Brevet FR3121120A1 — publié le 20220930

Roue (1) motorisée pour plateforme mobile, comprenant un moyeu (10), un agencement de moteur, un mécanisme de transmission, système de guidage en rotation monté de manière mobile en rotation autour du deuxième logement, et au moins un organe de roulage (50) comprenant une jante montée de manière mobile en rotation sur lesdits systèmes de roulement à billes, un bandage (520) monté sur ladite jante afin de permettre le roulage de la roue (1) sur le sol et une flasque (530) solidaire à la fois de la jante et du mécanisme de transmission afin de transmettre la force à couple réduit reçue du mécanisme de transmission à l’organe de roulage (50). Figure pour l’abrégé : Fig 1 Roue motorisée électriquement pour plateforme mobile La présente invention se rapporte au domaine des plateformes mobiles et concerne plus particulièrement une roue motorisée électrique pour plateforme mobile, notamment pour plateforme mobile de manutention, de travail ou d’accès. Dans l’industrie, il est connu d’utiliser des plateformes mobiles munies de roues pour réaliser un certain nombre de tâches. Par exemple, il est connu d’utiliser des chariots à roues, des postes de travail à roues, des plateformes d’accès à roues, par exemple pour avion, des robots de manutention à roues, etc. Plus généralement, parmi ces plateformes mobiles, on distingue notamment les plateformes motorisées (Self Propelled Modular Transporters ou SPMT), les véhicules guidés automatiquement (Automated Guided Vehicles ou AGV), les véhicules guidés manuellement (Manually Guided Vehicles ou MGV) et les robots mobiles autonomes (Autonomous Mobile Robots ou AMR). A titre d’exemple, dans le domaine de la manutention, il est connu d’utiliser des plateformes mobiles, notamment robotisées, pour soulever ou déplacer des charges lourdes. De manière connue, une telle plateforme comporte des roues motorisées électriquement, par exemple deux ou quatre, équipées ou non d’un système de direction. Plus la plateforme mobile est compacte, plus elle peut se glisser facilement sous une charge et tourner sur une surface réduite afin de déplacer ladite charge de manière précise, notamment dans des couloirs étroits. Or, les plateformes mobiles existantes présentent souvent des dimensions trop importantes pour manœuvrer des charges lourdes, par exemple de plusieurs tonnes, sur des surfaces réduites, par exemple de l’ordre de quelques mètres carrés ou dans des passages étroits, tels que des couloirs, dont la largeur est par exemple inférieure à 1 m. En outre, la hauteur importante des plateformes mobiles existantes empêche en général de les glisser sous des charges lourdes existantes pour les soulever. Cela est en partie dû à leurs roues motorisées qui ne sont pas suffisamment compactes. Parmi les roues motorisées électriquement, on distingue les roues unitaires motorisées électriquement et les ensembles de roues motorisées électriquement. Une roue unitaire motorisée électriquement peut être uniquement motrice ou bien à la fois motrice et directrice. Les documents CN105751892, CN210617839 et CN103895695 décrivent une roue unitaire motorisée électriquement à la fois motrice et directrice. Dans ces solutions, les roues motrices et directrices sont conçues en intégrant un plateau tournant motorisé à couronne positionné au-dessus de la roue motrice. La roue motrice doit avoir un diamètre et une largeur de bandage suffisamment importants pour supporter à elle seule la totalité de la charge. Ce type de solution augmente l’encombrement en hauteur à cause de l’empilement du système de traction et de direction. De plus, la direction s’effectue par dérapage (ou « ripage ») du bandage de roue sur le sol, ce qui réduit fortement la précision de déplacement nécessaire aux plateformes mobiles, notamment robotisées, et à toute opération de positionnement. Ce type de solution est la plus exploitée par les industriels. Le document CN110316279 décrit un ensemble à deux roues motrices reliées par un différentiel et dont la direction se fait par une couronne dentée motorisée. Dans cette solution, le moteur est placé à 90° avec un réducteur à renvoi d’angle et le système d’engrenage est placé au-dessus du moteur, ce qui est encombrant. Le document US7159677 décrit un ensemble à double roue motrice pour fauteuil d’handicapé. Dans cette solution, le moteur est placé entre les deux roues, ce qui est encombrant. De plus, un tel ensemble n’est pas adapté pour être monté sur une plateforme mobile de manutention, de travail ou d’accès. Le document CN105292971 décrit un ensemble directeur à double roue motrice. Dans cette solution, deux roues motrices sont montées