Brevet FR2986748A1 — publié le 20130816

La présente invention se rapporte à un ensemble d'entraînement pour un véhicule notamment de type électrique ou hybride combinant l'utilisation d'un moteur électrique et d'un moteur thermique. Dans de tels véhicules, au moins une machine électrique tournante 5 qui est susceptible de fonctionner en moteur, et éventuellement en générateur, peut participer à l'entraînement, en traction ou en propulsion, du véhicule. De manière conventionnelle, la machine électrique tournante est alimentée par une batterie d'accumulateurs occupant à bord du véhicule un espace non négligeable et représentant une masse importante. 10 L'enrichissement des fonctionnalités des véhicules et la conversion à l'électricité de nombreux organes mécaniques ont fait apparaître de nouveaux organes de forte puissance électrique, nécessitant également une alimentation électrique. L'utilisation croissante de systèmes électriques embarqués entraîne 15 une augmentation de la consommation électrique globale du véhicule et par voie de conséquence soulève le problème récurrent de l'autonomie des batteries. Il existe par conséquent un besoin permanent d'optimiser consommation énergétique de ces systèmes, et notamment du système 20 d'entraînement du véhicule, ce qui permet d'augmenter l'énergie disponible pour les autres systèmes. Par ailleurs, les véhicules concernés sont fréquemment des véhicules à usage essentiellement urbain de petite taille et de poids minimisé, ce dernier ayant un impact important sur la consommation électrique globale 25 du système d'entraînement. Ainsi, il existe également un besoin général d'optimiser l'espace occupé par ces systèmes, y compris le système d'entraînement, ainsi que son poids. On connaît de nombreux systèmes dits de moteurs-roue visant à 30 intégrer le maximum de fonctionnalités dans la roue elle-même, ceci afin de réduire les éléments de transmission et l'encombrement général du système d'entraînement. On pourra notamment se reporter aux systèmes Active Wheel développés par la société Michelin ou au système eCorner ® développé par la 35 société Siemens VDO par exemple. Bien que présentant des avantages indéniables connus, ces systèmes présentent toutefois quelques inconvénients, et notamment quant à l'augmentation de la masse non suspendue et l'augmentation de l'inertie de la roue, ce qui impacte généralement sur la tenue de route du véhicule. Plus généralement, l'augmentation de la masse non suspendue a un effet négatif sur le confort, la tenue de route, la sécurité et la fiabilité du véhicule. Un autre inconvénient réside dans les efforts que le moteur électrique d'entraînement doit fournir. En effet, en étant situé au plus près de la roue, et sur son moyeu, le couple que doit développer directement l'arbre du moteur électrique d'entraînement s'avère extrêmement important, ce qui entraîne de fait un dimensionnement important dudit moteur électrique et des moyens de transmission associés. Bien évidemment, des ensembles de réduction peuvent être prévus. Ils devront alors être logés dans l'espace réduit de la roue et viendront augmenter la masse non suspendue. La présente invention vise à proposer un système d'entraînement répondant aux problèmes précédemment évoqués. Pour ce faire, la présente invention se rapporte à un système d'entraînement d'une roue d'un véhicule comprenant au moins un moteur électrique destiné à être rattaché à un châssis dudit véhicule et un dispositif de transmission entre un arbre dudit moteur et un moyeu de la roue, caractérisé en ce que le dispositif de transmission comprend au moins un arbre de transmission et au moins un réducteur destiné à être lié au moyeu. Ainsi, en prévoyant un moteur d'entraînement destiné à être rattaché au châssis et associé à un dispositif de transmission à la roue, il est possible d'utiliser un moteur électrique à haute vitesse pour lequel la réduction, et donc la transmission d'un couple élevé, s'effectuera au plus proche de la roue. Il est ainsi possible de mettre en oeuvre des arbres de transmission relativement fins. L'arbre pourra ainsi être introduit à l'intérieur de tubes (arbres tubulaire, par exemple) et traverser un autre système, par exemple un système de