Brevet FR3099895A1 — publié le 20210219

Description Titre de l'invention : Moteur élastique et train roulant pour véhicule [0001] La présente invention concerne un moteur élastique, destiné à entraîner en rotation un train roulant, ainsi qu'un train roulant pour véhicule comprenant un tel moteur élastique. [0002] Un véhicule terrestre automobile est mû par l'intermédiaire d'un ou plusieurs moteurs qui propulsent le véhicule, de roues, qui supportent le véhicule et qui sont mises en rotation grâce à un ensemble d'organes de transmission qui transmettent le couple du moteur aux roues avant et/ou u-rières via un ou plusieurs arbres d'entraînement. [0003] Le couple qu'un moteur électrique, thermique ou hybride doit fournir pour permettre à un véhicule de mettre en rotation les roues, lorsque l'on souhaite faire passer le véhicule d'un état arrêté à un état de déplacement, est extrêmement important. [0004] Aussi, le couple que le moteur doit fournir pour entretenir la rotation des arbres d'entraînement lorsque le véhicule se trouve dans certaines attitudes comme une phase de montée ou lors d'une phase d'accélération, est également très important relativement au couple que le moteur doit fournir lorsque le moteur est en régime de croisière à une vitesse modérée. [0005] Ces couples élevés, nécessaires aux phases de démarrage d'un véhicule et lorsque le véhicule est en montée ou en phase d'accélération, sont extrêmement consommateurs de carburant lorsque le véhicule est équipé d'un moteur thermique, et extrêmement consommateurs d'énergie électrique lorsque le véhicule est équipé d'un moteur électrique. [0006] La présente invention vise à fournir un dispositif permettant de réduire la consommation d'énergie d'un véhicule à moteur thermique, électrique ou hybride. [0007] Pour ce faire, la présente invention concerne un moteur élastique pour véhicule, re- marquable en ce qu'il comprend un moyen d'accumulation d'énergie, engrenant un premier arbre connecté à l'une de ses extrémités à un moteur auxiliaire et à son autre extrémité à un second arbre par l'intermédiaire d'une roue libre, le second arbre étant assujetti à un moyen de transmission destiné à être en liaison permanente avec un train roulant du véhicule. [0008] Ainsi, le moteur auxiliaire permet dc façon simple dc charger le moyen d'accumulation d'énergie qui, lorsqu'il se décharge, transmet son énergie mécanique par l'intermédiaire d'un unique arbre relié à un moyen de transmission en prise avec le train roulant du véhicule. [0009] On obtient ainsi de manière extrêmement simple un moteur élastique qui, lorsque le moyen d'accumulation d'énergie se décharge, confère au train roulant auquel il est 2 relié un couple moteur qui vient en complément du couple moteur généré par un moteur annexe du véhicule. [0010] En variante, lorsque le moyen d'accumulation d'énergie se décharge, il confère au train roulant auquel il est relié un couple moteur qui remplace le couple moteur généré par un moteur annexe du véhicule, généralement thermique, électrique ou hybride. [0011] En variante, le moteur élastique selon l'invention peut être utilisé pour conférer au train roulant auquel il est relié un couple initial, permettant de faire avancer le véhicule depuis un état statique. [0012] Cela permet de faire avancer le véhicule sur une courte distance sans que le moteur annexe ne fonctionne, ce qui permet de réduire la consommation électrique lorsque le moteur du véhicule est électrique ou la consommation de carburant lorsque le véhicule est équipé d'un moteur thermique. Une fois que le moyen d'accumulation d'énergie est complètement déchargé, le moteur annexe du véhicule peut prendre le relais, et/ou le moteur auxiliaire charge à nouveau le moyen d'accumulation d'énergie. [0013] Selon des caractéristiques optionnelles du moteur élastique de l'invention : - le moyen d'accumulation d'énergie est un moyen élastique d'accumulation d'énergie ; - le moyen d'accumulation d'énergie comprend une lame élastique enroulée sur elle-même et solidaire à son extrémité extérieure de la surface intérieure d'un tambour et fixée à son extrémité intérieure à la surface extérieure du premier arbre ou à l'intérieur dudit premier arbre ; - le moteur auxiliaire est directement assujetti en liaison axiale au premier arbre ; - le moyen de transmission est un premier pignon conique destiné à engrener un second pignon conique solidaire du train roulant ; - le premier pignon conique est solidaire du second arbre et est agencé axialement par rapport au second arbre ; - en variante, le moyen de transmission comporte un système roue et vis sans fin ou un cardan. [0014] La présente invention concerne également un train roulant pour véhicule, re- marquable en ce qu'il comporte au moins un moteur élastique selon l'invention, agencé perpendiculairement à un train de transmission du véhicule axé selon la direction de mobilité de roues motrices dudit train roulant. [0015] Selon des caractéristiques optionnelles du train roulant de l'invention : - le moteur élastique est logé dans l'habitacle du véhicule, de préférence à l'avant ou à l'arrière du véhicule ; - le train roulant comprend un moteur élastique positionné sur chacun des arbres d'entraînement d'un train avant et/ou arrière dudit train roulant. [0016] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de 3 la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : [0017] [fig.1] est une vue schématique d'un train roulant engrené par un moteur élastique selon l'invention. [0018] [fig.2] est une vue partielle simplifiée en perspective d'un moyen d'accumulation d'énergie selon un mode de réalisation de l'invention. [0019] [fig.3] est une vue schématique de quatre moteurs élastiques assemblés sur un train simplifié. [0020] Sur l'ensemble des figures, des références identiques ou analogues représentent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues. [0021] On se réfère à la figure 1 sur laquelle on a représenté schématiquement un train roulant engrené par un moteur élastique selon l'invention. [0022] Le moteur élastique 1 selon l'invention comprend un moyen d'accumulation d'énergie 2 destiné à mettre en rotation un train roulant 3 en complément d'un moyen de propulsion annexe conventionnel d'un véhicule automobile. [0023] En variante, le moteur élastique 1 de l'invention peut être utilisé non pas en complément du moyen de propulsion conventionnel du véhicule, mais en remplacement de ce moyen de propulsion annexe conventionnel. [0024] Le moteur élastique 1 de la présente invention permet d'assister ou d'utiliser uniquement la propulsion du véhicule lors des phases d'accélération voire de démarrage, en limitant l'utilisation du moyen de propulsion conventionnel ou en ne l'utilisant pas du tout, et ainsi en limitant la consommation d'énergie de ce dernier. [0025] Le moteur élastique de l'invention peut ainsi se substituer au moteur annexe du véhicule, généralement thermique, électrique ou hybride. Dans ce cas, le moteur élastique de l'invention devient le moteur principal du véhicule. [0026] A cet effet, le moteur élastique 1 accumule de l'énergie et la restitue aux roues motrices par l'intermédiaire du train roulant 3, pour contribuer à leurs mobilités lors de la conduite du véhicule. [0027] L'énergie accumulée peut être utilisée selon des besoins déterminés dans un temps voulu, selon une quantité désirée selon les besoins ponctuels déterminés par une centrale de commande et de gestion, non représentée. [0028] La centrale de commande et de gestion est configurée pour gérer l'énergie disponible du moteur élastique 1 pour assister voire substituer le moyen de propulsion conventionnel du véhicule, au cours de phases de mobilité déterminées. [0029] Le moteur élastique 1 comprend ainsi un moyen d'accumulation d'énergie 2, un moteur auxiliaire 5, un axe, et un moyen de transmission destiné à mettre en rotation le train roulant 3. [0030] Le moyen d'accumulation d'énergie 2 est un moyen élastique d'accumulation d'énergie. [0031] Selon le mode de réalisation illustré, l'axe comprend un premier arbre 8 enchâssé dans le moyen d'accumulation d'énergie 2, et un second arbre 9 emmanché autour d'une partie du premier arbre 8 par l'intermédiaire d'une roue libre 11, dont l'une des extrémités du second arbre 9 est assujetti au moyen de transmission, tel que décrit plus en détail dans la suite de la description. [0032] On se réfère à la figure 2 illustrant une réalisation du moyen d'accumulation d'énergie 2. [0033] Le moyen d'accumulation d'énergie 2 est composé d'une lame 10 élastique. La lame 10 élastique est de préférence souple et flexible, ce qui lui permet d'être enroulée sur elle-même et d'être solidaire à son extrémité extérieure de la surface intérieure d'un tambour 12. [0034] La lame 10 élastique est par ailleurs fixée à son extrémité intérieure directement à la surface extérieure du premier arbre 8. En variante, la lame 10 peut être fixée à l'intérieur de l'arbre 8, grâce à une fente pratiquée longitudinalement sur l'arbre 8. [0035] La lame 10 élastique peut être obtenue dans