Brevet FR2960930A1 — publié le 20111209

DISPOSITIF DE MISE EN MOUVEMENT D'UNE ROUE SPHERIQUE OMNIDIRECTIONNELLE POUR VEHICULE. La présente invention concerne un dispositif de mise en mouvement d'une roue sphérique omnidirectionnelle pour véhicule. Elle concerne également un véhicule, en particulier un véhicule automobile, à roue sphérique omnidirectionnelle, qui est équipé d'un tel dispositif. On a déjà cherché différentes solutions alternatives aux roues cylindriques avec moyeu utilisées sur les véhicules, en particulier sur les véhicules automobiles. Parmi les solutions étudiées, on connaît celles qui s'appuient sur un concept de roue sphérique, lequel concept peut permettre d'envisager une véritable rupture en terme de style du véhicule et apporter l'avantage d'un fonctionnement omnidirectionnel, c'est-à-dire permettre au véhicule d'avancer, reculer, rouler en « crabe » ou pivoter sur place de façon aisée et naturelle. A titre d'exemple, le document FR 2 695 447 décrit une roue, qui est constituée d'un corps de forme sphérique. Le corps est dépourvu de moyeu, est disposé et tourne à l'intérieur d'une enveloppe en épousant sensiblement les contours. L'enveloppe comporte, à sa partie inférieure, une ouverture permettant au corps d'entrer en contact avec sa surface d'appui et de déplacement. Le corps est maintenu à distance des parois de l'enveloppe par des billes ou galets. La mise en rotation du corps résulte de son entraînement par un galet moteur. Toutefois, ce principe de maintien du corps sphérique par des billes ou galets a pour désavantage d'entraîner un frottement important, et un risque de blocage malgré la présence d'une matière lubrifiante qui peut désavantageusement se répandre sur la roue. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de mise en mouvement d'une roue sphérique omnidirectionnelle pour véhicule, qui ne présente pas les inconvénients des roues sphériques connues de l'art antérieur. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel dispositif, qui soit de conception et de réalisation simple, qui utilise des technologies de propulsion et de transmission mécanique classiques, qui soit stable, robuste, fiable et économique. C'est également un but de la présente invention de fournir un véhicule automobile à fonctionnement omnidirectionnel utilisant de tels dispositifs de mise en mouvement de roue sphérique, qui soit industriellement réalisable, en particulier dans le domaine des véhicules électriques adaptés à la mobilité urbaine. Enfin, c'est aussi un but de la présente invention de fournir un véhicule automobile avec un design, ou « style », en rupture avec les véhicules automobiles existants. Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un dispositif de mise en mouvement d'une roue sphérique omnidirectionnelle pour véhicule, et ce nouveau dispositif comprend une structure, rigide, qui est solidaire de la caisse du véhicule, une roulette principale en contact avec la roue sphérique, qui est portée par la structure et qui assure la mise en mouvement de la roue sphérique, et au moins trois roulettes périphériques, passives, auto orientables, qui sont également portées par la structure et qui suivent le mouvement de la roue sphérique pour permettre son déplacement dans ladite structure. Selon le mode préféré de réalisation de l'invention, la roulette principale est positionnée au point culminant de 30 la roue sphérique. Selon le mode préféré de réalisation de l'invention également, la roulette principale est montée sur une platine, et cette platine est équipée d'un premier moteur, ou « moteur de traction », qui applique un couple moteur sur 35 la roulette principale, lequel couple moteur est transmis par friction à la roue sphérique. De plus, la platine peut être équipée d'un second moteur, ou « moteur de direction », qui fait pivoter ladite platine de manière à orienter le sens de roulage de la roue sphérique. La roulette principale peut également comporter un système de freinage de la roue sphérique. Selon encore le mode préféré de réalisation de l'invention, la roulette principale et les roulettes périphériques peuvent être équiréparties sur la surface de la roue sphérique. L'angle formé entre deux roulettes quelconques, principale ou périphérique, et le centre de la roue sphérique peut être, de préférence, sensiblement de 120°, de telle sorte que les roulettes assurent un maintien isostatique de la roue sphérique. De préférence, chaque roulette périphérique est montée sur une platine rotative, elle-même passive. De préférence également, l'axe de rotation de chaque roulette périphérique peut être déporté par rapport à l'axe de sa platine rotative correspondante, de telle manière que, à chaque changement de direction de rotation imposé par la roulette principale, la roulette périphérique se repositionne automatiquement pour suivre le sens de rotation imposé par la roue sphérique. La surface de la roue sphérique peut avantageusement être recouverte d'une matière de type caoutchouc, pour un meilleur coefficient de friction et l'obtention