en vis à vis entre un plateau rotatif non motorisé, la direction se faisant par différentiel de vitesse entre les deux roues. Cette solution a pour avantage de réduire fortement la hauteur du système et d’améliorer grandement la précision de déplacement en limitant le dérapage de roues lors du changement de direction. Elle a pour inconvénient d’augmenter fortement la largeur du système à cause de l’empilement des deux roues motrices qui ne sont pas suffisamment compactes. Cet inconvénient la rend actuellement peu exploitable par les industriels. Par ailleurs, il est nécessaire d’utiliser un organe de freinage, notamment pour le service et le parking, afin de garantir la sécurité des biens et des personnes. Cependant, dans les solutions existantes, un tel organe de freinage est généralement agencé en regard du moteur, ce qui augmente le volume de la roue ou de l’ensemble de roues. Il existe donc un besoin d’une solution compacte et performante de roue motorisée permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients. A cette fin, un des buts de l’invention est de proposer une roue motorisée compacte et précise permettant de réduire la taille des plateformes mobiles tout en augmentant la précision de leur mobilité. Un autre but de l’invention est de proposer un ensemble de roues comprenant au moins deux roues motorisées permettant de rendre ledit ensemble à la fois moteur et directeur. A cette fin, l’invention a tout d’abord pour objet une roue motorisée pour plateforme mobile, ladite roue comprenant : - un moyeu monobloc comprenant un premier logement de forme cylindrique définissant un premier espace intérieur et un deuxième logement de forme cylindrique s’étendant de manière coaxiale au premier logement et définissant un deuxième espace intérieur communicant avec le premier espace intérieur, le premier logement étant adapté pour être fixé sur la plateforme, - un arbre d’entrainement disposé de manière coaxiale avec le premier logement et le deuxième logement, - un agencement de moteur logé, de préférence intégralement, dans ledit premier espace intérieur, comprenant un moteur annulaire sans balais relié audit arbre d’entrainement et adapté pour générer un couple d’entrainement en rotation dudit arbre et un organe de freinage, ledit moteur annulaire comprenant un corps de moteur, un stator de forme annulaire monté sur ledit corps de moteur coaxialement par rapport à l’arbre d’entrainement et comportant une pluralité de bobinages et un rotor de forme cylindrique monté solidairement et coaxialement sur l’arbre via un disque de rotor de manière mobile par rapport au stator afin d’entrainer l’arbre en rotation lorsque les bobinages du stator sont alimentés par un courant électrique, ledit organe de freinage du rotor étant monté autour de l’arbre d’entrainement de manière coaxiale avec ledit arbre d’entrainement à l’intérieur du moteur annulaire en étant contenu dans l’épaisseur de l’agencement de moteur, - un capteur monté sur le corps du moteur et un aimant monté sur l’extrémité de l’arbre, ledit capteur étant configuré pour déterminer la position angulaire de l’arbre d’entrainement à partir dudit aimant afin de piloter la roue, - un mécanisme de transmission logé, de préférence intégralement, dans le deuxième espace intérieur, relié solidairement à l’arbre et comprenant un ensemble réducteur de vitesse adapté pour recevoir le couple d’entrainement en rotation de l’arbre afin d’en réduire la vitesse tout en en augmentant le couple, - un système de guidage en rotation monté de manière mobile en rotation autour du deuxième logement, - au moins un organe de roulage comprenant une jante montée sur ledit système de guidage en rotation, un bandage monté sur ladite jante afin de permettre le roulage de la roue sur le sol et un flasque solidaire à la fois de la jante et du mécanisme de transmission afin de transmettre le couple augmenté reçu du mécanisme de transmission à l’organe de roulage, la largeur de la jante et du bandage étant inférieure ou égale à la longueur du deuxième logement. Une telle architecture rend la roue particulièrement compacte, notamment en largeur. Notamment, l’intégration des fonctions de réduction de vitesse et de guidage en rotation de la roue en parallèle dans la largeur du bandage d’une part et l’intégration des fonctions de motorisation et de freinage en parallèle dans la largeur d’autre part permettent de minimiser leur encombrement et de rendre la roue très compacte. Notamment, l’agencement du stator/rotor moteur étant de type annulaire, car cela permet de rendre la roue particulièrement compacte en largeur, d’avoir un fort couple du fait de son grand diamètre