen de roulements, et grâce au fait que la pièce d'arbre de sortie et le composant de transmission, qui lui est lié de manière fixe, sont montés en commun dans la pièce de support, au moyen d'un seul roulement à une rangée, affecté d'un jeu radial. Les roulements usuels utilisés pour le montage de pièces d'arbre de sortie de tels ensembles, sont, comme le laisse entrevoir le document EP- A-249 807, d'une configuration à double rangée, pour réaliser un montage rigide de la pièce d'arbre de sortie au niveau de son palier, sur une étendue d'appui la plus large possible. A l'inverse de cela, l'invention propose d'associer les satellites au montage en rotation de la pièce d'arbre de sortie, et d'assurer, grâce au roulement à une rangée, affecté de jeu radial, que la pièce d'arbre de sortie et le composant de transmission qui lui est relié, puissent s'ajuster automatiquement par rapport aux autres composants de transmission. Le jeu du roulement à une rangée est ici dimensionné de manière telle, que les dentures des composants de transmission prévus, d'une part sur la pièce d'arbre de sortie, et d'autre part sur la pièce de support, peuvent s'ajuster réciproquement, en étant ainsi mises à profit pour supporter la pièce d'arbre de sortie, en plus du roulement à une rangée. Comme on utilise uniquement un roulement à une rangée, les dimensions axiales de l'ensemble sont réduites. En ce qui concerne le roulement à une rangée, il s'agit de préférence d'un roulement à billes à une rangée de billes, qui comprend une bague intérieure, une bague extérieure concentrique à la précédente, et une rangée de billes guidées dans des gorges de chemin de roulement de la bague intérieure et de la bague extérieure, l'une au moins des gorges de chemin de roulement, vue en coupe axiale longitudinale du roulement à billes, présentant un rayon de gorge, qui est supérieur de 1 à 4 %, et notamment de 2 à 3 %, au rayon des billes. Le moteur électrique est de préférence réalisé en tant que moteur à rotor extérieur présentant un stator de forme annulaire enfermant une cavité, et un rotor extérieur, notamment un rotor extérieur à aimants permanents, entourant le stator de manière annulaire, radialement à l'extérieur, et supporté à une extrémité de l'arbre de moteur. De tels moteurs, connus en soi, sont d'une puissance importante, et n'occupent qu'un faible encombrement en direction axiale. L'ensemble comprenant la transmission peut également être d'un encombrement particulièrement réduit dans la direction axiale, lorsque la pièce de support présente un embout de support de palier entourant l'arbre de moteur et s'engageant axialement à l'intérieur de la cavité du stator, et lorsqu'en outre, l'arbre de moteur est monté en rotation dans l'embout de support de palier, au moyen d'un ensemble de roulements comprenant au moins un roulement, axialement entre l'extrémité de l'arbre de moteur portant le rotor, et la roue planétaire agencée sur l'arbre de moteur. En ce qui concerne ce dernier roulement, il peut également s'agir d'un roulement à billes à une rangée, notamment lorsque la roue planétaire est disposée de manière axialement très proche de ce roulement. En outre il s'est avéré avantageux, que l'arbre de moteur présente, au moins sur une partie de sa longueur, entre la roue planétaire et l'ensemble de roulements assurant le montage en rotation de l'arbre de moteur dans l'embout de support de palier, une configuration de forme tubulaire, et y est notamment réalisé sous forme de pièce de formage en tôle, de forme tubulaire, en étant ainsi susceptible d'absorber, dans une certaine mesure, de manière radialement élastique, des contraintes de réaction de la roue planétaire. La pièce de support peut être mise à profit pour former un carter de transmission, et, le cas échéant, renfermer un fluide de lubrification. Pour réaliser l'étanchéité d'un tel carter, la pièce d'arbre de sortie est réalisée en tant que pièce fermée axialement de manière étanche, et est rendue étanche par rapport à la pièce de support, sur le côté du roulement à une rangée, axialement opposé au côté dirigé vers les satellites, par un premier joint d'étanchéité de mouvement, tandis que l'arbre de moteur est rendu étanche par rapport à l'embout de support de palier, au moyen d'un second joint