d'un effet d'amortissement. Selon une variante de réalisation, les roulettes, ainsi que les mécanismes associés aux roulettes et la structure, peuvent être logés dans un carénage, de façon à les rendre invisible de l'extérieur. Selon une variante de réalisation également, des roulettes périphériques supplémentaires peuvent être installées en partie supérieure de la roue sphérique de façon à répartir la charge. Selon une autre variante de réalisation, au moins une roulette périphérique peut être active, l'axe de ladite roulette périphérique active étant alors confondu avec l'axe de la platine rotative correspondante. Il peut être alors prévu un moteur pour orienter avec précision la roulette périphérique active. De manière avantageuse, chaque platine peut être équipée d'un ou plusieurs ressorts de suspension, de manière à p e rmettre un léger débattement de la roulette correspondante à l'intérieur de la structure. Les moteurs mentionnés ci-dessus peuvent être des moteurs électriques. Toutefois, en variante, la platine sur laquelle est montée la roulette principale peut être équipée d'un système d'entraînement mécanique ou hydraulique dont la source motrice est extérieure au dispositif, ladite source et ledit système appliquant un couple moteur sur la roulette principale, lequel couple moteur est transmis par friction à la roue sphérique. De la même façon, la platine peut être équipée d'un autre système mécanique ou hydraulique dont la source motrice est extérieure au dispositif, ladite autre source et ledit autre système faisant pivoter la platine de manière à orienter le sens de roulage de la roue sphérique. La présente invention a également pour objet un véhicule, en particulier un véhicule automobile, comprenant au moins une roue sphérique omnidirectionnelle, lequel véhicule comprend un dispositif de mise en mouvement de ladite roue sphérique au moins qui est conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. Le véhicule automobile peut avantageusement être un véhicule à trois roues sphériques de ce type. Ce véhicule automobile peut être, par exemple, un véhicule électrique, adapté à la mobilité urbaine. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'exemples de réalisation, non limitatifs de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : - la figure 1 représente, de manière schématique, le principe du dispositif de mise en mouvement d'une roue sphérique omnidirectionnelle pour véhicule, selon la présente invention, - la figure 2 représente la répartition des roulettes du dispositif de la figure 1, - la figure 3 représente, de manière schématique, les 10 mécanismes associés à la roulette principale, active, du dispositif des figures 1 et 2, - la figure 4 illustre une variante du dispositif des figures 1 à 3 selon laquelle le dispositif est enveloppé d'un carénage, et 15 - la figure 5 représente une variante de réalisation du mécanisme de direction de la roulette principale du dispositif. En référence au dessin des figures 1 à 3, on a représenté, de maniere schématique, le principe du 20 dispositif de mise en mouvement d'une roue sphérique omnidirectionnelle selon la présente invention. La roue sphérique, désignée par la référence numérique 1, est une pièce quasiment indéformable. Sa surface est recouverte, de préférence, d'une matière de type caoutchouc 25 qui lui assure un grand coefficient de friction et un effet d'amortissement. Une structure rigide, de préférence métallique, de référence générale 2, supporte tous les éléments et mécanismes de mise en mouvement de la roue 1. Ces éléments 30 et mécanismes associés sont les suivants : - une roulette principale 3, active, positionnée au sommet de la roue sphérique 1, montée sur une platine rotative 5, la rotation de la platine s'effectuant autour de l'axe désigné X, sensiblement vertical, et étant illustrée 35 par les roulements à billes 10, - trois roulettes périphériques, passives, désignées par la même référence 4, montées, chacune, sur une platine rotative correspondante 6 par l'intermédiaire d'un porte roulette 8, la rotation de la platine s'effectuant autour d'un axe désigné 6A et étant illustrée par les roulements à billes 9, - l'axe de rotation 4A de chaque roulette périphérique 4 sur elle-même est légèrement déporté par rapport à l'axe 6A de la platine rotative, de façon à permettre à la roulette 4 de pivoter pour se positionner automatiquement dans le sens de rotation imposé par la roue sphérique 1, comme le ferait une roue de caddie de supermarché. La platine rotative 5, sur laquelle est montée la roulette principale 3, est montée sur la structure 2. Un moteur électrique de traction 7, est monté sur la platine 5 et présente un axe moteur A, solidaire de la roulette 5, pour l'entraînement en rotation de ladite roulette 5 sur elle-même, c'est-à-dire autour de l'axe A. Un système de freinage, de type à disque et étrier connu en soi, désigné par la référence 14, est également monté sur la platine 5, l'axe dudit système de freinage 14 étant également solidaire de la roulette principale 3. La platine