jambe de direction. Par ailleurs, le fait de pouvoir rattacher le moteur électrique au châssis limite les masses non suspendues du véhicule. Avantageusement, l'arbre de transmission du dispositif de transmission est télescopique. Ainsi, en prévoyant un dispositif télescopique, c'est-à-dire de longueur variable, le système de traction peut-être associé à une suspension et prendre en compte les variations de distance entre le châssis et le moyeu de la roue. De manière préférentielle, l'arbre de transmission télescopique 5 comprend un arbre au moins partiellement cannelé, apte à coulisser à l'intérieur d'un arbre au moins partiellement creux de forme correspondante. Avantageusement, l'arbre creux sera équipé d'au moins une douille à billes de manière à faciliter sa translation et son guidage. De manière avantageuse, l'arbre télescopique appartient au moins 10 partiellement à une jambe de suspension. Préférentiellement, le réducteur est un réducteur à train épicycloïdal. L'ensemble réducteur pourra avantageusement être disposé à l'intérieur d'un porte-moyeu de la roue. De manière préférentielle, un dispositif de renvoi d'angle est 15 disposé entre l'arbre de transmission et le réducteur. Avantageusement, le dispositif de renvoi d'angle comprend au moins un pignon conique. Un tel système permettra notamment de limiter les efforts et d'avoir un bon rapport masse / réduction. De manière avantageuse, le moteur électrique est un moteur 20 générateur et le dispositif de transmission est réversible. Cela permet notamment de récupérer de l'énergie cinétique du véhicule, par exemple lors des freinages, ou lors de descentes. Avantageusement, le dispositif de transmission est débrayable de manière à permettre un entraînement de la roue par un autre moteur, 25 notamment thermique dans le cas de véhicules hydrides. Par débrayable, on entend que le dispositif de transmission peut être rendu inactif. Il pourra notamment s'agir d'un débrayage par déconnexion de l'arbre d'entraînement, mais également par inactivation du moteur électrique qui tournera à vide ou en mode générateur le cas échéant. 30 De manière avantageuse, le système d'entraînement est associé à un système de direction comprenant au moins un dispositif de liaison entre un châssis dudit véhicule et un porte-moyeu de ladite roue, caractérisé en ce que le dispositif de liaison comprend au moins un arbre de liaison au châssis et au moins une jambe de direction, destinée à être reliée audit porte-moyeu de la 35 roue, et montée mobile en rotation autour d'un axe sensiblement longitudinal dudit arbre de liaison. 2 986 74 8 4 L'invention se rapporte également à un véhicule, notamment de type électrique ou hybride, comprenant au moins une roue, caractérisé en ce que ladite roue est équipée d'un système d'entraînement selon l'invention. Bien que particulièrement destinée aux véhicules automobiles terrestres, il convient de noter que la présente invention n'est pas limitée à un type de véhicule en particulier et vise tout entraînement d'une roue. Elle peut ainsi trouver application pour des véhicules motorisés à deux roues, par exemple, ou encore pour des trains motorisés pour avions, entre autres. La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue générale d'un système d'entraînement selon l'invention montée sur une roue, - la figure 2 est une vue générale du système d'entraînement de la figure 1 sans la roue, - la figure 3 est une représentation schématique éclatée d'un porte-moyeu de la roue abritant le dispositif de réducteur du système d'entraînement de la figure 1, - la figure 4 est une représentation schématique en coupe longitudinale du porte-moyeu et son dispositif de réducteur de la figure 3, - la figure 5 est une vue du moteur électrique et de l'arbre de transmission du dispositif de liaison du système d'entraînement de la figure 1, - la figure 6 est une représentation schématique en coupe transversale de l'ensemble moteur et arbre de transmission de la figure 5. La figure 1 représente une roue 104 de véhicule électrique équipée d'un système d'entraînement selon l'invention. Plus précisément, le système de d'entraînement s'appuie sur une 30 architecture de suspension de la roue 104 de type McPherson, comprenant