d'étanchéité de mouvement. De cette manière, la pièce d'arbre de sortie peut simultanément faire office de couvercle du carter. La pièce d'arbre de sortie forme de préférence le porte-satellites, la couronne étant en conséquence supportée par la pièce de support. Suivant le rapport de transmission souhaité, il est toutefois également possible d'envisager que la couronne soit prévue sur la pièce d'arbre de sortie, tandis que les satellites sont montés tournant sur la pièce de support. Dans la suite, l'invention va être explicitée plus en détail, au regard du dessin annexé, qui montre: Fig. 1 une coupe axiale longitudinale d'un ensemble moteur électrique-transmission, selon un agencement en tandem, pour l'entraînement de deux roues associées en commun à un essieu moteur du véhicule routier, et Fig. 2 une vue de détail de la transmission se présentant sous la forme d'un train épicycloïdal, de l'ensemble considéré. La figure 1 montre deux ensembles moteur électrique-transmission 1 de configuration sensiblement identique, regroupés en un sous-groupe, et dont chacun est relié par un arbre de transmission articulé, à l'une de deux roues associées en commun à un essieu moteur d'un véhicule routier. Ce sous-groupe est, pour sa part, supporté de manière non représentée plus en détail, entre les deux roues motrices, par un faux- châssis ou la carrosserie du véhicule routier. Chacun des ensembles 1 comprend un moteur électrique à rotor extérieur 3, qui est réuni, par l'intermédiaire d'une pièce de support désignée globalement par le repère 5, à un train épicycloïdal 7, pour constituer ainsi un ensemble fonctionnel en soi, sur le plan mécanique. Comme les deux ensembles 1 sont pour l'essentiel, de configuration identique, seul l'un d'entre-eux sera explicité plus en détail dans la suite. Le moteur à rotor extérieur 3 possède un stator 11 en tôles empilées, qui entoure de manière annulaire l'axe de rotation 8 de son arbre de moteur 9, et qui forme, sur sa périphérie extérieure, un grand nombre de pôles non représentés plus en détail, et porte des enroulements d'excitation correspondants. A l'une des extrémités de l'arbre de moteur 9 est relié de manière fixe, un rotor 13 sensiblement en forme de coupelle, qui entoure de manière annulaire, radialement à l'extérieur, le stator 11, et porte radialement en regard des pôles du stator 11, un grand nombre d'aimants permanents 15 dont la polarité est alternée en direction périphérique. Les enroulements d'excitation du stator 11 sont excités par un dispositif de commutation électronique non représenté plus en détail, la commande du dispositif de commutation permettant de commander la puissance, le sens de rotation et le couple d'entraînement du moteur à rotor extérieur 3. Dans l'exemple de réalisation représenté, les aimants permanents 15 sont insérés dans un corps de tôle désigné dans son ensemble par le repère 17, avec lequel est également formé intégralement l'arbre de moteur 9, en tant que pièce de formage en tôle, de forme tubulaire. L'arbre de moteur 9 est monté en rotation, par exemple à l'aide d'un roulement à billes à une rangée 19, dans un embout de support de palier 21, qui s'engage axialement, à partir du côté du train épicycloïdal 7, à l'intérieur de la cavité du moteur à rotor extérieur 3, formée par le stator annulaire 11. Un joint d'étanchéité de mouvement 23 assure l'étanchéité de l'arbre de moteur 9 par rapport l'embout de support de palier 21, sur le côté du roulement à billes 19, axialement opposé à celui dirigé vers le train épicycloidal 7. Dans la cavité formée par le stator 11, et suivant que le moteur à rotor extérieur 3 a été prévu pour des puissances d'entraînement élevées, est réalisé un canal annulaire 25, qui, pour le refroidissement du stator 11, peut être raccordé à un circuit de fluide de refroidissement, par l'intermédiaire de raccords de branchement 27. En 29 sont finalement indiqués des éléments d'un capteur angulaire relevant la position angulaire entre le rotor 13 et le stator 11, et relié au circuit de commutation. Le train épicycloïdal 7, dont les détails sont notamment visibles sur la figure 2, comprend une roue planétaire 31 montée par une liaison fixe de rotation, sur l'extrémité libre de l'arbre de moteur 9, et entourée coaxialement par une couronne 