Brevet FR2981013A1 — publié le 20130412

Moteur- roue pour véhicule à stator discontinu et véhicule ainsi équipé L'invention concerne un moteur-roue pour véhicule à stator discontinu et le véhicule ainsi équipé. Il est connu d'implanter un moteur électrique dans une roue de véhicule, voire dans chaque roue d'un véhicule automobile afin de libérer de la place, à savoir le volume du moteur, à l'intérieur du châssis du véhicule. Le couple d'entraînement appliqué à chaque roue est alors directement contrôlé par son moteur, ce qui permet de s'affranchir du différentiel d'entraînement des roues. Ce type de roue est désigné par l'expression « moteur-roue ». Cependant, l'intérieur d'une roue de véhicule équipée d'un moteur électrique est très encombré par les extrémités des organes de suspension du véhicule ainsi que par le frein, généralement un frein à disque et étrier. Ainsi le moteur ou l'étrier de frein peut dépasser de la roue, ce qui présente un risque de choc sur un trottoir ou un autre obstacle de la route. Il est possible de placer le frein de roue à l'intérieur d'un moteur électrique à rotor en couronne (voir le document JP 2005337355) mais cela réduit le diamètre du disque du frein et donc diminue le couple de freinage, ce qui n'est pas souhaitable. Il est également possible de placer le frein de roue à côté du moteur électrique, mais soit l'étrier de frein est sur la périphérie du disque de frein et dépasse de la roue, soit il est placé à l'intérieur du disque de frein (voir le document JP 2005337355), ce qui réduit également la capacité de freinage. Il existe donc un besoin pour un moteur- roue de véhicule qui puisse remédier aux inconvénients précités. Il est proposé un moteur-roue pour véhicule comprenant une roue définissant un logement et un moteur électrique disposé à l'intérieur du logement défini par la roue, le moteur électrique comprenant un rotor et un stator concentriques, le rotor en forme de couronne étant solidaire de la roue, le stator étant destiné à être fixé au véhicule, le rotor, le stator et la roue étant coaxiaux, le moteur-roue étant caractérisé en ce que le stator comprend au moins une portion de couronne s'étendant selon un secteur angulaire a de la roue, de sorte qu'au moins un espace est libéré entre les extrémités de la portion de couronne ou entre des portions de couronne adjacentes du stator. Le stator du moteur électrique est ainsi discontinu, ce qui permet de libérer un espace à hauteur du stator qui peut être utilisé pour disposer un ou plusieurs organes de la roue, tels que des organes du moteur électrique ou d'un dispositif de frein de la roue (éléments d'électronique du moteur, pompe du circuit de refroidissement, étrier de frein, etc..). Ce ou ces organes sont ainsi disposés à l'intérieur du logement de la roue et sont protégés par cette dernière de sorte qu'ils ne risquent pas d'être exposés à un choc d'un obstacle de la voie de roulement ou route, tel qu'une bordure de trottoir comme exposé précédemment. La demanderesse a constaté qu'un tel stator discontinu se comporte comme un stator linéaire sur le secteur angulaire de la roue et que la perte de rendement due au défaut de bouclage électromagnétique des extrémités du stator est faible, de l'ordre de quelques pourcents. Une roue comprend généralement une partie circonférentielle ou jante sur laquelle peut être montée une bande de roulement, par exemple un pneu. Cette partie circonférentielle est généralement supportée par des rayons solidaires d'un moyeu, l'axe de la roue et du moyeu étant confondus et les rayons s'étendant dans une direction perpendiculaire à cet axe. La partie circonférentielle ou jante s'étend dans une direction parallèle à l'axe de la roue. Ainsi, le logement défini par la roue est le logement défini par la jante et des plans perpendiculaires à l'axe de la roue contenant les bords périphérique de la jante. Un élément situé « à l'intérieur » du logement défini par la roue est ainsi situé entre la jante et les plans perpendiculaires définis ci-dessus. Avantageusement, les rayons sont solidaires d'un bord de la jante. Le logement défini par la roue est alors maximal car il s'étend sur toute la largeur de la roue et est délimité d'un côté de la jante par les rayons et de l'autre côté de la jante par le plan perpendiculaire à l'axe de la roue. Un secteur angulaire a de portion de couronne est délimité par des plans sécants suivant l'axe de la couronne, lequel