et de disposer d’un espace intérieur suffisant pour loger l’organe de freinage. De plus, une telle architecture permet la suppression de l’accouplement et du palier intermédiaire entre le moteur et le réducteur, ce qui réduit significativement l’épaisseur du système. Ensuite, le nombre limité de composants permet de satisfaire les exigences de poids et d’encombrement. Notamment, la compacité apportée par l’agencement des composants de la roue permet d’utiliser des matériaux de faible résistance mécanique, notamment des matériaux légers tels que par exemple un alliage d’aluminium, pour certaines pièces telles que le moyeu et/ou le corps de moteur, rendant ainsi la roue compacte. Ensuite, les composants de la roue et leur agencement relatif permet à la roue de s’adapter à une pluralité de charges, notamment des charges allant de plusieurs centaines de kilogrammes à plusieurs tonnes, par exemple de 100 kilogrammes à 10 tonnes. La roue selon l’invention, notamment le couple important fourni par le mécanisme de transmission (effort de traction), permet à la roue de s’adapter à différents types de sol (béton, bitume…), à différentes états du sol (humidité, température, projections d’eau, …), à différentes géométries du sol (pente, défauts, …). L’organe de freinage permet notamment le freinage de service et de parking pour garantir la sécurité des biens et des personnes. Selon un aspect de l’invention, le stator et le rotor sont agencés de sorte que le flux électromagnétique généré par le stator et le rotor en rotation n’interfère pas avec le flux électromagnétique généré par l’organe de freinage. Par exemple, l’ensemble stator/rotor peut être à flux radial et l’organe de freinage à flux axial ou bien l’ensemble stator/rotor et l’organe de freinage peuvent être tous deux à flux axial. De préférence, l’ensemble stator/rotor et l’organe de freinage sont séparés d’une distance d’au moins 5 mm afin d’éviter les interférences entre leurs champs électromagnétiques. De préférence encore, l’ensemble stator/rotor et l’organe de freinage sont séparés du capteur d’une distance d’au moins 10 mm afin d’éviter les interférences entre leurs champs électromagnétiques. De préférence, le corps de moteur, le disque de rotor et l’arbre d’entrainement sont réalisés en un matériau amagnétique afin de ne pas permettre au flux électromagnétique généré par le stator et le rotor en rotation et/ou au flux électromagnétique généré par l’organe de freinage d’interférer avec les mesures du capteur. Selon un aspect de l’invention, le moteur sans balais (ou « brushless ») est de type moteur synchrone à aimants permanents (PMSM ou BLDC), qui permet d’atteindre des performances de positionnement élevé. En effet, un tel moteur permet de disposer d’un couple très important pour le passage d’obstacles, d’une très grande plage de vitesses d’utilisation et d’un rendement élevé parfait pour une roue compacte, fonctionnant notamment sur batterie. Un tel moteur peut fonctionner dans les quatre quadrants, ce qui permet de réaliser la fonction de freinage de service nécessaire aux plateformes mobiles. De plus, la régénération d'énergie permet de recharger les batteries. Selon une caractéristique de l’invention, l’organe de freinage est contenu intégralement dans l’espace intérieur du stator afin de réduire l’encombrement de l’ensemble formé par le moteur et l’organe de freinage, rendant ainsi la roue plus compacte. Selon une caractéristique de l’invention, l’organe de freinage est un frein électromagnétique à aimant permanent, ce qui procure un freinage de sécurité à manque d’énergie, qui est une technologie compacte à fort couple de freinage, sans entretien et pouvant fonctionner dans une plage de température élevée. De manière préférée, l’agencement de moteur comprend un corps qui se présente sous la forme d’une pièce métallique monobloc, de préférence en alliage d’aluminium, comportant une embase, présentant une forme d’anneau, et une portion de support cylindrique dont l’axe longitudinal est confondu avec l’axe de révolution de l’embase, le stator étant monté autour de la portion de support et l’organe de freinage étant monté dans la portion de support. Un tel corps permet de monter aisément le stator, le rotor et l’organe de freinage en parallèle dans un espace de taille réduite. Dans une forme de réalisation, l’agencement de moteur comprend un rotor externe et un stator interne annulaire. Cette conception permet d’obtenir un fort couple car les aimants du rotor sont positionnés à l'extérieur du stator sur un grand diamètre. Il dispose en plus d’un grand espace intérieur, utile pour le logement du frein. Il est très compact en épaisseur