FR2993498A1

FR2993498A1 - Moyeu motorise comprenant un changement de rapport et des moyens de couplage et de decouplage

Info

Publication number: FR2993498A1
Application number: FR1257043A
Authority: FR
Inventors: Gerard Baumgartner; Olivier Joye; Daniel Walser
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-01-24
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: FR2993498B1; WO2014013084A1; CN104487272A; EP2874841A1

Abstract

L'invention concerne en particulier un moyeu motorisé (1) pour la motorisation électrique d'une roue d'un véhicule automobile, ledit moyeu motorisé comprenant une machine électrique de traction (3), la machine électrique comprenant un stator externe (32) lié au porte-moyeu et un rotor interne, le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction (4), le moyeu motorisé comprenant des moyens de couplage/découplage, le moyeu motorisé étant caractérisé en ce que les moyens de réduction comprennent 3 étages de réduction mettant en oeuvre deux arbres intermédiaires (43, 46) et un changement de vitesses à 2 rapports par baladeur axial (61) et en ce que, le pignon moteur engrenant sur un premier arbre intermédiaire (43), le premier arbre intermédiaire engrenant sur un deuxième arbre intermédiaire (46) via des pignons intermédiaires (44, 45) et des roues intermédiaires (47, 48), le deuxième arbre intermédiaire engrenant sur la couronne dentée (71) solidaire du moyeu (7), le baladeur axial (61) étant disposé sur le deuxième arbre intermédiaire (46) entre deux roues intermédiaires montées folles (47, 48) sur ledit deuxième arbre intermédiaire, le changement de rapport consiste à coupler le deuxième arbre intermédiaire avec l'une ou l'autre des deux roues folles par l'intermédiaire du baladeur axial, la position de découplage des moyens de couplage/découplage étant obtenue en maintenant le baladeur axial en position centrale, hors de tout couplage avec les deux roues folles.

