Brevet FR2742937A1 — publié le 19970627

La présente invention concerne un dispositif d'entraînement d'un véhicule, comprenant un moteur et une roue, le moteur étant notamment adapté pour l'entraînement de véhicules routiers, ferroviaires ou encore de véhicules entraînés par des chenilles. Ce type de moteur permet d'entraîner des véhicules sans engrenages intermédiaires. Pour l'entraînement de véhicules ferroviaires, on connaît des moteurs à flux radial, qui comportent un rotor tournant à l'intérieur de l'alésage statorique. Un moteur de ce type est fixé à la structure du bogie, à sa partie inférieure. I1 entraîne la roue au moyen d'un réducteur. L'entraînement s'effectue de façon similaire dans le cas de moteurs électriques, utilisés pour entraîner un véhicule routier. Dans ce cas, le stator est fixé au chassis du véhicule. Ces dispositifs d'entraînement classiques présentent l'inconvénient d'être encombrants, puisqu'ils nécessitent l'utilisation d'un système de transmission. Celui-ci augmente de surcroît le poids de l'ensemble du véhicule. Par ailleurs, lorsque le moteur doit être réparé, il est nécessaire de démonter le système de transmission. Ceci entraîne des temps d'intervention relativement longs et conduit à une augmentation des coûts. Enfin, les moteurs classiques sont prévus pour une puissance déterminée. Ainsi, lorsque la puissance nécessaire est relativement faible, le moteur ne fonctionne pas au rendement nominal. L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un nouveau dispositif d'entraînement d'un véhicule, comprenant une roue et un moteur d'un type particulier, permettant de réduire le poids et l'encombrement du véhicule, de diminuer les coûts d'intervention lors d'une éventuelle réparation ainsi que d'utiliser le moteur à son rendement nominal. Ainsi, l'invention est relative à un dispositif d'entraînement d'un véhicule, comportant une roue et un moteur électrique lequel comprend un rotor et un stator, caractérisé en ce que le rotor est un élément constitutif de la roue. Les caractéristiques suivantes peuvent également être prises en considération, selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles - ledit moteur est à structure discoïde, - l'axe du moteur coïncide avec l'axe de l'essieu du véhicule, - ledit moteur comporte au moins un ensemble d'au moins deux disques rotor/stator disposés coaxialement, le ou les disques rotor étant solidaires des autres éléments constitutifs de la roue et le ou les disques stator étant solidaires de l'essieu du véhicule. - le ou les disques rotor sont solidaires de la bande de roulement de la roue, - le dispositif d'entraînement comprend au moins deux boîtiers fixés entre eux qui forment à la fois le ou les disques rotor et la carcasse du moteur, - ladite bande de roulement de la roue est fixée à au moins un boîtier, - ledit moteur comporte au moins deux ensembles d'au moins deux disques rotor/stator disposés coaxialement, ledit dispositif d'entraînement comportant un système d'alimentation électrique des bobinages statoriques pour adapter la puissance du moteur à la charge à transporter. 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, faite au regard des dessins annexés qui représentent des exemples non limitatifs de réalisation de l'invention et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique de dessus et partiellement en coupe d'un dispositif d'entraînement d'un véhicule ferroviaire, selon l'état de l'art, - la figure 2 est une vue schématique en demi coupe partielle d'un dispositif d'entraînement selon l'invention, - la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'entraînement selon l'invention, destiné à un véhicule ferroviaire et - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'entraînement selon l'invention, destiné à un véhicule ferroviaire. Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une vue schématique de dessus et partiellement en coupe d'un dispositif d'entraînement d'un véhicule ferroviaire, selon l'état de la technique. La référence 1 désigne un essieu qui est fixé à la structure du bogie 2 par des moyens connus et non représentés sur la figure. L'essieu 1 est libre en rotation par rapport à l'ensemble du bogie. A une extrémité de l'essieu, est fixée une roue 3. Cette dernière est conçue pour coopérer avec un rail 4. Le moteur d'entraînement 6 est un moteur à flux radial, fixé à la structure du bogie 2 par des moyens connus 5. La référence 8 désigne un roulement pour le support du moteur sur l'essieu. Le rotor du moteur dont l'axe porte la référence 7 entraîne le train d'engrenage 9, 10. L'engrenage 10 est solidaire de l'essieu 1 pour transmettre le mouvement d'entraînement à la roue 3. Ainsi, ce dispositif d'entraînement de véhicule ferroviaire nécessite la présence d'un système de transmission mécanique entre le moteur 6 et la roue 3. Ce système de transmission augmente de façon significative le poids de l'ensemble du bogie. I1 est par ailleurs relativement encombrant. Lorsque le moteur doit subir des réparations, il faut démonter le système de transmission. De ce fait, les temps d'intervention sont relativement longs et les coûts correspondants élevés. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente de façon schématique une demi-coupe axiale partielle d'un exemple de dispositif d'entraînement selon l'invention. Ce dispositif d'entraînement comporte une roue dont la bande de roulement porte la référence 11 et un moteur 12. Le moteur 12 est un moteur électrique à aimants permanents, de structure discoïde. I1 comporte un disque stator 13 qui est centré sur l'axe 15 de l'essieu 14. I1 est fixé à l'essieu 14 par des moyens mécaniques connus. Le disque stator 13 porte, sur chacune de ses faces externes, des bobinages 16, 17 qui forment des pôles magnétiques. Le rotor du moteur 12 comporte deux disques 18, 19 solidaires de la carcasse 20 du moteur 12. Chacun de ces disques comporte une partie centrale 21, 22 qui est évidée. Les deux disques rotor 18, 19 sont centrés, comme le disque stator 13, sur l'axe 15 de l'essieu 14. Chaque disque rotor 18, 19 comprend sur sa face en regard avec le disque stator 13, des aimants permanents 23, 24. La carcasse 20 est fermée à chaque extrémité par des moyens qui ne sont pas représentés sur la figure 2. Le disque stator 13 est solidaire de l'essieu 14 et il est fixe en rotation. La carcasse 20 du moteur est solidaire des disques rotors 18 et 19 qui tournent autour de l'essieu 14. La bande de roulement 11 est destinée à coopérer avec un rail de chemin de fer. Elle est rendue solidaire de la carcasse 20 et donc du rotor par des moyens appropriés qui seront décrits ultérieurement. Ainsi, le rotor du moteur constitue une partie de la roue du véhicule. Dans l'exemple représenté à la figure 2, le moteur comporte un ensemble de trois disques rotor/stator. Comme cela sera expliqué dans la suite de la description, le moteur peut comporter plusieurs ensembles de disques rotor/stator en fonction de la puissance demandée, un dispositif de sélection de l'alimentation des bobinages statoriques étant alors prévu pour obtenir des puissances adaptées à la charge à transporter. Par ailleurs, dans l'exemple illustré à la figure 2, le dispositif d'entraînement est destiné à un véhicule ferroviaire mais l'invention n'est pas limitée à cette application. On se réfère à présent à la figure 3 qui est une vue schématique en coupe d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'entraînement selon l'invention, destiné à un véhicule ferroviaire. L'extrémité de l'essieu 14, partiellement représenté sur la figure, supporte le moteur 12 ainsi que la bande de roulement 11 de la roue. Comme décrit en référence à la figure 2, le disque stator 13 et l'essieu 14 sont fixes en rotation. A cet effet, le disque stator comporte un corps 65 annulaire qui est bloqué en rotation par rapport à l'essieu 14, par des moyens connus qui ne sont pas représentés sur la figure. Ces moyens peuvent notamment être constitués par des clavettes. Le corps 65 est prolongé dans sa partie centrale et du côté opposé à l'essieu, par une partie 66 en forme de disque perpendiculaire à l'axe 15 de l'essieu qui supporte, sur chacune de ses faces, les bobinages 16, 17. L'extrémité de l'essieu comporte un premier épaulement cylindrique 25, sur lequel est placé un premier roulement à billes 26 par l'intermédiaire d'une bague 27. L'alésage de la bague 27 est cylindrique et sa surface externe est conique, de façon à pouvoir coopérer avec le roulement à billes 26. Ce dernier est maintenu sur la bague 27 au moyen d'un écrou fileté 28. L'ensemble constitué par le roulement à billes 26, la bague 27 et l'écrou 28 est placé en butée sur la face 29 du premier épaulement 25. L'essieu 14 présente un deuxième épaulement 30 dont le diamètre est légèrement inférieur à celui du premier