Brevet FR2949028A1 — publié le 20110211

La présente invention concerne un moteur-roue électrique adapté sur un variateur de véhicule roulant. Plus précisément, est concerné un véhicule à enfourcher comprenant des roues (pour rouler) et présentant un assemblage entre un moteur-roue électrique et un variateur équipant ce véhicule, le moteur roue électrique comprenant un arbre fixe de stator et un rotor et le variateur comprenant un arbre rotatif de sortie. Sur de tels véhicules, en particulier de type scooter ou motocycle, où des systèmes de motorisation électriques existent, certains intègrent un moteur électrique dans l'axe du vilebrequin du moteur thermique. D'autres intègrent le moteur électrique dans la cloche d'embrayage du variateur. D'autres encore intègrent des moteurs électriques déportés qui sont liés par courroie avec le variateur du scooter. Dans CN201176121 un moteur-roue électrique est prévu en liaison avec la roue arrière. Il est rapporté au carter du variateur. Le moteur-roue fait partie intégrante du carter du variateur. Toutes ces solutions ont en commun que, pour associer un moteur électrique sur un variateur, il est nécessaire de repenser, de concevoir et de fabriquer tout le système de transmission, ce qui implique des coûts de conception et de fabrication supplémentaires. L'adaptation sur les véhicules existants est en outre peu probable ou pose des problèmes spécifiques de compatibilité. Un but de l'invention est de répondre à tout ou 30 partie des inconvénients ci-dessus. Un autre but est de proposer des éléments de solution adaptables sur certains véhicules existants au moins. Dans ce cadre, il a été cherché à concevoir un assemblage entre le moteur-roue électrique et le variateur du véhicule, sans modification majeures du système de transmission entre le variateur et le moteur thermique qui, typiquement, est prévu sur les véhicules hybrides (c'est-à-dire ceux pourvus, pour leur propulsion, d'au moins un moteur-roue électrique et un moteur thermique, en particulier un moteur à combustion interne/à explosion). Pour tendre vers la satisfaction d'une partie au moins de ces buts, il est proposé: - que l'arbre rotatif de sortie du variateur, l'arbre fixe du stator du moteur électrique et le rotor de ce même moteur soient disposés coaxialement, - et que l'arbre rotatif de sortie du variateur l'arbre fixe du stator et ledit rotor soient disposés concentriquement, dans cet ordre de l'intérieur vers l'extérieur. Un problème corolaire concerne le montage de cet assemblage et la maintenance ultérieure, en simplifiant ces interventions. Dans ce contexte, il est proposé que le véhicule comprenne au moins un bras oscillant auquel l'arbre fixe du stator (du moteur électrique) sera lié fixement. A titre complémentaire, on conseille que la liaison entre l'arbre fixe du stator et le bras oscillant soit située exclusivement à une extrémité de cet arbre rotatif adjacente audit bras oscillant. En particulier la maintenance sera plus rapide. Il est également proposé: - que la roue précitée soit pourvue d'une jante, - que l'arbre rotatif de sortie du variateur soit lié fixement au rotor du moteur électrique pour l'entraîner en rotation, et que le rotor du moteur électrique soit lié fixement à la jante, ce qui entraînera ainsi en rotation la roue concernée. Par ailleurs, en particulier pour l'adaptabilité sur des véhicules existants, on conseille en outre que, l'arbre rotatif de sortie du variateur étant lié au rotor du moteur électrique, cette liaison soit située exclusivement à une extrémité de cet arbre rotatif adjacente au variateur. A titre d'application privilégiée, on notera encore qu'est ici visé particulièrement un véhicule de type scooter ou moto hybride comprenant notamment une roue arrière et au moins, pour sa propulsion, un moteur électrique et un moteur thermique entraînant le variateur dont l'arbre rotatif de sortie sera monté sur cette roue arrière. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître de la description qui va suivre maintenant, en référence aux dessins annexés présentés, comme cette description, à titre d'exemple non limitatif et où la figure 1 représente schématiquement différents éléments structurels d'un véhicule hybride deux roues conforme à l'invention, la figure 2 représente schématiquement différents éléments structurels du véhicule, à proximité de la roue concernée du véhicule de la figure 1 et de son moteur-roue correspondant, la figure 3 montre la coupe suivant III-III de la figure 4, la figure 4 montre une vue de côté du bras oscillant et du moteur-roue suivant la flèche IV de la figure 3, dans une solution de montage sur roue arrière et les figures 5,6 sont, en vue de dessus, deux schémas de réalisation de bras oscillants qui simplifient le montage et la maintenance. Sur les figures, le véhicule 1 est un scooter à propulsion hybride électrique/thermique. Il comporte: - une roue avant 3, une roue avant arrière 5, au guidon, une poignée 7 d'accélérateur électronique, - une poignée 9a et pédale 9b de freins, respectivement avant et arrière, - un calculateur de bord 11, - un moteur-roue électrique 21 supportant la jante 24 et le pneu de la roue arrière 5, - une batterie d'accumulateurs électrochimiques 15 et/ou un pack de super-condensateur(s) (non représenté) notamment destiné(e) à l'alimentation du moteur électrique 21, - un moteur thermique 13, à actionneur électrique pour son système de carburation ou d'injection, et qui entraîne un système de transmission à variateur 17 présentant un arbre 47a rotatif de sortie entraînant en rotation la roue arrière 5. Au moins la pédale 9b est couplée à un système de freinage régénératif permettant, via le contrôleur/calculateur électronique 11, de faire fonctionner en générateur le moteur électrique 21 quand la pédale 9b est enfoncée. Les poignée 9a et pédale 9b sont en outre respectivement reliées à des freins mécaniques avant 22a et arrière 22b qu'elles commandent lors de leur enfoncement. Le contrôleur/calculateur électronique 11 est relié au moteur thermique 13, au moteur-roue électrique 21, à la batterie 15, à la pédale 9b, à la poignée 7 d'accélérateur, à la poignée de frein 9a. Le contrôleur/calculateur électronique embarqué 11 contrôle/pilote le fonctionnement du moteur thermique 13 et du moteur-roue 21, donc gère la propulsion du véhicule, son accélération, son freinage régénératif, notamment. Un arbre 27 relie le moteur thermique 13 et le variateur 17. Figure 2, on retrouve le moteur thermique 13 relié au moteur-roue électrique 21 par une transmission mécanique 30 logé dans le variateur 17. Dans le montage illustré, le vilebrequin 29 du moteur thermique entraîne le(s) piston(s) 31 et son arbre de sortie 27, qui se prolonge à l'intérieur du variateur 17, est pourvu d'une roue 35 autour de laquelle passe une courroie de transmission 37. A distance, cette courroie passe autour d'une seconde roue d'entraînement 39 dont l'arbre tournant 39a est en prise sur un engrenage réducteur 41. La roue 39 supporte la cloche d'embrayage du variateur. Dans l'exemple, cet engrenage comprend une première roue dentée 43 qui engrène sur une seconde roue dentée différente 45 dont l'arbre de sortie est repéré 47 et dénommé ici �arbre de sortie du variateur�. Cet arbre de sortie est rotatif. Entraîné par le vilebrequin 29 du moteur thermique, il tourne autour de l'axe 47a, par l'intermédiaire de roulements 51, en sortie du carter 49 du variateur, face au moteur-roue électrique 21, comme schématisé figure 3. Dans ce moteur, cet arbre 47 tourne autour de l'axe 47a, par l'intermédiaire de plusieurs groupes échelonnés de roulements, ici trois 52a, 52b, 52c. Deux (52a, 52b) sont montés entre l'arbre 47 et l'arbre fixe 53a du stator 53. Le jeu de roulements 52c est monté entre l'arbre 47 et le bras oscillant 23. Entre l'arbre fixe 53a et, d'un côté, le corps 68 (en forme de cloche cylindrique) du rotor 55, de l'autre un flasque 67 latéral de ce rotor fixé rigidement (de façon démontable) à ce rotor 55, ici par des vis 67a, on trouve les jeux de roulements respectivement 54b et 54a. En 78a,78b, le flasque 67 est en outre fixé rigidement et latéralement, face au variateur, à un second flasque 70 entraîné en rotation autour de l'axe 47a par sa liaison rigide à l'arbre 47 (qu'il entoure), ici via la clavette 72. Concernant le bras oscillant, il s'agit d'un composant de la suspension arrière du véhicule. Comme fig.5, il pourra comprendre deux branches (une de chaque côté de la roue arrière ARR) et une paire de combinés ressort-amortisseur qui le relieront au haut du cadre/châssis de la moto (non représenté). Pour les raisons et avantages déjà cités d'adaptabilité sur des véhicules existants (en particulier du type présenté jusque là), de coûts maîtrisés, mais également de facilité de montage/démontage, donc d'entretien, et de fiabilité, l'arbre 47 de sortie du variateur est disposé coaxialement à l'arbre fixe 53a du stator 53 du moteur électrique et au rotor 55 de ce dernier. La référence 47a montre cet axe commun. Comme toutes ces machines tournantes, le stator 53 crée un champ magnétique longitudinal fixe à l'aide d'enroulements ou d'aimants permanents 530. Le rotor 55, qui ici tourne