Brevet FR2984240A1 — publié le 20130621

L'invention concerne un moyeu motorisé pour la motorisation électrique d'un essieu d'un véhicule automobile à traction hybride, une roue motorisée comprenant un tel moyeu ainsi qu'un véhicule automobile comprenant au moins deux roues motorisées. En particulier, l'invention s'applique aux véhicules automobiles disposant de roues motorisées électriquement qui peuvent être découplées de leur machine électrique lorsque le véhicule est mû par l'intermédiaire d'une autre source de traction. Dans le domaine de la liaison au sol des véhicules automobiles à traction électrique, en particulier leurs roues motorisées, on connaît un certain nombre de propositions, dont celle du document WO-2011/073320 qui décrit un moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique et le moyeu ainsi que des moyens de couplage/découplage aptes à adopter une position de couplage dans laquelle la rotation de la machine électrique est couplée à la rotation du moyeu et une position de découplage dans laquelle la rotation de la machine électrique est découplée de la rotation du moyeu. Dans la présente demande, on utilise l'expression « moyeu motorisé » pour désigner l'ensemble mécanique comprenant le moyeu, le porte-moyeu, le guidage du moyeu par rapport au porte-moyeu, la motorisation électrique et les moyens de freinage du moyeu. Le moyeu motorisé est donc destiné d'une part à recevoir une roue équipée par exemple d'un pneumatique et à porter d'autre part un véhicule, généralement par l'intermédiaire de moyens de suspension. Dans la présente demande, on utilise également l'expression « roue motorisée » pour désigner l'ensemble mécanique comprenant le moyeu motorisé défini ci-dessus et la roue correspondante. L'une des difficultés en vue de l'adoption de tels moyeux motorisés sur les véhicules de série est la compatibilité avec les solutions déjà adoptées et validées par les constructeurs pour certains éléments comme les systèmes de suspension et les roues. Une autre difficulté est d'obtenir un système compact, simple et le plus léger possible afin d'en rendre le coût acceptable pour cette industrie. En particulier, l'intégration des moteurs électriques à l'intérieur même des roues est particulièrement désirable parce que l'adoption de la traction électrique passe souvent par la nécessité d'embarquer des batteries pour stocker l'énergie électrique ce qui, même avec les technologies les plus performantes connues à ce jour, oblige à consacrer un volume suffisant aux batteries à bord du véhicule, sauf à réduire énormément l'autonomie d'un véhicule électrique. Un raisonnement similaire peut être fait dans le cas des véhicules à pile à combustible ou hybrides parallèles. Par ailleurs, si l'on veut pouvoir développer un couple de traction suffisant, il s'avère nécessaire d'installer des moyens de réduction car on ne peut pas, avec un moteur électrique suffisamment compact, développer un couple adéquat pour assurer directement la traction d'un véhicule de tourisme. De plus, les véhicules hybrides parallèles dont le moteur thermique permet généralement de rouler à vitesse relativement élevée (par exemple 150 km/h) représentent une difficulté particulière quant au choix du rapport de réduction de la traction électrique. Enfin, on est en général conduit à devoir intégrer à la roue, non seulement le moteur électrique, les moyens de réduction nécessaires associés, mais aussi un dispositif de freinage mécanique (frein à disque ou à tambour de friction). Pour résoudre l'ensemble de ces problèmes, le document WO-2011/073320 propose des moyens de couplage/découplage comprenant un mécanisme à crabot et baladeur, ledit baladeur étant coaxial au moyeu en étant constamment solidaire en rotation des moyens de réduction. En particulier, lorsque la traction électrique est découplée, les moyens de réduction ne sont pas entraînés en rotation par la rotation du moyeu lorsque le véhicule est mû par l'intermédiaire d'une autre source de traction, afin de limiter le bruit et le couple de traînée induits. Pour cette configuration, le document WO-2011/073320 propose un couplage par l'intermédiaire de cannelures cylindriques, respectivement intérieures sur le baladeur et extérieures sur une couronne dentée des moyens de réduction et sur le moyeu. Toutefois, ces cannelures s'avèrent difficiles à usiner, notamment en ce qu'elles sont non débouchantes sur le moyeu et sur la roue dentée, et nécessitent une course importante de déplacement du baladeur autour du moyeu pour garantir la transmission du couple de traction, ce qui va à l'encontre de la compacité recherchée pour le moyeu motorisé. L'invention vise à perfectionner l'art antérieur en proposant un moyeu motorisé compact, facile à réaliser et dans lequel le bruit ainsi que le couple de traînée induits sont limités lorsque la traction électrique n'est pas utilisée. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un moyeu motorisé pour la motorisation électrique d'un essieu d'un véhicule automobile à traction hybride, ledit moyeu motorisé comprenant un moyeu destiné à recevoir une roue, ledit moyeu étant monté rotatif par rapport à un porte-moyeu selon un axe de moyeu, le moyeu motorisé comprenant une machine électrique de traction, la machine électrique comprenant un stator externe lié au porte-moyeu et un rotor interne dont l'axe de rotation est distant de l'axe de moyeu, le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique et le moyeu, le moyeu motorisé comprenant des moyens de couplage/découplage aptes à adopter une position de couplage dans laquelle la rotation de la machine électrique est couplée à la rotation du moyeu et une position de découplage dans laquelle la rotation de la machine électrique est découplée de la rotation du moyeu, les moyens de couplage/découplage comprenant un mécanisme à crabot et baladeur, ledit baladeur étant coaxial au moyeu en étant constamment solidaire en rotation des moyens de réduction, le baladeur comportant des dentures frontales aptes à coopérer, en position de couplage, avec des dentures frontales solidaires du moyeu. Selon un deuxième aspect, l'invention propose une roue motorisée comprenant un tel moyeu motorisé. Selon un troisième aspect, l'invention propose un véhicule automobile comprenant au moins deux roues motorisées. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'un moyeu motorisé selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un moyeu motorisé selon l'invention. En relation avec ces figures, on décrit ci-dessous un mode de réalisation d'un moyeu motorisé qui est destiné à guider et contrôler la rotation d'une roue, notamment pour la motorisation électrique d'un essieu d'un véhicule automobile à traction hybride. Le moyeu motorisé comprend un moyeu 1 destiné à recevoir une roue, ledit moyeu étant monté rotatif par rapport à un porte-moyeu 2 selon un axe de moyeu A. En particulier, le porte-moyeu 2 est une fusée autour de laquelle tourne le moyeu 1 par l'intermédiaire d'un roulement 3 de moyeu. L'axe de moyeu A est une référence constante dans la présente demande, c'est par rapport à cet axe que l'on se réfère pour qualifier une orientation de « radiale » ou de « axiale ». Pour rappel et selon l'usage consacré dans le domaine du pneumatique ou de la roue, une orientation axiale est une orientation parallèle à l'axe de moyeu A et une orientation radiale est une orientation perpendiculaire à l'axe de moyeu A. Le moyeu motorisé comprend une machine électrique 4 de traction, la machine électrique 4 comprenant un stator externe lié au porte-moyeu 2 et un rotor interne dont l'axe de rotation R est distant de l'axe de moyeu A. En particulier, la machine électrique 4 présente un rotor interne dont l'axe de rotation R est distant de l'axe de moyeu A et parallèle audit axe de moyeu, c'est à dire non coaxial. La machine électrique 4 assure la motorisation et le cas échéant le freinage du moyeu 1 par l'intermédiaire de moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique 4 et le moyeu 1. Les moyens de réduction comprennent un pignon moteur 5 destiné à être lié au rotor de la machine électrique 4 et une couronne dentée 6 destinée à être liée au moyeu 1. Les moyens de réduction comprennent de préférence deux étages de réduction. Sur la figure 2, un premier étage de réduction comprend l'engrenage du pignon moteur 5 et d'une roue dentée 20 liée à un arbre intermédiaire 7 parallèle à l'axe de moyeu A, un deuxième étage de réduction comprenant l'engrenage d'un pignon réducteur 8 lié à l'arbre intermédiaire 7 et de la couronne dentée 6 destinée à être liée au moyeu 1. Le rapport de réduction global est de