Brevet FR3158471A1 — publié le 20250725

Dispositif de motorisation d’une roue de véhicule automobile 1 comprenant un demi-train classique 10 constitué : d’un moyeu de roue 11; d’un roulement de roue 12; d’un porté-fusée 13; d’un joint homocinétique 14 de transmission, recevant la puissance du groupe motopropulseur 100 par l’arbre de transmission 14a et la transmettant au moyeu 11 par sa fusée cannelée 14b; d’un disque de frein 16 et d’une jante 17 fixés ensemble au moyeu de roue 11 par les vis 18; d’un pneumatique 19; d’une jambe de force 20 fixée en zone supérieure du porte-fusée 13 et sur laquelle repose la structure du véhicule; d’une rotule 21 fixée en zone inférieure du porte-fusée 13 munie d’un bras 22 mobile lié au triangle de suspension 23 aux extrémités annulaires 23a contenant un bloc filtrant 24, le bras étant mobile autour de l’axe de pivotement 25 tenu par le support de guidage 60a rattaché au berceau 60; et comprenant un groupe motopropulseur électrique 100 constitué d’un moteur 110, d’un réducteur 120 à train planétaire entrainant la roue par l’intermédiaire de l’arbre de transmission 14a équipé d’une coulisse à billes, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur 100 est suspendu au longeron 50 et pivote selon l’axe YY permettant à son axe de rotation 101 et à l’arbre de transmission 14a de rester aligner quel que soit le débattement du demi-train. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Dispositif de motorisation d’une roue de véhicule automobile. DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne un dispositif de propulsion électrique pour automobile. plus précisément, elle traite d’un groupe motopropulseur associé à chaque roue en étant proche de celle-ci sans y être intégré car porté par le châssis du véhicule. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans l’évolution de la voiture automobile vers la traction électrique on connait l’architecture extrêmement répandue reprenant celle des véhicules à moteur thermique. Le moteur est plutôt centré entre les roues, associé à un réducteur très généralement à un seul rapport, de type à différentiel déporté ou de type coaxial, et relié aux roues par deux arbres de transmission classiques avec joints homocinétiques. Ces groupes motopropulseurs, peu encombrants comparativement aux groupes à moteur thermique, sont agencés à l’avant, à l’arrière ou les deux. Une solution pour gagner de la place pour une batterie plus volumineuse et capacitive est l’agencement de la motorisation dans les roues. Les publications US3812928, FR2726230, FR2981013 montrent que des recherches relatives à cette architecture datent de bien avant l’apparition des voitures électriques modernes du vingt-unième siècle. La roue est montée sur l’ensemble moteur et réducteur. La masse supplémentaire, non suspendue, modifie fortement le rapport masse suspendue à celle non suspendue. Ce rapport influe sensiblement sur la suspension du véhicule en dégradant réellement le confort et le comportement du véhicule. De plus le motopropulseur ne bénéficie plus du filtrage vibratoire de la suspension ce qui est préjudiciable à sa durabilité. Une autre approche est décrite dans une série de publications récentes US11571966B1, US11639101B1, US2023020023A1, US2023311645A1, US2023311646A1 dans lesquelles le moteur est porté par le châssis et le réducteur par la roue. D’après les illustrations, elles sont toutes basées sur les mêmes fondamentaux : Le moteur est fixé sur le châssis de manière apparemment rigide; Un arbre de transmission rigide relie le moteur à la roue et se termine par une denture jouant le rôle de planétaire d’un train épicycloïdal; Aucun organe de liaison donnant un degré de liberté entre la denture à l’extrémité et le rotor n’est apparent. Or, la distance entre le moteur et la roue n’est pas invariable en toutes circonstances; le planétaire entraine la couronne par une succession de quatre pignons appartenant à deux, trois ou quatre branches. Ceci donne une liberté de mouvement de la couronne liée à la roue, et donc de la roue, par rapport au planétaire et au moteur, dans