autour, comprend un ensemble de bobines, telle 550. Ces bobines peuvent être reliées à un collecteur rotatif (non représenté) qui collecte le courant produit. On remarque que le rotor 55, l'arbre fixe 53a du stator et l'arbre rotatif 47 du variateur sont disposés concentriquement, avec, de l'intérieur vers l'extérieur, l'arbre 47 tournant, l'arbre fixe 53a du stator et le rotor 55. L'arbre 47 du variateur supporte l'arbre 53a qui lui-même supporte le rotor. On remarque également que ce même arbre 47 est lié fixement au rotor 55 pour l'entraîner en rotation, ce rotor étant lié fixement à la jante 24, ce qui entraîne ainsi en rotation la roue ici concernée, 5. Dans la présente description, on doit comprendre � lié fixement � comme fixé (avec un moyen rapporté de fixation, vis ou autre) ou solidaire (monobloc, réalisé en une seule pièce, comme illustré fig.3). Une fixation aux barreaux 24a de la jante dont le rotor 55 définit le moyeu central est une solution intéressante. Dans la version préférée de la figure 3, la liaison mécanique entre de l'arbre 47 et le rotor 55 est donc 30 réalisée par l'intermédiaire de la clavette 72. Des cannelures pourraient la remplacer pour transmettre le couple de rotation de l'arbre du variateur au rotor. Les flasques plats 67,70 pourraient être remplacés par une pièce unique recevant le couple de rotation de l'arbre 47 (solution moins pratique). Le carter 68 pourrait être monobloc avec les rayons/barreaux 24a de la jante (comme illustré), laquelle présente donc un voile extérieur circulaire 24b qui supporte le pneu 25 et auquel se raccordent les rayons 24a (fig.1). Pour transmettre le couple dans la partie 470 où l'arbre 47 présente la plus forte section, donc est le plus résistant, il est préférable, autour de l'axe 47a, de lier en rotation cet arbre et le rotor 55, coté variateur 49, à la sortie de cet arbre (en 72), sans qu'il ait par contre de liaison (directe) à l'extrémité opposée (en 471), du coté bras oscillant 23. Afin de pouvoir démonter la roue 5 aisément, on conseille par ailleurs que la liaison mécanique entre l'arbre rotatif 47 et le rotor 55 soit une (double)liaison démontable, d'une part au niveau de l'arbre lui-même (ici clavette 72), d'autre part au niveau du carter 67 du rotor, via la seconde liaison démontable (ici vis 78a, 78b). Afin d'empêcher la rotation du stator 53, son arbre fixe 53a est fixé (et/ou lié solidairement, rigidement) au bras oscillant du véhicule. Figures 5,6 la roue illustrée est nécessairement la roue arrière 5 du véhicule. Fig.5, le bras oscillant 23 se présente comme une fourche à deux branches 23a,23b ouverte vers l'arrière (ARR). L'une, 23a, des branches s'étend à droite de la roue 5. Le variateur 17 est situé à gauche et est fixé à l'autre branche 23b. De préférence côté variateur et à l'avant, le bras oscillant 23 est fixé (axe transversal 65a) de façon articulée en rotation au châssis 65 du véhicule ; voir articulation 230b. Figure 6, le bras oscillant 230 est à branche unique. Il s'étend uniquement à droite de cette roue. Le variateur 17 est situé à gauche de la roue. Le bras oscillant 230 et le variateur sont chacun fixés à l'avant (AVT), indépendamment et de f a ç o n articulée en rotation (axe 65a) au châssis 65 du véhicule ; voir articulations 170a,230a. La fixation articulée en rotation permet un débattement adapté à la mise en place d'un moyen de suspension et d'amortissement s'appuyant en haut sur le châssis (non représenté). Les boulons tels 69a, 69b sont prévus à cet effet. Afin de permette une répartition des efforts tantôt coté variateur, tantôt coté bras oscillant 23, et également de ne pas modifier la conception du carter du variateur, on préfèrera, en extrémité, lier l'arbre 53a uniquement au bras oscillant, comme indiqué ci-dessus, de façon à bloquer le couple de cet arbre 53a. Afin, là encore, de favoriser la maintenance, notamment le démontage de la roue 5 ici concernée, on conseille que la liaison précitée entre l'arbre 53a du stator et le bras oscillant 23 soit aussi une liaison démontable. Les boulons 69a, 69b le permettent, et cela d'autant plus si leurs têtes sont accessibles côté extérieur 23a du bras oscillant. On notera que les différentes liaisons démontables précitées permettent de démonter la roue concernée, sans avoir à ouvrir le moteur électrique. Pour un démontage, on pourra procéder comme suit : - démonter sur le bras oscillant 23 les vis de fixation 69a, 69b qui bloquent le stator 53 du moteur 21, - à l'extrémité libre 471, démonter le boulon 80 de l'arbre 47 du variateur qui le retient axialement (coté bras oscillant), - démonter