une jambe de suspension assurant la liaison de la roue à un châssis. L'objet dudit système d'entraînement est de fournir une puissance suffisante à la roue 104 lui permettant de mouvoir un véhicule. Le système est alimenté par une source d'énergie électrique (batteries du véhicule, non 35 visibles). Le dispositif d'entraînement selon l'invention comprend un moteur électrique 29 comprenant un stator 1, maintenu fixe dans un carter moteur 24 (fermé par un capot 25) et destiné à être rattaché à un châssis d'un véhicule, et un rotor 2 portant un arbre d'entraînement dudit moteur. Des roulements à billes 3, 4 guident la rotation du rotor 2 par rapport au carter 24 du moteur 29 et son capot 25. Afin de pouvoir transmettre la force motrice du moteur 29 à la roue 104, le dispositif d'entraînement comprend un dispositif de transmission entre l'arbre du moteur 29 et un moyeu 27 de la roue. Conformément à l'invention, ce dispositif d'entraînement comprend un arbre de transmission, lié à l'arbre moteur, et un réducteur destiné à être lié au moyeu. L'arbre de transmission se compose d'un arbre cannelé 5, entraîné en rotation par l'arbre moteur, et d'une douille à billes 7 montée sensiblement 15 au niveau du moyen de la roue 104 et à laquelle il transmet son mouvement de rotation par l'intermédiaire de ses cannelures. Afin de pouvoir prendre en compte les variations de hauteur dans la suspension du véhicule, l'arbre cannelé 5 est monté coulissant à l'intérieur de ladite douille à billes 7, l'ensemble formant ainsi un arbre de transmission de 20 longueur variable, télescopique. Il convient de noter que le moteur 29 pourra être équipé d'un amortisseur de rotation 26 permettant de limiter voire d'empêcher les vibrations en rotation du rotor 2 du moteur 29 et de supprimer les pics de couple transmis de l'arbre cannelé 5 à la douille 7. Il assure également la transmission du 25 couple du rotor moteur de traction 2 à l'arbre cannelé 5. Afin d'assurer un guidage en translation optimal de l'arbre cannelé 5, on prévoira l'installation de cages à aiguilles 6 visant à assurer ce guidage par rapport à un tube de guidage 67 et permettant également de limiter les vibrations de l'arbre cannelé 5. 30 L'arbre cannelé 5 sera cannelé seulement sur une partie de sa longueur afin de permettre l'usinage des chemins de roulement des cages à aiguilles 6. La réduction de vitesse est effectuée en aval de la transmission de l'arbre de transmission entre la douille 7 et le moyeu, afin de minimiser le 35 couple transmis à travers le dispositif de transmission 5, 7. Ainsi, il est possible de minimiser le diamètre de l'arbre cannelé 5 et du dispositif de transmission. La réduction de vitesse s'effectue à l'aide d'un réducteur 31 de type à train épicycloïdal. Afin de permettre la transmission du mouvement de la douille 7 au réducteur épicycloïdale, il est prévu un dispositif de renvoi d'angle 30 5 comprenant un pignon conique 9 et une roue conique 15. Ce renvoi d'angle permet de transmettre la puissance de la direction de l'axe de l'arbre cannelé 5 à l'axe de la roue 104. La douille à billes 7 permet de transmettre le couple de l'arbre cannelé 5 au pignon conique 9. Elle permet également, comme mentionné 10 précédemment, de garder un mouvement de translation axial entre l'arbre cannelé 5 et le pignon conique 9. La liaison glissière entre l'arbre cannelé 5 et le renvoi d'angle permet d'intégrer un système de suspension de roue. La liaison ainsi réalisée entre l'arbre cannelé 5 et la douille à billes 7 permet de placer le moteur de traction 29 en masse suspendue et d'obtenir le 15 débattement du système de suspension. Le train épicycloïdal 31 est composé d'un planétaire central arbré 17, de trois satellites 28, d'une couronne 23, et d'un porte-satellites en deux parties, noté porte-satellites 1 (18) et porte-satellites 2 (19). Le train épicycloïdal permet de réduire la vitesse de rotation en 20 sortie du renvoi d'angle 30 et d'augmenter le couple de cette même sortie au niveau du moyeu de la roue 104. Les deux étages de réduction sont placés à l'intérieur de la roue 104 afin d'optimiser l'encombrement de la chaîne de traction. Le moyeu 27 est directement relié à la sortie du train épicycloïdal 25 31 