33, qui est montée de manière fixe dans la pièce de support 5. La couronne 33 est ici logée dans une chambre 35 de la pièce de support 5, se raccordant à l'embout de support de palier 21. Avec la roue planétaire 31 et la couronne 33, engrenent plusieurs satellites 37 répartis en direction périphérique, qui sont montés en rotation, leurs axes parallèles à l'axe de rotation 8, sur des tourillons 39 d'une pièce d'arbre de sortie 41 du train épicycloïdal 7, utilisée ainsi en tant que porte- satellites. La pièce d'arbre de sortie 41 présente essentiellement une forme de disque, et est fixée radialement et axialement, à sa périphérie extérieure, par un seul roulement à billes à une rangée 43, dans la chambre 35 de la pièce de support 5. Le roulement à billes 43 est agencé sur le côté du plan de révolution des satellites 37, axialement opposé à celui dirigé vers le roulement à billes 19. Le roulement à billes 43 présente du jeu radial, de sorte que la pièce d'arbre de sortie 41, et ainsi les satellites 37, peuvent se déplacer radialement, très légèrement, par rapport à la pièce de support 5. Les dentures des satellites 37 peuvent ainsi s'ajuster par rapport à la denture de la couronne 33. De cette manière, les satellites 37 sont mis à profit pour participer au support de la pièce d'arbre de sortie 41. Comme l'arbre de moteur 9, dans la zone entre la roue planétaire 31 et le roulement 19, est réalisé en tant que pièce de formage en tôle, il possède des propriétés d'élasticité radiale, ce qui permet de compenser les contraintes de réaction entre les satellites 37 et la roue planétaire 31. Comme le laisse au mieux entrevoir la figure 2, le roulement à billes 43 possède une bague intérieure 47 montée sur la pièce d'arbre de sortie 41, une bague extérieure 49 entourant de manière coaxiale la bague intérieure 47, et un grand nombre de billes 51 disposées selon une rangée, et circulant dans des gorges de chemin de roulement 53, 55 en regard l'une de l'autre, de la bague intérieure 47 et de la bague extérieure 49. Pour obtenir un jeu radial entre la bague intérieure 47 et la bague extérieure 49, le rayon des gorges de chemin de roulement 53, 55 est très légèrement supérieur, par exemple de 2 à 3%, au rayon des billes 51. La chambre 35 forme, pour le train épicycloïdal 7, un carter qui est fermé vers l'extérieur par la pièce d'arbre de sortie 41 présentant une configuration de disque étanche. Alors que le joint d'étanchéité de mouvement 23 assure l'étanchéité du carter en direction du côté du moteur, l'étanchéité du carter de transmission vers l'extérieur est assurée par un joint d'étanchéité de mouvement 45 disposé entre la pièce d'arbre de sortie 41 et la pièce de support 5, sur le côté du roulement 43 axialement opposé à celui dirigé vers le plan de révolution des satellites 37. il Dans l'exemple de réalisation explicité précédemment, la pièce d'arbre de sortie 41 est utilisée en tant que porte-satellites du train épicycloïdal 7. Il est évident que, le cas échéant, la couronne peut également être agencée sur la pièce d'arbre de sortie, les satellites étant alors montés en rotation sur la pièce de support, par l'intermédiaire de leurs tourillons. Dans les deux variantes, la pièce d'arbre de sortie 45 peut être utilisée pour la fixation directe du joint de transmission, situé côté train épicycloïdal, d'un arbre de transmission articulé à relier à la roue. Des trous taraudés appropriés sont visibles en 57. A la place du moteur à rotor extérieur 3 évoqué dans cet exemple de réalisation, il est également possible d'utiliser des moteurs électriques d'un autre type de construction, notamment de tels moteurs à rotor intérieur, mais également des moteurs électriques dont le rotor possède un palier aux deux extrémités axiales. REVENDICATIONS. 