Description

Moyeu motorisé comprenant un changement de rapport et des moyens de couplage et de découplage [0001] La présente invention concerne la liaison au sol des véhicules automobiles à traction électrique, en particulier leurs roues motorisées. [0002] Dans ce domaine, on connaît un certain nombre de propositions comme celles des documents EP 0878332, EP 1382476, EP 1630026, WO 2006/032669, US 2007/0257570, WO 2007/083209, EP 1950072, WO 2009/124892, US 2010/0108417 ou WO 2011/073320. [0003] 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. [0004] 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. [0005] 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 hybride parallèle. Même pour un véhicule embarquant peu de batteries, l'intégration des moteurs électriques de traction -2- dans les roues offre des possibilités architecturales intéressantes au constructeur car ce dernier est libéré de certaines contraintes comme par exemple l'intégration d'un différentiel sur l'essieu. [0006] Par ailleurs, si l'on veut pouvoir développer un couple de traction suffisant, il s'avère judicieux 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 en maintenant une masse non suspendue raisonnable. [0007] De plus les véhicules hybrides parallèle 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. En effet, si le rapport de réduction est choisi pour que le ou les moteurs électriques fonctionnent dans leur plage de vitesse quand le véhicule est à sa vitesse maximale, le rapport de réduction sera plutôt petit et le couple maximal à la roue en sera limité d'autant. [0008] Enfin, on est en général conduit à devoir intégrer à la roue, non seulement le moteur électrique, les moyens de réduction nécessaire associés, mais aussi un dispositif de freinage mécanique (frein à disque ou à tambour de friction). [0009] L'invention a donc pour objet de résoudre tout ou partie de ces difficultés. [0010] L'invention propose donc un moyeu motorisé pour la motorisation électrique d'une roue d'un véhicule automobile, ledit moyeu motorisé comprenant un moyeu destiné à recevoir une roue, le 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, le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction agissant entre un pignon moteur solidaire du rotor de la machine électrique et une couronne dentée solidaire du 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 -3- électrique est découplée de la rotation du moyeu, le moyeu motorisé étant caractérisé en ce que les moyens de réduction comprennent 3 étages de réduction mettant en oeuvre deux arbres intermédiaires et un changement de vitesses à 2 rapports par baladeur axial et en ce que, le pignon moteur engrenant sur un premier arbre intermédiaire, le premier arbre intermédiaire engrenant sur un deuxième arbre intermédiaire via des pignons intermédiaires et des roues intermédiaires, le deuxième arbre intermédiaire engrenant sur la couronne dentée solidaire du moyeu, le baladeur axial étant disposé sur le deuxième arbre intermédiaire entre deux roues intermédiaires montées folles sur ledit deuxième arbre intermédiaire, le changement de rapport consiste à coupler le deuxième arbre intermédiaire avec l'une ou l'autre des deux roues folles par l'intermédiaire du baladeur axial, la position de découplage des moyens de couplage/découplage étant obtenue en maintenant le baladeur axial en position centrale, hors de tout couplage avec les deux roues folles. [0011] De préférence, la machine électrique comportant un axe de rotation du rotor, l'axe de rotation du rotor est distant de l'axe de moyeu. [0012] De préférence encore, l'axe de rotation du rotor et les axes des deux arbres intermédiaires sont parallèles à l'axe de moyeu. [0013] De préférence, le porte-moyeu est une fusée autour de laquelle tourne le moyeu. [0014] Selon une variante de l'invention, un carter contenant les moyens de réduction et les moyens de couplage/découplage et portant la machine électrique, ledit carter est monté libre en rotation par rapport au porte-moyeu, cette rotation s'effectuant selon l'axe de moyeu et étant contrôlée par un organe supplémentaire permettant de reprendre ce degré de liberté. [0015] De préférence, le baladeur est constamment solidaire en rotation du deuxième arbre intermédiaire, le baladeur comportant des cannelures intérieures cylindriques, les cannelures du baladeur étant aptes à s'engager, en position de couplage, sur des cannelures extérieures solidaires des roues folles. -4- [0016] De préférence, le moyeu motorisé comprend en outre un frein à disque, le disque de frein étant placé à l'extérieur du carter par rapport au véhicule, la pince étant solidaire de carter. [0017] L'invention concerne également une roue motorisée comprenant un moyeu motorisé tel que décrit ci-dessus. [0018] L'invention concerne également un véhicule comprenant au moins deux telles roues motorisées. [0019] De préférence, les deux roues motorisées sont disposées sur un essieu arrière dudit véhicule, les porte-moyeux des deux roues motorisées étant chacun solidaires d'un bras tiré de l'essieu arrière. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront grâce à la description d'un mode préféré de réalisation. Les figures représentent respectivement: - Figure 1 : vue en perspective depuis l'intérieur du véhicule d'une roue motorisée selon un mode de réalisation préféré de l'invention (pneu non représenté). - Figure 2 : vue de côté schématique du mode de réalisation de la figure 1 permettant de repérer les différents arbres et plans de coupe des figures suivantes (jante et pneu non représentés). - Figure 3 : vue en coupe selon la ligne brisée B-B visible à la figure 2 et en perspective du moyeu motorisé de la figure 1. - Figure 4 : vue en perspective depuis l'extérieur du véhicule du moyeu motorisé de la figure 1, le carter extérieur étant omis. - Figure 5 : vue des moyens de réduction en coupe rabattue selon la ligne brisée CC visible à la figure 2. - Figure 6 : vue de l'actionneur de couplage/découplage en coupe rabattue selon la ligne brisée E-E visible à la figure 2. - Figure 7 : vue en perspective depuis l'extérieur du véhicule du moyeu motorisé selon ce mode de réalisation. -5- [0021] Les figures 1 à 7 représentent différentes vues d'ensemble et de détails d'un même mode de réalisation préféré d'un moyeu motorisé et d'une roue motorisée selon l'invention. Les différentes références ne sont pas systématiquement reprises sur chaque figure afin de simplifier la compréhension des dessins. [0022] Le moyeu motorisé 1 est destiné à guider et contrôler la rotation d'une roue 2. Le pneumatique a été omis sur la figure 1 montant une roue. Un moyeu 7, destiné à recevoir la roue 2, est monté tournant par rapport à un porte-moyeu 5 selon un axe de moyeu M par l'intermédiaire d'un roulement de moyeu 51 (figure 3). [0023] Une machine électrique 3 assure la motorisation et le cas échéant le freinage du moyeu par l'intermédiaire de moyens de réduction 4. Pour alléger le dessin de la machine électrique à la figure 3, on a représenté uniquement le fourreau extérieur du stator 32 et l'arbre du rotor 33. [0024] Les moyens de réduction 4 comprennent trois étages de réduction. Le pignon moteur 41 est entraîné par l'arbre 33 du rotor. Le pignon moteur 41 engrène avec une roue intermédiaire 42 d'un premier arbre intermédiaire 43. Deux pignons intermédiaires 44 et 45 sont en outre solidaires du premier arbre intermédiaire 43. [0025] Un deuxième arbre intermédiaire 46, disposé parallèlement au premier arbre intermédiaire, porte deux roues dentées intermédiaires 47 et 48 montées folles (c'est à dire glissantes). Ces deux roues folles sont en prise constante respectivement avec les deux pignons intermédiaires 44 et 45 du premier arbre intermédiaire 43. [0026] Un baladeur axial 61 disposé sur le deuxième arbre intermédiaire permet d'établir ou d'interrompre la transmission de couple entre le deuxième arbre intermédiaire et l'une ou l'autre des deux roues folles. Le deuxième arbre intermédiaire 46 comporte un pignon d'entrainement 49 qui engrène avec une couronne dentée 71 solidaire du moyeu 7. [0027] On comprend que la position centrale du baladeur 61 dans laquelle aucun couple ne peut être transmis assure le découplage de la transmission. On comprend également qu'en position de couplage le rapport de réduction est différent selon que le -6- couplage est établi par l'intermédiaire d'une roue folle ou de l'autre. Sur l'exemple représenté, le rapport de réduction globale de la transmission est d'environ 30 lorsque le couplage est réalisé par l'intermédiaire de la plus grande (47) des roues folles et d'environ 18 lorsque le couplage est réalisé par l'intermédiaire de la plus petite (48). [0028] Le baladeur 61 comporte de manière connue en soi des cannelures internes aptes à coopérer avec des cannelures externes correspondantes d'une bague 62 solidaire du deuxième arbre intermédiaire 46 et des cannelures externes correspondantes (471 et 481) solidaires respectivement de chacune des deux roues folles (47 et 48). Ce type de couplage peut être qualifié de « crabotage cylindrique ». [0029] La position axiale du baladeur 61 est contrôlée par une fourchette 63 selon trois postions différentes, à savoir les deux positions de couplage et la position centrale de découplage. Dans la position centrale de découplage, le baladeur reste solidaire en rotation de la bague 62 et donc solidaire en rotation du deuxième arbre intermédiaire des moyens de réduction. Lorsque le véhicule roule en mode découplé et que la machine électrique est arrêtée, le baladeur est donc entrainé en rotation par l'arbre 46 alors que les roues folles 47 et 48 sont immobiles. [0030] La fourchette 63 qui commande le baladeur peut être contrôlée par un actionneur 64 à vis 65 et écrou 66 comprenant un petit moto-réducteur électrique 67. Des électro-aimants pourraient également assurer cette commande. [0031] On voit plus précisément à la figure 6 le principe de l'actionneur électrique 64. Le moto-réducteur 67 contrôle la rotation de la vis 65 qui déplace l'écrou 66. L'écrou est solidaire d'une tige de guidage 68 sur laquelle est fixée la fourchette 63. La tige de guidage 68 se déplace selon son axe T parallèle à l'axe A2 du deuxième arbre intermédiaire 46. [0032] L'ensemble de la transmission, c'est à dire l'ensemble des fonctions de réduction et de couplage/découplage, est logé dans un carter 8. Le carter 8 contient une quantité adéquate d'un lubrifiant afin de lubrifier l'ensemble par barbotage. -7- [0033] L'axe de rotation R du rotor de la machine électrique est de préférence distant de l'axe de moyeu M et parallèle à celui-ci. Le stator 32 de la machine électrique est lié en rotation au porte-moyeu 5. Cette liaison, nécessaire à la transmission du couple, peut être rigide et directe, comme représenté ici, mais elle peut également 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. Dans ce cas, le stator 32 est donc solidaire du carter 8 alors que le carter peut lui-même pivoter (selon l'axe de moyeu M) par rapport au porte-moyeu 5 et au moyeu 7. La rotation du carter par rapport au porte-moyeu est alors par exemple contrôlée par une bielle agissant entre le carter et la caisse du véhicule. [0034] Le porte-moyeu 5 a de préférence la forme d'une fusée sur laquelle le roulement de moyeu 51 est axialement serré par un écrou 53 à son extrémité extérieure.

