Brevet FR2818462A3 — publié le 20020621

FR 2818462 A3 20020621 FR 0016359 A 20001215 Moteur roue à entraînement direct pour véhicule électrique La présente invention concerne les véhicules électriques, et plus particulièrement un moteur roue à entraînement direct pour véhicule électrique, présentant une structure simple, et qui délivre une puissance élevée et un bruit faible en fonctionnement. Un moteur de véhicule électrique, tel que montré en figure 1, est constitué d'un arbre A, d'un rotor B, d'une coque C, d'un jeu d'engrenages D, et d'un embrayage E. L'arbre A est monté avec le rotor B dans la coque C. Des balais en carbone F et des aimants G sont prévus à l'intérieur de la coque C. Du courant électrique est transmis au rotor B, ce qui provoque la création d'un champ induit par le rotor B et les aimants G pour faire tourner le rotor B. Une fois que la vitesse de rotation du rotor B a dépassé un niveau prédéterminé, une force centrifuge pousse l'embrayage E à connecter l'arbre A au moyeu de la roue, ce qui provoque la mise en mouvement du véhicule électrique. Cette structure de moteur de véhicule électrique présente de nombreux inconvénients, décrits ci-après. 1) Les balais en carbone F étant supportés radialement sur la périphérie du rotor B, seule une paire de balais (deux pôles) peut être agencée dans l'espace limité. Par conséquent, lorsque le courant électrique est transmis au rotor B via les balais en carbone F pour induire un champ magnétique avec les aimants G, la force magnétique ainsi produite est limitée. Par conséquent, cette structure de moteur de véhicule électrique est adaptée à une utilisation dans un appareil qui ne nécessite qu'une faible puissance de sortie, par exemple une bicyclette électrique. En raison de sa faible puissance, cette structure de moteur de véhicule électrique ne peut pas être utilisée pour une motocyclette ou une automobile. 2) Etant donné que la périphérie du rotor B ne peut supporter qu'un nombre limité de pôles (par exemple, deux pôles) de balais en carbone F, le rotor B tourne à haute vitesse lorsqu'il est connecté électriquement. Le rotor B tournant à haute vitesse, les balais F et le jeu d'engrenages D s'usent rapidement en service, et une importante quantité de chaleur est produite par le frottement au cours du mouvement rotatif à haute vitesse du rotor B. Etant donné que le rotor B est enfermé dans la coque C, la chaleur due au frottement ne peut pas être rapidement dissipée dans l'air. Lorsque la température du rotor B augmente, sa résistance interne est relativement accrue et affecte la puissance de sortie et le rendement du moteur. Par conséquent, cette structure de moteur pour véhicule électrique ne peut pas être utilisée à long terme. 3) Afin d'accroître la force magnétique du champ magnétique, on peut augmenter le nombre de spires des enroulements du rotor B. Toutefois, le fait d'augmenter la longueur du fil émaillé de chaque enroulement augmente relativement sa résistance interne, et une impédance élevée du rotor B se traduit par un faible rendement (environ 0,6 à 0,7). En outre, en raison du nombre limité de pôles et de la résistance interne élevée, une surintensité peut se produire lors du démarrage du moteur et accélérer la vitesse, ce qui peut amener les enroulements à s'enflammer. Par conséquent, cette structure de moteur de véhicule électrique ne peut pas utiliser de courants élevés pour un démarrage rapide ou une accélération. 4) L'action mécanique du jeu d'engrenages et de l'embrayage consomme beaucoup de puissance, et produit un bruit important. Un objet de la présente invention est de proposer un moteur roue à entraînement direct, qui donne une puissance élevée. Un autre objet de la présente invention est de proposer un moteur roue qui produit moins de chaleur et moins de bruit en utilisation. Un autre objet encore de la présente invention est de proposer un moteur roue qui a une longue durée de vie. Selon un aspect de la présente invention, le moteur roue pour véhicule électrique comprend un moyeu de roue, un arbre, un corps de moteur constitué d'un stator et d'un rotor et monté avec l'arbre dans le moyeu de roue, et un couvercle latéral placé sur le moyeu de roue pour maintenir le corps de moteur dans le moyeu de roue, le stator étant monté de manière fixe dans le moyeu de roue et ayant un côté supérieur tourné vers ledit couvercle latéral, et comportant un dispositif de direction dans sa partie inférieure ; le rotor est monté de manière fixe sur l'arbre, et comporte un côté supérieur placé à un niveau inférieur au côté supérieur du stator, un ensemble de balais en carbone connectés électriquement au dispositif de direction, et un ensemble de fils électriques s'étendant depuis les balais en carbone jusqu'à l'extérieur, à travers l'arbre, pour pouvoir être connectés à une alimentation électrique pour pouvoir obtenir de l'électricité pour le dispositif de direction du stator pour induire un