par une liaison complète, à savoir le porte-satellites 2 (19). Sur la partie porte-moyeu réducteur, le carter de la partie est composé de deux pièces : carter de renvoi d'angle 102 et carter de sortie train épicycloïdal 103. Une jambe de force 105 composée d'une structure située autour de 30 l'arbre cannelé permettra d'assurer la cinématique du demi-train du véhicule et la reprise des efforts appliqués à ce demi-train du véhicule. En fonctionnement, le stator 1 du moteur 29 entraîne en rotation l'arbre cannelé 5 pour transmettre le couple à travers la douille 7. Le renvoi d'angle 30 est assuré par le pignon conique 9 pour permettre le passage du 35 couple à la roue conique 15. Le train épicycloïdal 31 assure alors le passage du couple vers le moyeu. Le couple est alors transmis au moyeu 27, puis à la roue 104. Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle 5 comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. Liste des Références 0 Châssis 102 Carter de renvoi d'angle 1 Stator moteur de traction 103 Carter de sortie train épicycloïdal 2 Rotor moteur de traction 3 Roulement rotor 1 4 Roulement rotor 2 Arbre cannelé 6 Cage à aiguilles 7 Douille à billes 8 Roulement pignon conique 9 Pignon conique Roulement du porte-satellites 1 11 Roulement de roue 12 Roulement planétaire 1 13 Roulement planétaire 2 14 Roulement du satellite Roue conique 16 Ecrou 17 Planétaire central arbré 18 Porte-satellites 1 19 Porte-satellites 2 Joint d'étanchéité 21 Disque de frein 22 Entretoise 23 Couronne 24 Carter moteur 1 Carter moteur 2 26 Amortisseur de rotation 27 Moyeu 28 Satellite 29 Moteur de traction 30 Renvoi d'angle 31 Train épicycloïdal 67 - Tube de guidage / Jambe 105 de force REVENDICATIONS1. Système d'entraînement d'une roue (104) d'un véhicule comprenant au moins un moteur électrique (29) destiné à être rattaché à un châssis dudit véhicule et un dispositif de transmission entre un arbre dudit moteur et un moyeu de la roue, caractérisé en ce que le dispositif de transmission comprend au moins un arbre de transmission (5, 7 ) et au moins un réducteur destiné à être lié au moyeu. 2. Système d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de transmission (5, 7) du dispositif de transmission est télescopique. 3. Système d'entraînement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre de transmission (5, 7) télescopique comprend un arbre au moins partiellement cannelé (5), apte à coulisser à l'intérieur d'un arbre (7) au moins partiellement creux de forme correspondante. 4. Système d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'arbre télescopique (5, 7) appartient au moins partiellement à une jambe de suspension. 5. Système d'entraînement selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réducteur (31) est un réducteur à train épicycloïdal. 6. Système d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un dispositif de renvoi d'angle (102) 30 est disposé entre l'arbre de transmission (5, 7) et le réducteur (31. 7. Système d'entraînement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de renvoi d'angle (10) comprend au moins un pignon conique (9). 35 8. Système d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moteur électrique (29) est un moteur- générateur et en ce que le dispositif de transmission est réversible. 9. Système d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de transmission est débrayable de manière à permettre un entraînement de la roue (104) par un autre moteur, notamment thermique dans le cas de véhicules hydrides. 10. Système d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est associé à un système de direction comprenant au moins un dispositif de liaison entre un châssis dudit véhicule et un porte-moyeu de ladite roue, caractérisé en ce que le dispositif de liaison comprend au moins un arbre de liaison au châssis et au moins une jambe de direction, destinée à être reliée audit porte-moyeu de la roue, et montée mobile en rotation autour d'un axe sensiblement longitudinal dudit arbre de liaison. 11. Véhicule, notamment de type électrique ou hybride, 20 comprenant au moins une roue (104), caractérisé en ce que ladite roue est équipée d'un système d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.