un matériau métallique. En variante, la lame 10 élastique peut être obtenue dans un matériau composite, par exemple en fibres de carbone, ceci afin de réduire la masse de la lame 10 et d'augmenter sa résistance. [0036] Le premier arbre 8 traverse le tambour 12 de part en part de manière axiale, en son centre. [0037] Le tambour 12 comprend une paroi intérieure cylindrique, cloisonnée à ses ex- trémités par une paroi inférieure et une paroi supérieure. [0038] La paroi inférieure et la paroi supérieure comprennent chacune un orifice centré selon l'axe de révolution de la paroi cylindrique, par lesquels est enchâssé le premier arbre 8. [0039] La lame 10 élastique est logée dans le tambour 12, tandis que le tambour 12 est destiné à être assujetti solidairement au châssis du véhicule, de manière à ce qu'il soit fixe en position relativement au châssis du véhicule, tant en rotation qu'en translation. [0040] Selon un mode de réalisation, le tambour 12 comprend plusieurs rainures réparties sur sa paroi intérieure. A titre d'exemple, le tambour 12 comporte dix rainures, pouvant être réparties de façon homogène. Les rainures sont agencées parallèlement à l'axe de révolution de la paroi cylindrique. Le premier arbre 8 comprend lui aussi une rainure le long d'au moins une partie de l'une de ses génératrices. [0041] La lame 10 élastique est enchâssée à la fois dans l'une des rainures du tambour 12 et dans la rainure du premier arbre 8, pour la solidarisation de la lame 10 élastique au tambour 12 et au premier arbre 8. [0042] Selon une caractéristique, les rainures pratiquées au niveau de la paroi intérieure du tambour présentent un dimensionnement sensiblement égal à celle d'une génératrice du tambour 12. [0043] Ajoutons que l'une des extrémités du premier arbre 8 est assujetti au moteur auxiliaire 5. [0044] Selon le mode de réalisation illustré, le moteur auxiliaire 5 est directement assujetti en liaison axiale au premier arbre 8. [0045] Selon le mode de réalisation précédent, une connexion directe du premier arbre 8 au moteur auxiliaire 5, permet une transmission de couple optimisée, en limitant les pertes ducs à des éléments intermédiaires de transmission. [0046] Ainsi, la lame 10 élastique est destinée à être enroulée autour du premier arbre 8 par la mise en fonctionnement du moteur auxiliaire 5. [0047] Précisons que le sens de rotation du moteur auxiliaire 5 est à l'opposé du dé- roulement de la lame 10, à savoir dans le sens opposé de rotation du premier arbre 8 lors de l'entraînement du train roulant 3 en marche avant. [0048] Le moteur auxiliaire 5 est avantageusement un moteur électrique. [0049] Le moteur auxiliaire 5 est avantageusement alimenté par une batterie auxiliaire, mais il pourrait en être autrement et être alimenté directement par la batterie principale du véhicule. [0050] Selon un mode de réalisation, la batterie auxiliaire peut être alimentée par la batterie principale ou directement par un alternateur du véhicule à moteur thermique, électrique ou hybride. [0051] La centrale de commande gère des cycles d'accumulation et de restitution d'énergie du moteur élastique 1 selon l'invention, selon les capacités du moteur auxiliaire 5 et de la batterie. [0052] Selon le mode de réalisation illustré, le moyen de transmission comporte un premier pignon conique 6 destiné à engrener un second pignon conique 7 solidaire du train roulant 3. [0053] Selon une variante non représentée, le moyen de transmission comporte un ensemble roue et vis sans fin, ou un cardan, ou une courroie. En fait, tout moyen connu de l'homme du métier pour renvoyer un mouvement de rotation entre deux axes non parallèles peut être utilisé dans le cadre de la présente invention. [0054] Précisons que le premier pignon conique 6 et le second pignon conique 7 constitue un jeu d'engrenages. [0055] Ajoutons que le moteur élastique 1 est destiné à être relié au train roulant 3, à savoir au train avant et/ou au train arrière d'un véhicule. [0056] Un train avant et/ou arrière comprennent chacun deux arbres d'entraînement agencés en opposition. [0057] L'invention concerne également un train roulant 3 comprenant un train avant et/ou arrière équipé(s) d'au moins un moteur élastique 1 selon l'invention. 