rotative 5 sert également de support à un second moteur électrique, appelé « moteur de direction » et désigné par la référence 13. L'axe B de ce moteur 13 est équipé d'une roue dentée 11, qui coopère par engrenage avec une autre roue dentée 12 montée sur la structure 2 pour assurer l'orientation de la platine 5 par rotation autour de l'axe X. Les quatre roulettes, à savoir la roulette principale 3 et les trois roulettes périphériques 4, sont, comme illustré sur la figure 2, avantageusement équiréparties sur la surface de la roue sphérique. Ainsi, selon le mode préféré de réalisation de l'invention, l'angle formé entre deux roulettes est sensiblement égal ou voisin de 120°. De cette façon, les quatre roulettes réalisent un maintien isostatique de la roue sphérique 1. Le fonctionnement du dispositif de mise en mouvement de la roue sphérique 1 est exposé ci-après. Le couple moteur fourni par le moteur de traction 7 est appliqué à la roulette principale 3, par laquelle transite toute la charge portée par la roue sphérique 1, et ce couple moteur est transmis par friction à la roue sphérique 1. L'orientation de la roulette principale 3 détermine le sens de roulage. Cette orientation est réalisée par le moyen du moteur de direction 13, qui fait pivoter la platine 5 autour de son axe X sensiblement vertical, par l'intermédiaire des roues dentées 11 et 12 mentionnées précédemment. Une rotation de 90 ° de la platine 5 change la direction de roulement de 90° également sans que la roue sphérique ait subi un pivotement. Une rotation de 180° de la platine 5 correspond à une marche arrière. La rotation de la roue sphérique 1 peut également être freinée par le moyen du système de freinage 14 décrit précédemment. Comme illustré schématiquement sur le dessin de la figure 4, les roulettes, principale et périphériques, et les mécanismes associés, tels que les platines, les moteurs et les transmissions mécaniques, peuvent avantageusement être logés dans un carénage, désigné par la référence numérique 20, qui a pour fonction de les protéger et de les rendre invisibles de l'extérieur. Il importe de noter que, selon une variante de réalisation de la présente invention, le nombre de roulettes périphériques 4, passives, peut être supérieur à 3. En particulier, des roulettes supplémentaires peuvent être installées en partie supérieure de la roue sphérique 1 pour répartir la charge. En variante également, l'angle entre deux roulettes quelconques, principale ou périphérique, peut être différent de 120°. En variante également, une ou plusieurs roulettes périphériques peuvent être actives. Dans cette variante, l'axe de la roulette périphérique est confondu avec l'axe de sa platine correspondante et un moteur électrique, monté sur la platine, permet l'orientation avec précision de la roulette périphérique active. Pour donner une certaine flexibilité au dispositif, les différentes platines, 5 et 6, peuvent avantageusement être équipées de ressorts de suspension (non représentés), qui permettent un léger débattement de la roulette principale et des roulettes périphériques à l'intérieur de la structure rigide 2. Comme représenté sur le dessin de la figure 5, le moteur de direction 13 peut, en variante, être installé sur la structure 2 et non plus sur la platine 5. Dans cette variante, les engrenages 11 et 12 sont disposés de manière adaptée pour transmettre le couple du moteur 13 à la platine 5 et orienter la roulette principale 3. Selon une autre variante également, les moteurs électriques, de traction 7 et de direction 13, peuvent être remplacés par d'autres systèmes. Ainsi, le moteur de traction 7 peut être remplacé, par exemple, par un système d'entraînement mécanique ou hydraulique dont la source motrice est extérieure au dispositif, ladite source et ledit système appliquant un couple moteur sur la roulette principale 3, lequel couple moteur est transmis par friction à la roue sphérique 1. De la même façon, le moteur de direction 13 peut être remplacé, par exemple, par un autre système d'entraînement mécanique ou hydraulique dont la source motrice est extérieure au dispositif, ladite source et ledit système faisant pivoter la platine 5 de manière à orienter le sens de roulage de la roue sphérique 1. Le dispositif de mise en mouvement d'une roue sphérique omnidirectionnelle décrit ci-dessus présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants : - il constitue une alternative à la roue cylindrique, - il permet une rupture en terme de style avec les véhicules classiques à roues cylindriques, - il permet des mouvements sur les 360° du plan sol, - il permet de réaliser un véhicule automobile à au moins trois roues sphériques de ce type, qui peut se déplacer suivant une trajectoire quelconque au sol et subir des rotations aléatoires autour d'un axe vertical. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1. Dispositif de mise en mouvement d'une roue sphérique omnidirectionnelle pour véhicule, caractérisé en qu'il comprend une structure (2), rigide, qui est solidaire de la caisse du véhicule, une roulette principale (3) en contact avec la roue sphérique (1), qui est portée par la structure (2) et qui assure la mise en mouvement de la roue sphérique (1), et au moins trois roulettes périphériques (4), passives, auto orientables, qui sont également portées par la structure (2) et qui suivent le mouvement de la roue sphérique (1) pour permettre son déplacement dans ladite structure. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce que la roulette principale (3) est positionnée au point culminant de la roue sphérique (1). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la roulette principale (3) est montée sur une platine (5), et en ce que 20 cette platine (5) est équipée d'un moteur de traction (7) pouvant appliquer un couple moteur sur la roulette principale (3), lequel couple moteur est transmis par friction à la roue sphérique (1). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en 25 ce que la platine (5) est équipée d'un moteur de direction (13), qui fait pivoter ladite platine (5) de manière à orienter le sens de roulage de la roue sphérique (1). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la roulette 30 principale (3) comporte un système de freinage (14) de la roue sphérique (1). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roulette principale (3) et les roulettes périphériques (4) sont équiréparties sur la surface de la 35 roue sphérique (1). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle formé entre deux roulettes (3, 4)quelconques, principale (3) ou périphériques (4), et le centre de la roue sphérique (1) est sensiblement de 120°, de telle sorte que lesdites roulettes (3, 4) assurent un bon maintien isostatique de la roue sphérique (1). 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque roulette périphérique (4) est montée sur une platine rotative (6), elle-même passive. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'axe de rotation (4A) de chaque roulette périphérique (4) est déporté par rapport à l'axe (6A) de la platine rotative (6) correspondante, de telle manière que, à chaque changement de direction de rotation imposé par la roulette principale (3), la roulette périphérique (4) se repositionne automatiquement pour suivre le sens de rotation imposé par la roue sphérique (1). 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de la roue sphérique (1) est recouverte d'une matière de type caoutchouc, ce qui apporte un meilleur coefficient de friction et un effet d'amortissement. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble des roulettes (3, 4), des mécanismes associés et de la structure peut être logé dans un carénage (20), de façon à rendre cet ensemble invisible de l'extérieur. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que des roulettes périphériques supplémentaires sont installées en partie supérieure de la roue sphérique (1) de façon à répartir la charge. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 8, 9, et 12, caractérisé en ce qu'au moins une roulette périphérique (4) peut être active, l'axe de ladite roulette étant alors confondu avec l'axe de la platine (6) correspondante. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'un moteur oriente avec précision ladite roulette périphérique active. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 4, 8, 9, et 13, caractérisé en ce que chaque platine (5, 6) peut être équipée d'un ou plusieurs ressorts de suspension, de manière à permettre un léger débattement de la roulette correspondante (3, 4) à l'intérieur de la structure (2). 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 4, et 14, caractérisé en ce que les moteurs (7, 13) sont des moteurs électriques. 17. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roulette principale (3) est montée sur une platine rotative (5), et en ce que cette platine (5) est équipée d'un système d'entraînement mécanique ou hydraulique dont la source motrice est extérieure au dispositif, ladite source et ledit système appliquant un couple moteur sur la roulette principale (3), lequel couple moteur est transmis par friction à la roue sphérique (1). 18. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite platine rotative (5) est équipée d'un système mécanique ou hydraulique dont la source motrice est extérieure au dispositif, ladite source et ledit système faisant pivoter ladite platine (5) de manière à orienter le sens de roulage de la roue sphérique (1). 19. Véhicule, en particulier véhicule automobile, comprenant au moins une roue sphérique (1) omnidirectionnelle, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mise en mouvement de ladite roue sphérique (1) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 20. Véhicule selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend trois roues sphériques, chaque roue sphérique étant mise en mouvement par un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 18. 21. Véhicule, en particulier véhicule automobile, selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il est un 35 véhicule électrique, adapté à la mobilité urbaine.