ce qui permet de réduire l’encombrement de la roue motrice. Dans une autre forme de réalisation, l’agencement de moteur comprend un rotor interne annulaire et un stator externe. Cette disposition permet de fixer directement le stator sur le moyeu et donc de faciliter la dissipation thermique. Selon une caractéristique de l’invention, le mécanisme de transmission comprend un ensemble réducteur de vitesse adapté pour recevoir le couple d’entraînement en rotation de l’arbre et en réduire la vitesse. De préférence, l’ensemble réducteur de vitesse comprend un élément de boîtier, dans lequel est monté un simple train épicycloïdal ou un double train épicycloïdal. Avantageusement, le double train épicycloïdal comprend : - un premier train épicycloïdal comprenant un premier porte-satellites équipé de trois pignons satellites tournant autour d’une couronne à denture intérieure constituant un premier étage de réduction. Il est entraîné par le pignon solaire de l’arbre moteur. - un second train épicycloïdal comprenant un porte-satellites équipé de trois pignons satellites tournant autour de la couronne constituant le second étage de réduction. Il est entraîné par un second pignon solaire emmanché en sortie du premier porte satellite. Dans une forme de réalisation, le mécanisme de transmission comprend en entrée un palier et un pignon solaire comportant un axe, le palier étant fixé à la structure intérieure de la deuxième portion cylindrique du moyeu, l’arbre d’entrainement reposant dans le palier et étant relié de manière solidaire à l’axe du pignon solaire afin de recevoir le couple d’entrainement en rotation de l’agencement de moteur et entrainer ainsi les pignons satellites de l’ensemble réducteur de vitesse et donc l’organe de roulage par démultiplication de couple. De préférence, le moyeu comporte des ailettes d’évacuation de la chaleur générée par l’agencement de moteur afin d’augmenter les performances de la motorisation, notamment de la puissance fournie par le moteur. Selon un aspect de l’invention, le capteur est de type codeur rotatif et permet la commutation des phases du moteur sans balais et son asservissement en vitesse et position (système bouclé). L’invention concerne également un ensemble directeur à double roue motorisée comprenant au moins deux roues motorisées telles que présentées précédemment, chaque roue étant apte à être pilotée indépendamment de l’autre roue afin de permettre de diriger ledit ensemble, notamment en rotation. L’invention concerne également une plateforme mobile, notamment de manutention ou de déplacement, comprenant un bâti, au moins deux roues telles que présentées précédemment montées sur ledit bâti. La plateforme mobile selon l’invention permet de déplacer des objets ou des opérateurs dans un espace très restreint, notamment des charges lourdes, dont la masse est supérieure à 1 tonne. La compacité des roues permet à la plateforme de s’adapter aux environnements étroits et de pouvoir se glisser sous des équipements relativement bas. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La est une vue en perspective avant d’une forme de réalisation de la roue motorisée selon l’invention. La est une vue en perspective arrière de la roue de la . La est une vue en perspective du moyeu de la roue, le mécanisme de transmission étant visible en face avant. La est une vue en perspective de l’agencement de moteur de la roue. La est une vue en perspective de l’arbre de l’agencement de moteur de la roue. La est une vue en perspective de trois-quarts avant du mécanisme de transmission de la roue. La est une vue en perspective partielle de trois-quarts avant du mécanisme de transmission de la roue montrant l’intérieur du mécanisme. La est une vue en perspective partielle de trois-quarts arrière du mécanisme de transmission de la roue montrant l’intérieur du mécanisme, dépourvu du porte-satellites du premier étage par souci de clarté. La est une vue en perspective du moyeu de la roue, le mécanisme de transmission étant visible en face avant et les systèmes de roulement à billes étant montés autour de la deuxième portion cylindrique du moyeu. La est une vue en perspective de l’organe de roulage de la roue. La est une vue en coupe longitudinale de la roue. La est une vue en perspective d’une forme de réalisation d’un ensemble directeur à double roue motorisée selon l’invention. La est une vue en perspective de côté d’une forme de réalisation d’une plateforme selon l’invention. La est une vue en perspective de dessous de la plateforme de la . La est une vue en perspective d’une autre forme de réalisation d’une plateforme selon l’invention. Roue (1) motorisée pour plateforme