champ magnétique destiné à faire tourner le stator et le moyeu de roue par rapport au rotor. Selon un autre aspect de la présente invention, les balais en carbone du rotor sont agencés suivant la direction axiale et espacés autour de l'arbre, et disposés en contact avec des contacts respectifs du dispositif de direction. Etant donné que les balais sont agencés selon la direction axiale, un grand nombre de balais peut être installé dans le rotor pour permettre une faible vitesse de rotation, un couple élevé et des performances élevées. Par conséquent, le moteur peut être démarré rapidement, et il est possible d'accélérer jusqu'à sa vitesse maximale en un temps court. Etant donné que le moteur élimine l'utilisation d'un jeu d'engrenages et d'un embrayage pour la transmission de puissance, il est élimine de possibles pertes de puissance. Par conséquent, la structure de ce moteur est simple, et le moteur produit moins de bruit pendant son fonctionnement. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins d'accompagnement, dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un moteur de véhicule électrique selon l'art antérieur ; la figure 2 est une vue éclatée d'un moteur roue selon la présente invention ; la figure 3 est une vue en perspective du moteur roue assemblé selon la présente invention ; la figure 4 est une vue en coupe du moteur roue selon la présente invention. En référence aux figures 2 à 4, un moteur roue selon la présente invention est constitué globalement d'un moyeu de roue 1, d'un corps de moteur 2, d'un arbre 3, et d'un couvercle latéral 4. L'arbre 3 est monté avec le corps de moteur 2 dans une chambre réceptrice réalisée dans le moyeu 1 sur un côté. Le couvercle latéral 4 recouvre le moyeu 1 pour maintenir en place le corps 2 et l'arbre 3. Le corps 2 comprend un stator 21, et un rotor 22. Le stator 21 est monté de manière fixe dans le moyeu 1 et comporte un dispositif de direction 211 dans sa parti inférieure. Le rotor 22 est monté de manière fixe sur l'arbre 3, et comporte un côté supérieur (extérieur) disposé à un niveau inférieur au côté supérieur (extérieur) du stator 21. Après assemblage, une différence de niveau D est définie entre le côté supérieur (extérieur) du stator 21 et le côté supérieur (extérieur) du rotor 22. Le rotor 22 comprend un jeu de balais en carbone 222 connectés électriquement au dispositif de direction 211. Des fils conducteurs 31 sont connectés aux balais 222 et s'étendent dans l'arbre 3 jusqu'à l'extérieur pour pouvoir être connectés à une alimentation électrique. Lorsque du courant électrique est envoyé dans les fils conducteurs 31, il passe par les balais 222 pour aller jusqu'au dispositif de direction 211, provoquant la création par le stator 21 et le rotor 22 d'un champ magnétique induit. Comme indiqué plus haut, le rotor 22 est fermement fixé à l'arbre 3, le stator 21 est fermement fixé à la paroi intérieure du moyeu 1, les deux extrémités distales de l'arbre 3 sont fermement fixées au châssis 5 du véhicule, et il existe une différence de niveau D entre le côté supérieur (extérieur) du stator 21 et le côté supérieur (extérieur) du rotor 22. L'induction du champ magnétique provoque la création d'un couple qui fait tourner le stator 21 par rapport au rotor 22. Au cours du mouvement de rotation du stator 21 par rapport au rotor 22, le moyeu 1 tourne avec le stator 21 pour déplacer le véhicule. En se référant à la figure 4, le stator 21 comprend un noyau en fer 212, une pluralité d'enroulements 213 espacés de façon équiangle autour du noyau 212, et le dispositif de direction 211 déjà mentionné. Le dispositif de direction 211 a une forme de disque, et est placé du côté inférieur du stator 21. Les deux extrémités opposées du fil émaillé de chaque enroulement 213 sont connectées électriquement à des contacts respectifs au niveau du dispositif de direction 211. Le dispositif de direction 211 comporte des paires de contacts adaptées aux enroulements 213 soumis à la pose souhaitée (par exemple, 32 pôles, 64 pôles), de sorte que le couple souhaité est produit pour faire tourner le stator 21 par rapport au rotor 22 après établissement du courant. Le rotor 22 comprend un support 221 de balais en carbone, les balais 222 susmentionnés, et une pluralité d'aimants permanents 223. Le support 221 de balais est fermement fixé à l'arbre 3, et comporte une pluralité de trous de montage de balais espacés de façon équiangle autour de l'arbre 3 et est adapté pour tenir les balais en carbone 222 suivant la direction axiale, et une couche métallique périphérique 224. Les aimants permanents 223 sont agencés de manière équiangle autour de la périphérie de la couche métallique périphérique 224 du support 221 de balais, et définissent avec le côté supérieur (extérieur) du stator 21 la différence de niveau D susmentionnée. En outre, un moyen formant palier est monté dans le moyeu 1 pour supporter l'arbre 3. Comme indiqué ci-dessus, le