6 [0058] Selon le mode de réalisation illustré, le train avant et/ou arrière comprend un second pignon conique 7 engrené par le premier pignon conique 6 solidaire du deuxième arbre 9 du moteur élastique 1. [0059] Précisons que la rotation du train avant et/ou arrière engrène en permanence le second arbre 9. [0060] Le premier arbre 8 étant monté en roue libre sur le second arbre 9, la rotation en sens inverse du premier arbre 8 par rapport au second arbre 9 par le moteur auxiliaire 5 enroule la lame 10 élastique autour du premier arbre 8. [0061] La libération du moyen d'accumulation d'énergie 2, engendre la rotation du premier arbre 8 dans le même sens que celui du second arbre 9. [0062] Précisons que la rotation du premier arbre 8 dans le même sens que celui du second arbre 9, entraîne l'engrènement du second arbre 9 par le premier arbre 8 par l'intermédiaire de la roue libre 11, apportant un gain de puissance aux roues motrices. [0063] Le déroulement de la lame 10 élastique autour du premier arbre 8 étant très rapide, voire quasi-instantané, la libération du moyen d'accumulation d'énergie 2 engendre une accélération de la rotation du second arbre 9. Cc gain d'accélération est directement transmis aux roues motrices par l'arbre d'entraînement du train roulant 3. [0064] La centrale de commande intègre par anticipation ce gain d'accélération lors des rampes d'accélération ou de démarrage du véhicule. [0065] Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 3, le train roulant 3 comprend quatre moteurs élastiques 1. [0066] Comme représenté à la figure 3, les quatre moteurs élastiques 1 peuvent être répartis en quinconce, c'est-à-dire que les lames 10 élastiques sont disposées en quinconce l'une pat- rapport à l'autre entre les moteurs élastiques 10 adjacents. Cela permet d'optimiser l'agencement des moteurs élastiques au sein du véhicule. Bien sûr, il peut être envisagé de ne pas disposer ces moteurs élastiques en quinconce. Dans ce cas, la lame 10 élastique d'un moteur élastique 1 se trouve en regard de la lame 10 élastique du moteur élastique 1 adjacent. [0067] Selon les modes de réalisation précédents, les moteurs élastiques 1 peuvent fonctionner en série ou en simultané, ou encore plus avantageusement de façon séquencée. [0068] Selon un exemple d'utilisation du dispositif de l'invention, la centrale de commande du véhicule pilote de façon séquencée quatre moteurs auxiliaires 5. [0069] A titre d'exemple illustratif, lorsque le véhicule est initialement à l'arrêt, le couple à fournir pour faire avancer le véhicule sans que le moteur annexe ne fournisse de couple nécessite l'actionnement des quatre moteurs auxiliaires 5 Ensuite, une fois que le véhicule se déplace, le moteur annexe du véhicule peut prendre le relais, ou non. [0070] Afin de fournir à l'arbre d'entraînement des roues un couple supplémentaire lorsque 7 le véhicule se déplace, la centrale de commande du véhicule actionne dc façon séquencée par exemple un ou plusieurs moteurs auxiliaires, selon la vitesse du véhicule, le relief de la route. [0071] Selon un mode d'exécution, au moins un moteur élastique 1 est assemblé à un train avant du véhicule. Selon un autre mode de réalisation, au moins un moteur élastique 1 est assemblé à un train arrière du véhicule. [0072] Selon une autre réalisation, au moins un premier moteur élastique est assemblé au train avant du véhicule et au moins un deuxième moteur élastique est assemblé au train arrière du véhicule. [0073] Selon les modes de réalisation précédents, au moins un moteur élastique 1 est assemblé sur le train moteur, à savoir sur le train avant pour une traction avant et sur le train arrière pour une propulsion. [0074] Notons qu'un moteur élastique 1 est positionné au niveau d'un arbre d'entraînement d'un train avant et/ou arrière. [0075] Précisons que de manière avantageuse, au moins un moteur élastique 1 est positionné sur chacun des arbres d'entraînement d'un train avant et/ou arrière. [0076] Aussi, le ou les moteur(s) élastique(s) 1 de l'invention peut/peuvent être avanta- geusement logé(s) dans l' habitacle, à l'avant ou à l'arrière du véhicule. De préférence, le ou les moteur(s) élastique(s) est/sont localisés dans le logement destiné à recevoir conventionnellement une roue de secours, en dessous dc l'espace intérieur du coffre. [0077] Selon une caractéristique, le moteur élastique 1 est agencé perpendiculairement au train de transmission du véhicule, axé selon la direction de mobilité des roues motrices. [0078] Selon une caractéristique du moteur élastique de l'invention, dans le cas où l'on souhaite exécuter une marche arrière, on prévoit un moteur élastique dont l'enroulement de la lame 10 élastique et le sens de la roue libre sont inversés par rapport aux lames 10 élastiques adjacentes, ce qui permet, en actionnant uniquement le moteur auxiliaire