1. Ensemble moteur électrique-transmission, notamment destiné à l'entraînement individuel d'une roue d'un véhicule routier, comprenant une pièce de support (5), - un moteur électrique (3) comportant un arbre de moteur (9) pouvant tourner par rapport à la pièce de support (5), autour d'un axe de rotation (8), un rotor (13) supporté par l'arbre de moteur (9), et un stator (11) en position fixe par rapport à la pièce de support (5), - un train épicycloïdal (7) comportant une pièce d'arbre de sortie (41) pouvant tourner par rapport à la pièce de support (5), autour de l'axe de rotation (8), et trois composants de transmission pouvant tourner relativement les uns par rapport aux autres, autour de l'axe de rotation (8), dont un premier composant de transmission forme une roue planétaire (31) centrale par rapport à l'axe de rotation (8) et un second composant de transmission une couronne (33) entourant coaxialment la roue planétaire (31), et dont un troisième composant de transmission forme un porte-satellites (39, 41) et comporte plusieurs satellites (37) montés en rotation autour d'axes parallèles à l'axe de rotation (8), décalés les uns par rapport aux autres dans la direction périphérique, et engrenant avec la roue planétaire (31) et la couronne (33), le premier composant de transmission étant lié de manière fixe en rotation, à l'arbre de moteur (9) en présentant le même axe que celui-ci, un autre des trois composants de transmission étant lié de manière fixe en rotation à la pièce d'arbre de sortie (41), et un autre encore des trois composants de transmission étant lié de manière fixe en rotation à la pièce de support (5), caractérisé en ce que l'arbre de moteur (9) et la pièce d'arbre de sortie (41) sont montés sur paliers dans la pièce de support (5), sur des côtés axialement opposés l'un à l'autre, du plan de révolution des satellites (37), au moyen de roulements (19, 43), et en ce que la pièce d'arbre de sortie (41) et le composant de transmission, qui lui est lié de manière fixe, sont montés en commun dans la pièce de support (5), au moyen d'un seul roulement (43) à une rangée, affecté d'un jeu radial. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le roulement à une rangée se présente en tant que roulement à billes (43) à une rangée de billes. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le roulement à billes (43) comprend une bague intérieure (47), une bague extérieure (49) concentrique à la précédente, et une rangée de billes (51) guidées dans des gorges de chemin de roulement (53, 55) de la bague intérieure (47) et de la bague extérieure (49), l'une au moins des gorges de chemin de roulement (53, 55), vue en coupe axiale longitudinale du roulement à billes (43), présentant un rayon de gorge, qui est supérieur de 1 à 4 %, et notamment de 2 à 3 %, au rayon des billes. 4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moteur électrique est réalisé en tant que moteur à rotor extérieur (3) présentant un stator (11) de forme annulaire enfermant une cavité, et un rotor extérieur (13), notamment un rotor extérieur à aimants permanents, entourant le stator de manière annulaire, radialement à l'extérieur, et supporté à une extrémité de l'arbre de moteur (9), en ce que la pièce de support (5) présente un embout de support de palier (21) entourant l'arbre de moteur (9) et s'engageant axialement à l'intérieur de la cavité du stator (11), et en ce que l'arbre de moteur (9) est monté en rotation dans l'embout de support de palier (21), au moyen d'un ensemble de roulements comprenant au moins un roulement (19), axialement entre l'extrémité de l'arbre de moteur (9) portant le rotor (13), et la roue planétaire (31) agencée sur l'arbre de moteur (9). 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arbre de moteur (9) présente, au moins sur une partie de sa longueur, entre la roue planétaire (31) et l'ensemble de roulements assurant le montage en rotation de l'arbre de moteur (9) dans l'embout de support de palier (21), une configuration de forme tubulaire, et y est notamment réalisé sous forme de pièce de formage en tôle, de forme tubulaire. 6. Ensemble selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la pièce d'arbre de sortie (41) est réalisée en tant que pièce fermée axialement de manière étanche, et est rendue étanche par rapport à la pièce de support (5), sur le côté du roulement à une rangée (43), axialement opposé au côté dirigé vers les satellites (37), par un premier joint d'étanchéité de mouvement (45), et en ce que l'arbre de moteur (9) est rendu étanche par rapport à l'embout de support de palier (21), au moyen d'un second joint d'étanchéité de mouvement (23). 7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce d'arbre de sortie (41) est réalisée sous forme de porte-satellites.