les sens vertical et horizontal; le concept divulgué dans ces publications ne semble pas adapté au trains à roues directrices, car Il n’y a pas d’articulation (joint tripode homocinétique) entre le planétaire et l’arbre de transmission; il n’est pas montré comment le dispositif de freinage s’intègre; le réducteur avec sa cascade de pignons (cinq contacts denture entre le planétaire et la couronne) pénalise assurément le rendement mécanique. PRESENTATION DE L’INVENTION l’objet de cette invention est la motorisation électrique d’une roue dont la particularité est que l’ensemble du groupe motopropulseur est à proximité mais non porté par celle-ci. Le but principal recherché est de motoriser les trains avec ou sans roue directionnelle avec un minimum de modification. Pour un demi-train avant, il n’y a pas véritablement de différence puisque celle-ci se limite à l’arbre de transmission partant du joint homocinétique vers le groupe motopropulseur. Le groupe motopropulseur est porté par le châssis. L’avantage précieux est qu’il n’a alors pas d’influence sur la masse non suspendue, sur le réglage de la suspension, sur le confort et le comportement du véhicule. Le groupe motopropulseur est compact grâce à son rotor à aimant et son réducteur plat à train épicycloïdal. Il est suspendu au longeron par l’intermédiaire de deux bras verticaux ayant chacun, à la base, un plot de suspension traversé par un demi-axe horizontal créant un axe unique sécant avec l’axe de rotation du groupe motopropulseur et perpendiculaire à celui-ci. Le groupe motopropulseur peut pivoter selon cet axe et suivre les débattements verticaux de la roue. Le train n’ayant pas de raideur infinie, la roue peut avoir des déplacements relatifs, autres que verticaux, lors de sollicitations telles que: freinage, accélération, montée de trottoir, passage sur ralentisseur qui peuvent causer un déplacement relatif de la roue par rapport au châssis dans le sens longitudinal du véhicule; les virages, les chocs latéraux sur une bordure de trottoir, dans un nid de poule, peuvent causer un déplacement relatif de la roue par rapport au châssis dans le sens transversal du véhicule. Par conséquent, la suspension du groupe motopropulseur doit avoir une souplesse relative afin de limiter, à un faible niveau, les contraintes dans l’arbre de transmission et le réducteur. Ainsi, entre les axes de pivotement liés au carter du moteur et le châssis sont interposés des plots de suspension en élastomère raide dans le sens vertical (reprise du couple moteur) et souple, dans le sens horizontal pour que le moteur puisse aussi pivoter légèrement et facilement selon un axe vertical. Les plots de suspension sont solidaires de supports en tôle plate, raide dans le sens vertical (reprise de couple), raide dans le sens transversal du véhicule (souplesse donné par les plots en élastomère) et souple dans le sens longitudinal du véhicule. lors des débattements verticaux de la roue, la distance entre le point d’articulation du joint homocinétique et l’axe de pivotement du groupe motopropulseur évolue. Pour un découplage complet, une coulisse à billes est interposée entre le manchon du porte satellite d’où sortent mouvement et couple du réducteur et le manchon cannelé qui reçoit l’extrémité de l’arbre de transmission du joint homocinétique. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION Ces caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : FIG. 1 est la présentation en coupe du demi-train et de son groupe motopropulseur, véhicule à l’arrêt ou roulant, à l’état de charge moyenne. FIG. 2 est une vue en coupe du groupe motopropulseur FIG. 3 est la description du réseau de refroidissement et de lubrification du groupe motopropulseur. FIG. 4 est la description de la suspension du groupe motopropulseur FIG. 5 est la comparaison du demi-train entre les situations de sollicitation normale et de compression verticale. FIG. 6 est la comparaison du demi-train entre les situations de sollicitation normale et détente verticale. FIG. 1 présente en coupe le demi-train, le groupe motopropulseur et les éléments de