mobile, ladite roue (1) comprenant : - un moyeu (10) monobloc comprenant un premier logement (110) de forme cylindrique définissant un premier espace intérieur (110A) et un deuxième logement (120) de forme cylindrique s’étendant de manière coaxiale au premier logement (110) et définissant un deuxième espace intérieur (120A) communicant avec le premier espace intérieur (110A), le premier logement (110) étant adapté pour être fixé sur le bâti (2) de la plateforme mobile, - un arbre d’entrainement (15) disposé de manière coaxiale avec le premier logement (110) et le deuxième logement (120), - un agencement de moteur (20) logé dans ledit premier espace intérieur (110A), comprenant un moteur annulaire sans balais (210, 220, 230) relié audit arbre d’entrainement (15) et adapté pour générer un couple d’entrainement en rotation dudit arbre (15) et un organe de freinage (240), ledit moteur annulaire (20) comprenant un corps de moteur (210), un stator (220) de forme annulaire monté sur ledit corps de moteur (210) coaxialement par rapport à l’arbre d’entrainement (15) et comportant une pluralité de bobinages et un rotor (230) de forme cylindrique monté solidairement et coaxialement sur l’arbre (15) via un disque de rotor (231) de manière mobile par rapport au stator (220) afin d’entrainer l’arbre (15) en rotation lorsque les bobinages du stator (220) sont alimentés par un courant électrique, ledit organe de freinage (240) du rotor (230) étant monté autour de l’arbre d’entrainement (15) de manière coaxiale avec ledit arbre d’entrainement (15) à l’intérieur du moteur annulaire en étant contenu dans l’épaisseur de l’agencement de moteur (20), - un capteur (60) monté sur le corps du moteur (210) et un aimant (15-2) monté sur l’extrémité de l’arbre (15), ledit capteur (60) étant configuré pour déterminer la position angulaire de l’arbre d’entrainement (15) à partir dudit aimant (15-2) afin de piloter la roue (1), - un mécanisme de transmission (30) logé dans le deuxième espace intérieur (120A), relié solidairement à l’arbre (15) et comprenant un ensemble réducteur de vitesse (310) adapté pour recevoir le couple d’entrainement en rotation de l’arbre (15) afin d’en réduire la vitesse tout en en augmentant le couple, - un système de guidage en rotation (40) monté de manière mobile en rotation autour du deuxième logement (120), - au moins un organe de roulage (50) comprenant une jante (510) montée sur ledit système de guidage en rotation (40), un bandage (520) monté sur ladite jante (510) afin de permettre le roulage de la roue (1) sur le sol et un flasque (530) solidaire à la fois de la jante (510) et du mécanisme de transmission (30) afin de transmettre le couple augmenté reçu du mécanisme de transmission (30) à l’organe de roulage (50), la largeur de la jante et du bandage étant inférieure ou égale à la longueur du deuxième logement (120). Roue (1) selon la revendication 1, dans laquelle le stator et le rotor sont agencés de sorte que le flux électromagnétique généré par le stator (220) et le rotor (230) en rotation n’interfère pas avec le flux électromagnétique généré par l’organe de freinage (240). Roue (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’organe de freinage (240) est à aimant permanent. Roue (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’agencement de moteur (20) comprend un rotor (230) externe et un stator (220) interne. Roue (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le mécanisme de transmission (30) comprend un ensemble réducteur de vitesse (310) adapté pour recevoir le couple d’entrainement en rotation de l’arbre (15) afin d’en réduire la vitesse tout en augmentant le couple. Roue (1) selon la revendication précédente, dans laquelle l’ensemble réducteur de vitesse (310) comprend un double train épicycloïdal comportant un premier étage et un deuxième étage, l’ensemble réducteur de vitesse (310) étant relié à l’arbre d’entrainement (15) via un pignon solaire (15-1). Roue (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le moyeu (10) comporte des ailettes (120-2) d’évacuation de chaleur (générée par l’agencement de moteur). Roue (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de guidage en rotation comprend au moins un roulement à billes (40), de préférence deux roulements à billes (40), ou deux roulements à rouleaux. Roue (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le corps de moteur (210), le disque de rotor (231) et l’arbre d’entrainement (15) sont réalisés en un matériau amagnétique. Ensemble de roue moteur et directeur (0) comprenant un bâti (2) et deux roues motrices (1) selon l’une des revendications précédentes montées sur ledit bâti (2).