épaulement 25. Ce deuxième épaulement 30 est usiné pour recevoir le stator 13. A une extrémité, le corps 65 du stator prend appui sur la face 31 de l'épaulement 30. A son autre extrémité est prévu un deuxième roulement à billes 32 qui coopère avec un troisième épaulement cylindrique 33 de l'essieu. Ce troisième épaulement 33 présente un diamètre légèrement inférieur à celui de l'épaulement 30. Le deuxième roulement à billes 32 est bloqué par un écrou 34. Comme pour le roulement à billes 26, une bague 35 permet le maintien latéral du roulement 32. Le rotor est constitué de plusieurs éléments assemblés entre eux pour former la carcasse 20 du moteur. Cette carcasse doit être suffisamment solide pour supporter le poids du véhicule entraîne. La carcasse 20 du moteur 12 est constituée d'au moins deux boîtiers 40, 41 de forme cylindrique. La section de ces boîtiers, dans un plan passant par l'axe 15, est en forme de L. Les deux boîtiers 40 et 41 sont maintenus solidaires par l'intermédiaire d'une pluralité de vis 42 réparties sur leur pourtour. Le plan de joint 43 entre les boîtiers 40, 41 est usiné de façon à permettre leur centrage l'un par rapport à l'autre. Le plan de joint 43 peut notamment être réalisé par un lamage formé sur l'un des boîtiers et coopérant avec une portée cylindrique usinée sur l'autre boîtier. Les parois des boîtiers qui sont perpendiculaires à l'axe 15 de l'essieu constituent les disques rotor 18 et 19. Sur la face interne de chacun de ces disques rotor, sont fixés les aimants permanents 23, 24. La bande de roulement 11 de la roue est maintenue sur le boîtier 41 au moyen d'éléments de fixation 69. Elle est ainsi solidaire des deux disques rotor 18 et 19, lesquels sont des éléments constitutifs de la roue du véhicule. Des flasques d'extrémité 44,45 permettent de centrer le moteur 12 sur l'essieu 14, par l'intermédiaire des roulements à billes 26 et 32. Une partie cylindrique 46, 47 est usinée sur chacun des flasques 44, 45. Chacune des parties cylindriques 46, 47 s'emboîte sur un boîtier 40, 41 du rotor, comme illustré sur la figure 3. Les flasques 44, 45 sont fixés sur les boîtiers 40 et 41 par l'intermédiaire de vis 48, 68, les vis de chaque série étant réparties selon un cercle centré sur l'axe 15 de l'essieu. Les flasques supportent ainsi l'ensemble du rotor et de la structure de la roue 11. La forme et les dimensions de ces flasques sont adaptées au type de véhicule et d'essieu utilisés. A l'extrémité de l'essieu 14, est prévu un cache 49 qui permet d'éviter que des corps étrangers ne s'introduisent dans le roulement 32. Un joint 50 peut également être installé sur le cache 49 pour éviter l'introduction de poussières dans le roulement. Dans le même but, un joint 51 est disposé entre le flasque 44 et l'essieu 14. On se réfère maintenant à la figure 4 qui montre un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'entraînement selon l'invention. Ce dispositif diffère de celui illustré à la figure 3 essentiellement en ce qui concerne le moteur et la disposition de la roue. Le moteur 52 illustré à la figure 4 est composé de deux ensembles rotor/stator identiques, référencés 53 et 54. Chacun de ces ensembles 53, 54 comporte un disque stator 55, 56 et deux disques rotors 57, 58 et 59, 60 de part et d'autre de chacun des disques stator 55 et 56. Comme dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, les disques stator 55 et 56 sont fixés sur l'essieu 14 et sont bloqués en rotation par rapport à celui-ci, par des moyens similaires à ceux qui ont déjà été décrits. Par ailleurs, chaque face du stator supporte des enroulements 61, 62 et 63, 64. Chacun des disques 57, 58, 59, 60 rotor comporte, sur sa face en regard des disques stator, des aimants permanents 65, 66, 67, 68. Dans l'exemple représenté à la figure 4, la carcasse 70 du moteur est constituée en trois parties 71, 72 et 73 qui sont fixées entre elles par des moyens appropriés, tels que les vis 74 et 75. La partie intermédiaire 72 comporte un disque rotor double face qui correspond aux disques rotor 58 et 59. Sur chaque face de ce rotor sont placés les aimants permanents 66, 67 du rotor. Dans l'exemple illustré à la figure 4, la bande de roulement 11 de la roue est solidaire de l'élément de carcasse 72. Cependant, elle pourrait être fixée de façon différente, comme cela a, par exemple, été illustré sur la figure 3. Comme dans les exemples illustrés aux figures 