châssis auxquels ils sont rattachés. Le demi-train 10 présenté sur FIG. 1 est un classique de type Macpherson. Il est constitué du moyeu 11 du roulement de roue 12, du porte-fusée 13, du joint homocinétique 14. L’arbre de transmission 14a, lié au groupe motopropulseur 100 transmet la puissance au joint homocinétique 14, La fusée 14b est cannelée et entraine le moyeu 11 en rotation. Son extrémité filetée reçoit l’écrou 15 qui solidarise l’ensemble de ces composants. L’arbre de transmission 14a et la fusée 14b ont un point d’articulation 14c. Sur le moyeu 11 est rapporté le disque de frein 16 et la jante 17 maintenue ensemble par les vis de roue 18. Sur la jante est monté un pneumatique 19. Le porte-fusée 13 est l’élément de liaison du montage de roue avec la structure du véhicule. En zone supérieure est fixée la jambe de force 20 dont la partie supérieure (non représentée) comprend le ressort de suspension, l’amortisseur, une butée à billes s’il s’agit d’une roue directrice, une butée de choc de fin de course et une branche d’accrochage de la biellette de direction. La structure du véhicule repose sur cette jambe de force. En zone inférieure du porte-fusée 13, une rotule 21 est rapportée. Son bras mobile 22 est lié au triangle de suspension 23, à deux branches, dont les extrémités annulaires 23a, contiennent un bloc filtrant 24 adhérisé, traversé par l’axe de pivotement 25. Cet axe est rattaché au berceau 60, par le support de guidage 60a. Le joint homocinétique 14 fait le lien entre le demi-train 10 et le groupe moto propulseur 100. Ce dernier est suspendu au longeron 50 par l’intermédiaire de deux bras supports 51 pourvus d’un bloc filtrant 52. le groupe motopropulseur 100 présenté sur la FIG. 2 comprend un moteur électrique synchrone ou asynchrone 110 et un réducteur 120 à train épicycloïdal. Le carter 111 et le couvercle 112 forment le compartiment moteur abritant un stator 113, un rotor 114 porté par deux roulements à billes 115 et un résolveur 116 pour le piloter en régime. A l’extrémité de l’arbre du rotor est taillée la denture 114a qui constitue le planétaire du train épicycloïdal du réducteur 120. le réducteur contenu dans le compartiment formé par le carter 111 et le couvercle 121 est constitué d’une couronne 122 montée fixe, par exemple frettage plus incrustation axiale dans le carter 111, d’un porte-satellite comprenant un corps principal 123 et une tôle renfort 123a portant les axes 124 des satellites 125. Le roulement 126 guide le manchon 123b, moyeu central du corps principal 123, dans le couvercle 121. l’étanchéité du réducteur est assurée par le joint dynamique 127 entre le couvercle 121 et le manchon 123b et par l’opercule 128 obstruant le corps principal 123. Dans le manchon 123b sont taillées les pistes extérieures 123c de la coulisse à billes 130. Les pistes intérieures de la coulisse sont taillées dans le manchon cannelé 131. A son extrémité une gorge retient un anneau d’arrêt extensible 132 de solidarisation avec l’arbre de transmission. Un soufflet 133 porté par l’extrémité du manchon 123b fermera le compartiment de la coulisse à billes 130, lubrifiée par de la graisse, après mise en place de l’arbre de transmission. A l’extérieur du carter moteur 111, précisément à hauteur de l’axe de rotation unique 101 du groupe motopropulseur 100, et approximativement entre le rotor 114 et le réducteur 120 sont implantés deux bossages 111a alignés formant un axe perpendiculaire à l’axe de rotation 101. Ces bossages ont chacun un évidement borgne 111b dans lequel est emmanchée une bague 117 autolubrifiée. FIG. 3 décrit le dispositif commun de refroidissement du moteur 110 et de lubrification du réducteur 120. Le fluide, jouant le rôle de lubrifiant, est de l’huile. Celle-ci provient d’un réseau extérieur (non représenté) au groupe motopropulseur par une entrée unique 150 dans le couvercle 112. Le circuit interne commence par la canule 151 portée par le couvercle 112 et le carter 111. Elle traverse longitudinalement l’espace interne du moteur et est positionnée en haut de cet espace. Les perçages 151a, orientés vers le bas arrosent