support 221 de balais du rotor 22 est fermement fixé à l'arbre 3, et les fils conducteurs 31 partent des balais 222, passent dans l'arbre 3, et sont connectés à l'alimentation électrique pour obtenir le courant électrique nécessaire pour le stator 21. Etant donné que les aimants permanents 223, le support 221 de balais et le stator 21 sont fermement fixés respectivement à la paroi extérieure du support 221 de balais, à l'arbre 3 et au moyeu 1 et qu'il existe une différence de niveau D définie entre les aimants permanents 223 du rotor 22 et le stator 21, un champ magnétique est induit entre le stator 21 et les aimants permanents 223 du rotor 22 lors de la mise sous tension des balais en carbone 222, lequel champ magnétique produit une force magnétique qui oblige le stator 21 à tourner par rapport au rotor 22, et en conséquence le véhicule électrique se déplace lors du mouvement de rotation du moyeu 1 de roue avec le stator 21. REVENDICATIONS 1. Moteur roue à entraînement direct pour véhicule électrique, comprenant un moyeu (1) de roue, un arbre (3), un corps (2) de moteur monté avec ledit arbre dans ledit moyeu de roue, et un couvercle latéral (4) placé sur ledit moyeu de roue pour maintenir ledit corps de moteur dans ledit moyeu de roue, caractérisé en ce que : ledit corps (2) de moteur comprend un stator (21) et un rotor (22), ledit stator étant monté de manière fixe dans ledit moyeu de roue et ayant un côté supérieur tourné vers ledit couvercle latéral, un côté inférieur et un dispositif de direction (211) au niveau dudit côté inférieur, ledit rotor étant monté de manière fixe sur ledit arbre, et comportant un côté supérieur placé à un niveau inférieur au côté supérieur dudit stator, formant ainsi une différence de niveau (D), ledit rotor comprenant un ensemble de balais en carbone (222) connectés électriquement audit dispositif de direction, et un ensemble de fils électriques (31) s'étendant depuis lesdits balais en carbone jusqu'à l'extérieur, à travers ledit arbre, pour pouvoir être connectés à une alimentation électrique pour pouvoir obtenir de l'électricité pour ledit dispositif de direction dudit stator pour induire un champ magnétique destiné à faire tourner ledit stator et ledit moyeu de roue par rapport audit rotor. 2. Moteur roue à entraînement direct selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit stator (21) comprend un noyau en fer (212), une pluralité d'enroulements (213) espacés de façon équiangle autour dudit noyau en fer, et ledit dispositif de direction (211), ledit dispositif de direction (211) ayant une forme de disque et étant placé du côté inférieur dudit stator, lesdits enroulements (213) comportant chacun deux extrémités opposées connectées électriquement à des contacts respectifs au niveau dudit dispositif de direction (211), ledit dispositif de direction (211) comportant des paires de contacts adaptées auxdits enroulements (213) soumis à la pose souhaitée, de sorte que le couple souhaité est produit pour faire tourner ledit stator (21) par rapport audit rotor (22) à la mise sous tension desdits balais en carbone. 3. Moteur roue à entraînement direct selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rotor (22) comprend un support (221) de balais en carbone, lesdits balais en carbone (222), et une pluralité d'aimants permanents (223), ledit support (221) de balais étant fermement fixé audit arbre (3), ledit support (221) de balais comportant une pluralité de trous de montage de balais espacés de façon équiangle autour dudit arbre (3) et étant adapté pour tenir lesdits balais en carbone (222), et une couche métallique périphérique (224), lesdits aimants permanents (223) étant agencés de manière équiangle autour de la périphérie de ladite couche métallique périphérique (224) dudit support (221) de balais, et définissant avec le côté supérieur dudit stator (21) ladite différence de niveau (D) pour permettre audit stator de tourner par rapport audit rotor à la mise sous tension desdits balais en carbone. 4. Moteur roue à entraînement direct selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen formant palier monté dans ledit moyeu (1) de roue pour supporter ledit arbre (3). 5. Moteur roue à entraînement direct selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits balais en carbone (222), lesdits aimants permanents (223) et ledit stator (21) constituent une configuration de type à plusieurs pôles pour supporter un courant de démarrage instantané lors de la mise en marche du moteur roue à entraînement direct. 6. Moteur roue à entraînement direct selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits balais en carbone (222) sont montés respectivement dans les trous de montage de balais dudit support (221) de balais suivant la direction axiale et placés respectivement en contact avec ledit dispositif de direction (211) pour permettre la transmission de courant électrique audit dispositif de direction (211).