est confondu avec l'axe de la roue. Par « couronne », on entend un cylindre creux. Ce cylindre présentera une hauteur prédéterminée et une épaisseur de paroi prédéterminée. Un secteur angulaire a de portion de couronne correspond ainsi à un secteur angulaire a de portion de cylindre, défini par des plans sécants suivant l'axe du cylindre. Avantageusement, le moteur-roue selon l'invention comprend au moins un dispositif de frein disposé dans le logement défini par la roue, dont au moins un élément est disposé dans ledit au moins un espace. L'espace libéré par la forme particulière discontinue du stator permet ainsi de loger une partie du dispositif de frein du véhicule à l'intérieur du logement défini par la roue. Ce dispositif de frein sera par exemple adjacent au moteur électrique, et plus particulièrement disposé du côté externe de la roue par rapport au véhicule lorsque la roue est montée sur un véhicule. Avantageusement, le dispositif de frein comporte au moins un disque de frein fixé coaxialement à la roue et solidaire de celle-ci, et au moins un étrier de frein apte à venir en prise avec le disque de frein pour freiner la roue, l'étrier de frein étant disposé au moins en partie dans ledit au moins un espace. Un tel dispositif de frein est généralement appelé « frein à disque ». Avantageusement, le disque de frein est adjacent au moteur électrique et l'étrier de frein est positionné pour venir en prise avec le disque de frein sur la périphérie de ce dernier. Du fait de sa position adjacente au moteur électrique, le diamètre du disque de frein n'est pas limité par la présence du moteur électrique mais uniquement par les dimensions internes du logement défini par la roue et par les dimensions de l'étrier de frein venant en prise sur sa périphérie. Ainsi, l'étrier de frein peut être disposé à un rayon maximal de prise sur le disque de frein pour un freinage puissant de la roue. Un dispositif de frein classique peut ainsi être utilisé. On peut également envisager un moteur-roue équipé d'un dispositif de frein de type frein à tambour situé à l'intérieur du logement défini par la roue, et au moins en partie à l'intérieur de l'espace libéré par le stator discontinu. Avantageusement, l'angle d'un espace laissé libre dans la roue par le secteur angulaire a définissant une portion de couronne de stator est de 5 à 90°. Lorsque le stator comprend une seule portion de couronne, le secteur angulaire a définissant cette portion de couronne de stator est par exemple de 260 à 355°, de préférence de 270 à 280°. Lorsque le stator comprend plusieurs portions de couronne, le secteur angulaire a définissant chaque portion de couronne peut n'être composé que d'une paire de pôles magnétiques à minima. Les dimensions de la ou des portions de couronne formant le stator et leur écartement seront déterminés selon la taille de la roue et la taille de l'organe à disposer dans l'espace libéré par le stator discontinu, par exemple la taille d'une partie d'un étrier de frein. Le stator et le rotor du moteur électrique étant concentriques, ils occupent ainsi un minimum de place à l'intérieur du logement défini par la roue. Le rotor sera par exemple externe au stator, bien qu'une disposition inverse soit envisageable. Avantageusement, le rotor est monté sur un support indépendant de la partie circonférentielle de la roue et disposé entre le rotor et la partie circonférentielle de la roue, ce qui permet d'isoler le moteur électrique de la roue et éventuellement du frein, notamment des efforts et contraintes appliqués à la roue. Ce support peut comprendre une partie cylindrique coaxiale à la roue, par exemple fixée à la roue par une paroi rigide radiale. Le support peut également comporter une paroi rigide isolante thermique à forme de flasque ou analogue disposée entre le frein et le moteur électrique afin de protéger ce dernier de la chaleur dégagée par le freinage. Le moteur électrique peut comporter un rotor externe solidaire du support et un stator interne (sous jacent au rotor) fixé solidairement au véhicule, par exemple à l'ensemble d'organes de suspension de la roue du véhicule. Le rotor du moteur peut être de type couronne adapté à une roue, à savoir à aimants de surface, à aimants enterrés (plats, droits, en V), à reluctance commutée, à reluctance synchrone, asynchrone à cage d'écureuil, à rotor bobiné, à rotor lisse, synchrone à rotor bobiné. En variante, le rotor peut être