relié à la lame 10 élastique inversée, d'inverser le mouvement de rotation de l'arbre d'entraînement. [0079] Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le fait de prévoir plusieurs rainures dans la paroi interne du tambour permet, d'une part, de maintenir la lame élastique en position dans le tambour et, d'autre part, d'éviter une rupture de la lame lorsque le moteur auxiliaire ernoule la lame élastique. En effet, lors de rotation du moteur auxiliaire, l'extrémité de la lame peut ainsi être enchâssée tour à tour à l'intérieur des différentes rainures réparties sur la paroi intérieure du tambour. On augmente ainsi la sécurité du dispositif de l'invention. [0080] La description qui précède donne des exemples de réalisation de trains roulants comportant un ou quatre moteurs élastiques. Bien sûr, le nombre de moteur(s) élastique(s) par train roulant peut être adapté à volonté sans sortir du cadre de la 8 présente invention, en fonction de la puissance que l'on souhaite fournir au véhicule. En particulier, il est envisagé de prévoir deux ou trois moteurs élastiques sur l'un des trains roulants ou sur chaque train roulant. [0081] Grâce à la présente invention, le moteur élastique est un dispositif de restitution d'énergie qui fournit une énergie mécanique après que le moyen élastique a été chargé. De manière avantageuse, les moteurs auxiliaires des moteurs élastiques de l'invention peuvent être actionnés de façon sélective indépendamment les uns des autres, contrairement aux pistons d'un moteur thermique qui sont nécessairement entraînés en simultané. La présente invention est désignée par l'acronyme anglais « EMS » pour « Elastic Motor Systcm ». [0082] Comme il va de soi, la présente invention ne se limite pas aux seules formes de réa- lisation de ce moteur élastique et train roulant pour véhicule, décrites ci-dessus uniquement à titre d'exemples illustratifs, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes faisant intervenir les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. 9 REVENDICATIONS[Revendication I] Moteur élastique ( ) pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'accumulation d'énergie (2), engrenant un premier arbre (8) connecté à l'une de ses extrémités à un moteur auxiliaire (5) et à son autre extrémité à un second arbre (9) par l'intermédiaire d'une roue libre (11), le second arbre (9) étant assujetti à un moyen de transmission destiné à être en liaison permanente avec un train roulant (3) du véhicule. [Revendication 2] Moteur élastique ( ) selon la revendication I, caractérisé en ce que le moyen d'accumulation d'énergie (2) est un moyen élastique d'accumulation d'énergie. [Revendication 3] Moteur élastique (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen d'accumulation d'énergie (2) comprend une lame (10) élastique enroulée sur elle-même et solidaire à son extrémité extérieure de la surface intérieure d'un tambour (12) et fixée à son extrémité intérieure à la surface extérieure du premier arbre (8) ou à l'intérieur dudit premier arbre (8). [Revendication 4] Moteur élastique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moteur auxiliaire (5) est directement assujetti en liaison axiale au premier arbre (8). [Revendication 5] Moteur élastique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de transmission est un premier pignon conique (6) destiné à engrener un second pignon conique (7) solidaire du train roulant (3). [Revendication 6] Moteur élastique (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier pignon conique (6) est solidaire du second arbre (9) et est agencé axialement par rapport au second arbre (9). [Revendication 7] Moteur élastique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de transmission comporte un système roue et vis sans fin ou un cardan. [Revendication 8] Train roulant (3) pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moteur élastique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, agencé perpendiculairement à un train de transmission du véhicule axé selon la direction de mobilité de roues motrices dudit train roulant (3). [Revendication 9] Train roulant (3) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moteur élastique (1) est logé dans l'habitacle du véhicule, de préférence 10 à l'avant ou à l'arrière du véhicule. [Revendication 10] Train roulant (3) selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en cc qu'il comprend un moteur élastique (1) positionné sur chacun des arbres d'entraînement d'un train avant et/ou arrière dudit train roulant.