2 et 3, les disques rotor sont des éléments constitutifs de la roue du véhicule. Ainsi, dans le dispositif d'entraînement illustré à la figure 4, le moteur 52 est conçu de façon modulaire. Cette conception permet de faire fonctionner le moteur dans tous les cas à sa puissance nominale, quelle que soit la puissance demandée. Ceci est obtenu en sélectionnant l'alimentation sur un ou plusieurs bobinages statoriques afin que les puissances soient adaptées aux charges à transporter. Par ailleurs, cette conception permet de réparer la partie du moteur qui est défectueuse, sans avoir à changer l'ensemble du moteur. Enfin, cette conception modulaire permet, par assemblage d'ensembles rotor/stator présentant des dimensions de diamètres identiques, de réaliser des moteurs de puissances différentes. Dans les exemples illustrés aux figures 3 et 4, l'ensemble du stator 13 et des roulements 26, 32, sont directement fixés sur l'essieu 14. On peut très bien imaginer que le stator et les roulements à billes sont fixés sur une manchette cylindrique qui sera elle-même positionnée sur l'essieu. Le montage sera réalisé de façon à ce que la manchette et le stator soient fixes en rotation par rapport à l'essieu. Ceci permet l'assemblage du moteur en atelier et facilite le montage et/ou le démontage de celui-ci sur l'essieu. Dans tous les modes de réalisation illustrés, le dispositif d'entraînement selon l'invention est beaucoup plus compact que les dispositifs connus dans l'état de la technique, puisque le rotor du moteur est un élément constitutif de la roue dont il est solidaire. Ceci permet d'entraîner directement la roue. Par rapport à un ensemble roue/réducteur/moteur, le poids de l'ensemble est sensiblement diminué. On voit également que la conception de ce type de moteur permet un démontage facile des différents éléments pour la maintenance de celui-ci. Les figures 3 et 4 montrent un exemple de montage de la bande de roulement de la roue sur un des éléments constituant le rotor du moteur, cet élément étant également un composant de la roue. Dans ces deux exemples, on a représenté une bande de roulement de roue, destinée à coopérer avec un rail. Le dispositif d'entraînement selon l'invention n'est cependant pas limité à une application pour les véhicules ferroviaires. On peut également utiliser une roue équipée d'un pneumatique pour véhicules routiers ou tout terrain. Le moteur peut également entraîner un véhicule à chenilles. Par ailleurs, la bande de roulement de la roue peut être fixée sur le rotor du moteur, selon des dispositions différentes qui pourront être jugées appropriées par l'homme du métier. 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. RHVENDICATIONS 1. Dispositif d'entraînement d'un véhicule, comportant une roue et un moteur électrique (12) lequel comprend un rotor et un stator, caractérisé en ce que le rotor est un élément constitutif de la roue. 2. Dispositif d'entraînement selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moteur (12) est à structure discoïde. 3. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe du moteur (12) coïncide avec l'axe (15) de l'essieu (14) du véhicule. 4. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit moteur (12) comporte au moins un ensemble d'au moins deux disques rotor/stator (18, 19 ; 13) disposés coaxialement, le ou les disques rotor (18, 19) étant solidaires des autres éléments constitutifs de la roue et le ou les disques stator (13) étant solidaires de l'essieu (14) du véhicule. 5. Dispositif d'entraînement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ou les disques rotor (18, 19) sont solidaires de la bande de roulement (11) de la roue. 6. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux boîtiers (40, 41) fixés entre eux qui forment à la fois le ou les disques rotor (18, 19) et la carcasse (20) du moteur (12). 7. Dispositif d'entraînement selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite bande de roulement (11) de la roue est fixée à au moins un boîtier (40 ,41). 8. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ledit moteur (12) comporte au moins deux ensembles (53, 54) d'au moins deux disques rotor/stator (57, 58 , 55 ; 59, 60, 56) disposés coaxialement, ledit dispositif d'entraînement comportant un système d'alimentation électrique des bobinages statoriques (61, 62, 63, 64) pour adapter la puissance du moteur (12) à la charge à transporter.