La partie intérieure du roulement de moyeu est donc fixe (solidaire de la fusée 5) et la partie extérieure tourne avec le moyeu 7. [0035] Le porte-moyeu 5 peut être fixé au bout d'un bras tiré d'un essieu, par exemple un essieu arrière torsible d'un véhicule hybride dont les roues avant sont motorisées par un moteur thermique. [0036] La figure 7 montre en perspective le moyeu motorisé 1 des figures précédentes, représenté cette fois sans roue, tel que vu depuis l'extérieur du véhicule. On voit bien le système de freinage conventionnel (pince 11 et disque 12), le carter 8 et la machine électrique 3. Cette vue et celle de la figure 1 montrent bien la grande compacité du moyeu motorisé selon l'invention. [0037] Une manière avantageuse de construire un véhicule hybride est de combiner une motorisation thermique conventionnelle de l'essieu avant avec une motorisation électrique des roues de l'essieu arrière selon l'invention. La source d'énergie électrique peut être un ensemble de batteries ou de super-condensateurs, une -8- pile à combustible, un réseau urbain à la manière des trolley-bus ou toute autre source électrique disponible. [0038] L'invention concerne également un véhicule électrique utilisant les roues motorisées de l'invention sur l'un de ses essieux alors que l'autre essieu est également motorisé électriquement mais de manière différente, par exemple par l'intermédiaire d'un couplage permanent et selon un rapport de réduction permettant d'atteindre la vitesse maximale du véhicule. [0039] Sur les différentes figures, on a représenté une seule machine électrique. Naturellement, on peut selon l'invention mettre en oeuvre deux ou plusieurs machines pour chaque moyeu, les machines engrenant chacune par l'intermédiaire d'un pignon moteur 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. [0040] De même, on a représenté un frein à disque. Il s'agit d'un mode de réalisation préféré mais 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. [0041] 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 en mode freinage. L'énergie électrique récupérée par la machine électrique en mode freinage peut être stockée ou dissipée de manière connue en soi. [0042] Un moyeu motorisé selon l'invention permet donc de coupler/découpler la motorisation électrique à tout moment, et de choisir un rapport de réduction parmi deux, y compris pendant le déplacement du véhicule. Pour permettre un découplage sans à-coup, il est préférable de commander la machine électrique pour qu'elle transmette un couple nul ou très faible au moment du mouvement du baladeur vers sa position de découplage. Pour permettre la synchronisation lors de l'opération de couplage, on utilise de préférence le signal du capteur de vitesse de la roue correspondante pour commander la vitesse de rotation de la machine électrique de façon à ce que la roue folle (47 ou 48) adopte une vitesse de rotation identique ou proche de -S- celle du deuxième arbre intermédiaire 46. On peut alors provoquer le mouvement du baladeur vers la position de couplage visée et simultanément imposer à la machine électrique de ne pas résister au-delà d'une certaine valeur à une accélération ou décélération (par exemple pilotage en couple nul) pendant le temps de ce mouvement de crabotage.