préférence supérieur à 15. Le moyeu motorisé comprend des moyens de couplage/découplage aptes à adopter une position de couplage dans laquelle la rotation de la machine électrique 4 est couplée à la rotation du moyeu 1 et une position de découplage (figure 2) dans laquelle la rotation de la machine électrique 4 est découplée de la rotation du moyeu 1, de sorte à respectivement établir et interrompre la transmission de couple entre les moyens de réduction et le moyeu 1. Les moyens de couplage/découplage comprennent un mécanisme à crabot et baladeur 9, ledit baladeur étant coaxial au moyeu 1 en étant constamment solidaire en rotation des moyens de réduction. De cette façon, lorsque le véhicule roule en mode découplé et que la machine électrique 4 est arrêtée, le moyeu 1 est la seule pièce en mouvement alors que les moyens de réduction et le baladeur 9 sont immobiles afin de limiter le bruit ainsi que le couple de traînée induits. Dans le mode de réalisation représenté, le baladeur 9 est monté en translation suivant l'axe de moyeu A autour de la couronne dentée 6 entre une position de couplage et une position de découplage. De façon connue, une fourchette peut être engagée dans une gorge 10 du baladeur 9 pour commander sa position axiale, ladite fourchette pouvant être contrôlée par un actionneur à vis et écrou comprenant un petit moto-réducteur électrique ou un électro-aimant. Pour assurer la solidarisation en rotation du baladeur 9 avec les moyens de réduction, le baladeur 9 comporte des cannelures intérieures cylindriques 11 et la couronne dentée 6 comporte des cannelures extérieures cylindriques 12 aptes à coopérer avec lesdites cannelures intérieures sur la course de translation dudit baladeur. Le baladeur 9 comporte des dentures frontales 13 aptes à coopérer, en position de couplage, avec des dentures frontales 14 solidaires du moyeu 1. En particulier, les dentures 13, 14 sont usinées respectivement en extrémité du baladeur 9 et sur le flanc du moyeu 1, le baladeur 9 étant poussé contre le moyeu 1 pour assurer le couplage. L'ensemble de la transmission, c'est à dire l'ensemble des moyens de réduction et des moyens de couplage/découplage, est contenu dans un carter 15 étanche contenant une quantité adéquate d'un lubrifiant afin de lubrifier l'ensemble par barbotage. Le stator de la machine électrique 4 est lié en rotation au porte-moyeu 2. Cette liaison, nécessaire à la transmission du couple, peut être rigide et directe mais elle peut de préférence être indirecte afin d'autoriser un mouvement relatif de rotation à l'occasion des débattements de suspension. Ce mouvement relatif est bien sûr limité et a pour but de permettre une certaine indépendance entre le couple transmis et les rigidités dynamiques (verticale et horizontale) du dispositif de suspension. En particulier, le stator de la machine électrique 4 est porté par le carter 15 alors que ledit carter est monté rotatif par rapport au porte-moyeu 2 selon l'axe de moyeu A. La rotation du carter 15 par rapport au porte-moyeu 2 peut être contrôlée par une bielle agissant entre le carter 15 et la caisse du véhicule. En outre, le moyeu motorisé comporte un frein à disque dont le disque 16 est placé à l'extérieur du carter 15 par rapport au véhicule. Bien qu'il s'agisse d'un mode de réalisation préféré, l'homme du métier sait que dans certaines situations, il peut être préférable d'utiliser un frein à tambour en lieu et place du frein à disque. Une manière avantageuse de construire un véhicule hybride est de combiner une motorisation thermique conventionnelle de l'essieu avant et une motorisation électrique des roues de l'essieu arrière selon l'invention. En particulier, les porte-moyeux 2 des roues peuvent être solidaires chacun d'un bras tiré de l'essieu arrière, par exemple torsible, du véhicule hybride. La source d'énergie électrique peut être un ensemble de batteries ou de super-condensateurs, une pile à combustible, un réseau urbain à la manière des trolley-bus ou toute autre source électrique disponible. Sur la figure 1, on a représenté une seule machine électrique 4. Naturellement, on peut selon l'invention mettre en oeuvre deux ou plusieurs machines 4 pour chaque moyeu 1, les machines 4 engrenant chacune par l'intermédiaire d'un pignon moteur 5 propre sur des moyens de réduction communs. Grâce à une motorisation multiple, on peut augmenter le couple disponible et/ou réduire les dimensions axiale et radiale des machines électriques 4. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, les moyens de réduction sont de préférence réversibles afin de permettre l'utilisation de la machine électrique 4 en mode freinage. L'énergie électrique récupérée par la machine électrique 4 en mode freinage peut être stockée ou dissipée de manière connue en soi. Un moyeu motorisé selon l'invention permet donc de coupler/découpler la motorisation électrique à tout moment, y compris pendant le déplacement du véhicule. Pour permettre un découplage sans à-coup, il est préférable de commander la machine électrique 4 pour qu'elle transmette un couple nul ou très faible au moment du mouvement du baladeur 9. Bien que la présente description se concentre sur un mode de réalisation spécifique, l'homme du métier sait envisager d'autres combinaisons des différents moyens décrits ici ou d'autres combinaisons de certains de ces moyens avec d'autres moyens non décrits ici mais connus de l'état de la technique. REVENDICATIONS1. Moyeu motorisé pour la motorisation électrique d'un essieu d'un véhicule automobile à traction hybride, ledit moyeu motorisé comprenant un moyeu (1) destiné à recevoir une roue, ledit moyeu étant monté rotatif par rapport à un porte-moyeu (2) selon un axe de moyeu (A), le moyeu motorisé comprenant une machine électrique (4) de traction, la machine électrique (4) comprenant un stator externe lié au porte-moyeu (2) et un rotor interne dont l'axe de rotation (R) est distant de l'axe de moyeu (A), le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique (4) et le moyeu (1), le moyeu motorisé comprenant des moyens de couplage/découplage aptes à adopter une position de couplage dans laquelle la rotation de la machine électrique (4) est couplée à la rotation du moyeu (1) et une position de découplage dans laquelle la rotation de la machine électrique (4) est découplée de la rotation du moyeu (1), les moyens de couplage/découplage comprenant un mécanisme à crabot et baladeur (9), ledit baladeur étant coaxial au moyeu (1) en étant constamment solidaire en rotation des moyens de réduction, ledit moyeu motorisé étant caractérisé en ce que le baladeur (9) comporte des dentures frontales (13) aptes à coopérer, en position de couplage, avec des dentures frontales (14) solidaires du moyeu (1). 2. Moyeu motorisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réduction comprennent un pignon moteur (5) destiné à être lié au rotor de la machine électrique (4) et une couronne dentée (6) destinée à être liée au moyeu (1). 3. Moyeu motorisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le baladeur (9) est monté en translation suivant l'axe de moyeu (A) autour de la couronne dentée (6) entre une position de couplage et une position de découplage. 4. Moyeu motorisé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le baladeur (9) comporte des cannelures intérieures cylindriques (11), la couronne dentée(6) comportant des cannelures extérieures cylindriques (12) de solidarisation en rotation dudit baladeur avec les moyens de réduction. 5. Moyeu motorisé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens de réduction comprennent deux étages de réduction. 6. Moyeu motorisé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un premier étage de réduction comprend l'engrenage du pignon moteur (5) et d'une roue dentée (20) liée à un arbre intermédiaire (7), un deuxième étage de réduction comprenant l'engrenage d'un pignon réducteur (8) lié à l'arbre intermédiaire (7) et de la couronne dentée (6) destinée à être liée au moyeu (1). 7. Moyeu motorisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un carter (15) étanche contenant les moyens de réduction et les moyens de couplage/découplage et portant la machine électrique (4), ledit carter contenant un lubrifiant. 8. Roue motorisée comprenant un moyeu motorisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Véhicule automobile comprenant au moins deux roues motorisées selon la revendication 8. 10. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce que deux roues motorisées sont disposées sur l'essieu arrière dudit véhicule, les porte-moyeux (2) desdites roues étant chacun solidaires d'un bras tiré de l'essieu arrière.