une couronne d'acier pleine (non- feuilletée) ou une couronne d'acier non feuilletée et recouverte d'une feuille de cuivre ou d'aluminium sur sa surface faisant face au stator. En alimentant le stator de courants continus, on crée alors un couple de freinage ralentissant le véhicule, sans frottements et donc sans usure. Le stator peut comporter un module de refroidissement, par exemple de type à fluide caloporteur circulant autour du stator. Il est également proposé un véhicule comportant au moins un moteur-roue tel que décrit précédemment. Un mode de réalisation de l'invention est à présent décrit à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un moteur-roue de véhicule selon un mode de réalisation, - la figure 2 est une vue en coupe partielle de ce moteur-roue, et - la figure 3 est une vue schématique d'un rotor et d'un stator du moteur électrique de la roue. Avec référence aux dessins, le moteur-roue 1 pour véhicule représenté comprend une roue 3 du véhicule, un moteur électrique 5 d'entraînement de la roue et un frein 7 destiné à freiner la roue 3. La roue 3 comprend une jante classique 9, par exemple une jante en alliage métallique léger telle que représentée (ou en tôle), et un pneu 11 monté sur la jante 9. La jante 9 est reliée à un moyeu de roue 15 par des rayons proches d'un côté de la roue. Cette roue 3 est reliée à un ensemble d'organes de suspension 13 du véhicule de façon classique, par le moyeu de roue 15 au moyen d'un boîtier de roulement correspondant 17, sur lequel elle est montée rotative. Ce moyeu 15 est lui-même relié à des biellettes 19 appartenant aux organes de suspension 13 du véhicule. Le moteur électrique 5 et le frein 7 sont montés côte à côte dans un espace concave interne (ou logement) 21 de la jante délimité par la paroi interne 23 de la jante et un plan P passant par le bord périphérique de la jante et perpendiculaire à l'axe de la roue. Cet espace 21 s'étend plus précisément entre la paroi interne centrale 25 de la roue (délimitée par les rayons, côté externe relativement au véhicule) et le plan P de bord périphérique de la jante sur le côté opposé de la roue (côté interne relativement au véhicule). Le frein 7 comprend un ensemble de flasques de disque de frein 27 et un étrier de frein 29 destiné à freiner le mouvement rotatif des flasques de disque de frein 27. Les flasques de disque de frein 27 sont montés adjacents et coaxiaux solidairement au moyeu 15 ou à l'axe de la roue. L'étrier de frein 29 est de type à mâchoires opposées 31 (figure 2) en prise sur les flasques de disque 27 au niveau de leur périphérie. Le frein 7 est disposé proche de la paroi interne centrale 25 de la roue et le moteur électrique est disposé à l'opposé proche ou tangent du/au bord périphérique de côté opposé de la jante (plan P). Le moteur électrique 5 est monté sur un support comprenant une partie cylindrique 33, coaxiale à la jante 9, et une paroi rigide radiale 34 fixée à la roue. La partie cylindrique 33 est par exemple fixée par des vis périphériques 35 sur la paroi rigide radiale 34. Dans l'exemple la paroi rigide radiale 34 est ajourée pour un gain de poids. Le moteur électrique 5 est isolé thermiquement du frein 7 par un flasque déflecteur 37 de séparation solidaire d'une part de la partie cylindrique 33 du support et d'autre part des organes de suspension 13 (figure 2). Le moteur électrique 5 comporte un rotor externe 39 solidaire de la partie cylindrique 33 du support et un stator interne 41 fixé solidairement (par vis) à l'ensemble d'organes de suspension 13. Dans l'exemple, le stator 41 est également fixé sur le flasque déflecteur 37. Le rotor 39 en forme de couronne représenté est un rotor à aimants de surface 40 disposés suivant une bande. Le rotor est monté solidaire de la partie cylindrique 33 du support, à l'intérieur de celle-ci. Le rotor représenté est fin (par exemple de 1 à 30 mm d'épaisseur). Cette épaisseur peut toutefois être plus importante. Le stator 41 est disposé à l'intérieur du rotor 39 à faible entrefer 43 de ce dernier (de quelques dixièmes à quelques millimètres d'entrefer). Ce stator 41 est constitué d'une bande 42 de matériau ferromagnétique à forme de couronne partielle pourvue de bobinages de fil conducteur électrique (non représentés), disposée coaxiale (et concentrique) au rotor 39. L'épaisseur du stator 41 est par exemple d'environ 20 à 100 mm d'épaisseur. Le stator représenté est ainsi plus épais que le