le bras oscillant 23 qui peut être tenu par des vis de fixation au châssis du véhicule (non représenté), - retirer le bras oscillant, - démonter les vis 78a, 78b... de fixation du rotor 55, coté variateur 17, (vis à tête accessible et à l'extérieur du carter du variateur 17 pour permettre de passer une clé), - faire translater et retirer la roue 5 le long de l'axe 47a du variateur. La roue est démontée, sans que les carters 49, 67 du moteur électrique aient eu à être ouverts. Le remontage se réalise de la même manière, dans l'ordre inverse des opérations. De la description qui précède, on doit comprendre que le véhicule privilégié pour mettre en oeuvre l'invention sera un scooter ou une moto hybride comprenant deux ou trois roues, y compris une roue arrière et, pour sa propulsion, au moins : - un moteur électrique, - et un moteur thermique entraînant les composants du variateur dont l'arbre rotatif de sortie sera donc monté sur ladite roue arrière. REVENDICATIONS1. Véhicule à enfourcher comprenant des roues (3, 5) pour rouler et présentant un assemblage entre un moteur-roue électrique (21) et un variateur (17) équipant ce véhicule, le moteur-roue électrique (21) comprenant un arbre fixe (53a) de stator (53) et un rotor (55), le variateur (17) comprenant un arbre rotatif (47) de sortie, caractérisé en ce que l'arbre rotatif (47) de sortie du variateur (17), l'arbre fixe (53a) du stator (53) du moteur électrique (21) et le rotor (55) de ce même moteur sont disposés coaxialement, et l'arbre rotatif (47) de sortie du variateur (17), l'arbre fixe (53a) du stator (53) et ledit rotor (55) sont disposés concentriquement, dans cet ordre de l'intérieur vers l'extérieur. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce véhicule comprend un bras oscillant (23,230) auquel l'arbre fixe (53a) du stator (53) du moteur électrique (21) est lié fixement. 3. Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que la liaison entre l'arbre fixe (53a) du stator (53) et le bras oscillant (23,230) est située exclusivement à une première extrémité de cet arbre rotatif (47) adjacente au bras oscillant et située à l'opposé du variateur (17). 4. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - ladite roue (5) est pourvue d'une jante (24),- l'arbre rotatif (47) de sortie du variateur (17) est lié fixement au rotor (55) du moteur électrique (21) pour l'entraîner en rotation, - et ledit rotor (55) du moteur électrique (21) est 5 lié fixement à la jante (24), ce qui entraîne ainsi en rotation la roue (5). 5. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre rotatif (47) 10 de sortie du variateur (17) étant lié au rotor (55) du moteur électrique, cette liaison est située exclusivement à une extrémité de cet arbre rotatif (47) adjacente au variateur (17). 15 6. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - le rotor (55) du moteur électrique (21) est pourvu d'un carter (67,68), - et, l'arbre rotatif (47) de sortie du variateur 20 (17) étant lié au rotor (55) du moteur électrique (21), cette liaison est démontable en deux endroits adjacents respectivement à l'arbre rotatif (47) de sortie lui-même et audit carter (67,68) du rotor (55). 25 7. Véhicule selon la revendication 2 ou cette revendication 2 et l'une des revendications 3 à 6 rattachée à elle, caractérisé en ce que la liaison entre l'arbre fixe (53a) du stator (53) et le bras oscillant (23,230) du véhicule est une liaison démontable. 8. Véhicule selon la revendication 2 ou cette revendication 2 et l'une des revendications 3 à 7 30rattachée à elle, caractérisé en ce que ladite roue est la roue arrière (5) et le bras oscillant (230) s'étend uniquement à droite de cette roue, le variateur (17), situé à gauche de ladite roue étant fixé de façon articulée en rotation au châssis (65) du véhicule, indépendamment du bras oscillant. 9. Véhicule selon la revendication 2 ou cette revendication 2 et l'une des revendications 3 à 7 rattachée à elle, caractérisé en ce que ladite roue (5) est la roue arrière (5) et le bras oscillant (23) se présente comme une fourche à deux branches dont l'une (23a) s'étend à droite de cette roue, le variateur (17) étant fixé à l'autre, laquelle (23b) est fixée de façon articulée en rotation au châssis (65) du véhicule. 10. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un scooter ou d'une moto hybride comprenant deux ou trois roues, y compris une roue arrière (5a) et au moins . - un moteur électrique (21) de propulsion, - et un moteur thermique (13) de propulsion entraînant le variateur (17) dont l'arbre rotatif (47) de sortie est sur ladite roue arrière (5).