le pack de tôles et les chignons du bobinage du stator 113. Cette canule 151 est le seul dispositif de refroidissement du moteur 110. Dans le prolongement de la canule 151, le perçage 152 dans le carter 111 alimente un autre perçage 153 dans le couvercle 121 qui déverse l’huile dans le compartiment du réducteur 120. A une certaine hauteur, une ouverture 154 dans la toile du carter 111 évacue l’excédent d’huile vers le compartiment moteur selon le parcours 156. A l’arrêt, un résiduel d’huile dans le compartiment du réducteur détermine le niveau 155. La lubrification des constituants du réducteur est entièrement réalisée par barbotage. Le fluide est évacué vers le réseau extérieur par l’unique sortie 157 située en bas du couvercle 112. FIG. 4 décrit le dispositif de suspension du groupe motopropulseur. A droite nous avons la vue du moteur coté couvercle 112 et à gauche une coupe A-A de la suspension sous le longeron 50. De part et d’autre du carter moteur 111 dans l’axe horizontal YY transversal au groupe motopropulseur, mais correspondant au sens longitudinal du véhicule, et à l’altitude de l’axe de rotation unique 101, nous avons les bossages de suspension 111a, avec un évidement centré borgne 111b dans lequel est emmanchée une bague autolubrifiée 117. L’axe YY est pour le groupe motopropulseur celui de son pivotement. Le groupe motopropulseur est suspendu par deux bras supports 51 en tôle. Proche de la partie basse de ces bras sont rapportés les blocs filtrants 52. Chaque bloc est composé d’un anneau extérieur 53 lié au bras supports 51, par exemple par un cordon de soudure, un anneau intérieur 54 avec filetage central; les deux anneaux étant liés par un élastomère 55 adhérisé. L’espace entre les anneaux 53,54 est entièrement rempli par l’élastomère 55 dans l’axe vertical ZZ. Le support doit être raide et résistant dans cette direction car il s’oppose au couple sortant du réducteur. L’espace entre les anneaux 53,54 a deux évidements 55a dans l’axe horizontal XX afin d’apporter une certaine souplesse dont le but est de réduire les contraintes dans l’arbre de transmission, la coulisse à billes et le porte-satellite en réponse aux sollicitations provenant de la roue lors de mouvement du train dans le sens longitudinal du véhicule. A cette souplesse des blocs filtrants 52 vient s’ajouter celle des bras supports 51 selon la direction de l’axe YY. Ces bras doivent en revanche être très raides dans la direction de l’axe ZZ. La suspension du groupe motopropulseur est finalisée par les vis 56 bloquées dans le filetage interne 54a de la bague 54. L’extrémité cylindrique 56a de la vis 56 pénètre dans les bossage 111a et est ajustée à la bague 117. Ce montage ne crée ni serrage du groupe motopropulseur entre les bras supports 51 ni frottement s’opposant au pivotement. La FIG. 5 présente le demi-train 10 dans 2 situations différentes : à gauche, sans sollicitation particulière de la suspension, et à droite avec une sollicitation entrainant sa compression verticale 200 de hauteur +H. L’axe de rotation 101 du groupe motopropulseur 100 définit par la droite passant par le point d’articulation 14c du joint homocinétique 14 et par l’intersection avec l’axe YY de pivotement du groupe motopropulseur fait un angle A1 avec l’axe de roue. La distance entre ces deux points devient D1 ce qui justifie la présence de la coulisse à billes. La FIG. 6 présente le demi-train 10 dans 2 situations différentes : à gauche, sans sollicitation particulière de la suspension, et à droite avec une sollicitation entrainant sa détente verticale 210 de hauteur -H. L’axe de rotation 101 du groupe motopropulseur 100 définit par la droite passant par le point d’articulation 14c du joint homocinétique 14 et par l’intersection avec l’axe YY de pivotement du groupe motopropulseur fait un angle A2 avec l’axe de roue. La distance entre ces deux points devient D2 ce qui justifie la présence de la coulisse à billes. Dispositif de motorisation d’une roue de véhicule automobile (1) comprenant un demi-train classique (10) constitué : d’un moyeu de roue (11); d’un roulement de roue (12); d’un