rotor, toutefois, les épaisseurs relatives de ces deux pièces peuvent être différentes. Un circuit de refroidissement 45 à fluide caloporteur circulant en périphérie intérieure du stator 41 assure le refroidissement du stator. Le stator 41 présente également une forme de couronne mais discontinue : il ne s'étend pas sur toute la circonférence de la roue 3 mais sur un secteur angulaire déterminé a de cette circonférence, compris entre 260° et 355°, de préférence entre 270° et 280° d'angle (bornes incluses). Dans l'espace laissé libre dans la roue par le stator 41 discontinu et limité au plan P, des accessoires de la roue (éléments d'électronique du moteur, pompe du circuit de refroidissement etc. non représentés) et notamment l'étrier de frein 29 précité peuvent être implantés. Plus précisément, la partie du frein implantée dans l'espace libéré par la discontinuité du rotor correspond dans l'exemple à la partie de l'étrier supportant et commandant les mâchoires 31. Cet étrier 29 est disposé à la périphérie des flasques de disque de frein 27, au rayon maximal admissible, de manière à procurer un couple de freinage maximal sur les flasques 27. Cet étrier 29 ne déborde pas latéralement du plan P de bord périphérique de la roue de sorte qu'il est protégé des obstacles de la route, tel que bordure de trottoir, qui pourraient l'affecter. Dans l'exemple représenté, le stator 41 comprend ainsi une portion de couronne s'étendant selon un secteur angulaire a de la roue. Dans d'autres modes de réalisation non représentés, le stator peut comprendre plusieurs portions de couronne disposées à distances les unes des autres et entre lesquelles peuvent être disposés des organes de la roue. Ce qui précède démontre l'intérêt du moteur roue selon l'invention quant à ses propriétés d'intégrer un frein de roue puissant et des accessoires de roue protégés des obstacles de la roue.5 REVENDICATIONS1. Moteur-roue (1) pour véhicule (13) comprenant une roue (3) définissant un logement et un moteur électrique (5) disposé à l'intérieur du logement défini par la roue, le moteur électrique (5) comprenant un rotor (39) et un stator (41) concentriques, le rotor (39) en forme de couronne étant solidaire de la roue (3), le stator étant destiné à être fixé au véhicule (13), le rotor (39), le stator (41) et la roue (3) étant coaxiaux, le moteur-roue (1) étant caractérisé en ce que le stator (41) comprend au moins une portion de couronne s'étendant selon un secteur angulaire a de la roue, de sorte qu'au moins un espace est libéré entre les extrémités de la portion de couronne ou entre des portions de couronne adjacentes du stator. 2. Moteur roue (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de frein (7) disposé dans le logement défini par la roue (3), dont au moins un élément est disposé dans ledit au moins un espace. 3. Moteur roue (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de frein comporte au moins un disque de frein (27) fixé coaxialement à la roue (3) et solidaire de celle-ci, et au moins un étrier de frein (29) apte à venir en prise avec le disque de frein (27) pour freiner la roue (3), l'étrier de frein (29) étant disposé au moins en partie dans ledit au moins un espace. 4. Moteur-roue (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le disque de frein (27) est adjacent au moteur électrique et en ce que l'étrier de frein (29) est positionné pour venir en prise avec le disque de frein (27) sur la périphérie de ce dernier. 5. Moteur-roue (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle d'un espace laissé libre dans la roue par le secteur angulaire a définissant une portion de couronne de stator (41) est de 5 à 90°. 6. Moteur-roue (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor (39) est externe au stator (41). 7. Moteur-roue (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor (39) est monté sur un support (33) indépendant d'une partie circonférentielle de la roue et disposé entre le rotor et la partie circonférentielle de la roue. 8. Moteur-roue (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor (39) est une couronne d'acier pleine, éventuellement recouverte d'une feuille de cuivre ou d'aluminium sur sa surface faisant face au stator. 9. Moteur-roue (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator (41) comporte un module de refroidissement (45). 20 10. Véhicule comportant un moteur-roue (1) selon l'une des revendications précédentes. 10 15