porté-fusée (13); d’un joint homocinétique (14) de transmission, recevant la puissance du groupe motopropulseur (100) par l’arbre de transmission (14a) et la transmettant au moyeu (11) par sa fusée cannelé (14b); d’un disque de frein (16) et d’une jante (17) fixés ensemble au moyeu de roue (11) par les vis (18); d’un pneumatique (19); d’une jambe de force (20) fixée en zone supérieure du porte-fusée (13) et sur laquelle repose la structure du véhicule; d’une rotule (21) fixée en zone inférieure du porte-fusée (13) munie d’un bras (22) mobile lié au triangle de suspension (23) aux extrémités annulaires (23a) contenant un bloc filtrant (24), le bras étant mobile autour de l’axe de pivotement (25) tenu par le support de guidage (60a) rattaché au berceau (60); et comprenant un groupe motopropulseur électrique (100) constitué d’un moteur (110), d’un réducteur (120) à train planétaire entrainant la roue par l’intermédiaire de l’arbre de transmission (14a) équipé d’une coulisse à billes (130), caractérisé en ce que le groupe motopropulseur (100) est suspendu au longeron (50) et pivote selon l’axe YY permettant à son axe de rotation (101) et à l’arbre de transmission (14a) de rester aligner quel que soit le débattement du demi-train. Dispositif de motorisation d’une roue de véhicule automobile (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la suspension au longeron (50) du groupe motopropulseur (100) est constituée de deux bras supports (51) agencés de part de d’autre du moteur (110), ayant chacun dans la partie basse un bloc filtrant (52). Chaque bloc est composé d’un anneau extérieur (53) lié au bras supports (51), par exemple par un cordon de soudure, un anneau intérieur (54), fileté intérieurement et les deux anneaux sont solidarisés par un élastomère 55 adhérisé. Dispositif de motorisation d’une roue de véhicule automobile (1) selon les revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l’espace entre les anneaux (53,54) est entièrement rempli par l’élastomère (55) selon l’axe vertical ZZ. Dans cette direction, le support doit être raide et résistant pour la reprise du couple sortant du réducteur. L’espace entre les anneaux (53,54) a deux évidements (55a) selon l’axe horizontal XX afin d’apporter une certaine souplesse dont le but est de réduire les contraintes dans l’arbre de transmission, la coulisse à billes et le porte-satellite en réponse aux sollicitations provenant de la roue lors de mouvement du train dans le sens longitudinal du véhicule. Dispositif de motorisation d’une roue de véhicule automobile (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que de part et d’autre du carter moteur (111) dans l’axe YY horizontal et transversal au groupe motopropulseur, correspondant au sens longitudinal du véhicule, et à l’altitude de son axe de rotation unique (101), nous avons les bossages de suspension (111a), avec un évidement borgne (111b) dans lequel est emmanchée une bague autolubrifiée (111c). L’axe YY est pour le groupe motopropulseur celui de son pivotement. Dispositif de motorisation d’une roue de véhicule automobile (1) selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que la suspension du groupe motopropulseur est finalisée par les vis (56) bloquées dans le filetage interne (54a) de la bague (54) et dont l’extrémité cylindrique (56a) pénètre dans les bossage (111a) et est ajustée à la bague (117). Dispositif de motorisation d’une roue de véhicule automobile (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que lorsque que le demi-train (10) subit, lors d’une sollicitation provenant du sol, un déplacement vertical (+H -H), l’axe de rotation (101) du groupe motopropulseur fait un angle (A1,A2) par rapport à l’axe de rotation du joint homocinétique (14) et la distance entre le point d’articulation (14c) du joint homocinétique (14) et l’axe (YY) de pivotement du groupe motopropulseur évolue de (D) à (D1,D2) justifiant la nécessité d’un arbre de transmission rendu télescopique par la présence de la coulisse à billes (130) de liaison de l’arbre de transmission (14a) avec le manchon (123b) du porte-satellite.