Claims

REVENDICATIONS1 - Moyeu motorisé (1) pour la motorisation électrique d'une roue d'un véhicule automobile, ledit moyeu motorisé comprenant un moyeu (7) destiné à recevoir une roue (2), le moyeu étant monté rotatif par rapport à un porte-moyeu (5) selon un axe de moyeu (M), le moyeu motorisé comprenant une machine électrique de traction (3), la machine électrique comprenant un stator externe (32) lié au porte-moyeu et un rotor interne, le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction (4) agissant entre un pignon moteur (41) solidaire du rotor de la machine électrique et une couronne dentée (71) solidaire du 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, le moyeu motorisé étant caractérisé en ce que les moyens de réduction comprennent 3 étages de réduction mettant en oeuvre deux arbres intermédiaires (43, 46) et un changement de vitesses à 2 rapports par baladeur axial (61) et en ce que, le pignon moteur engrenant sur un premier arbre intermédiaire (43), le premier arbre intermédiaire engrenant sur un deuxième arbre intermédiaire (46) via des pignons intermédiaires (44, 45) et des roues intermédiaires (47, 48) , le deuxième arbre intermédiaire engrenant sur la couronne dentée (71) solidaire du moyeu (7), le baladeur axial (61) étant disposé sur le deuxième arbre intermédiaire (46) entre deux roues intermédiaires montées folles (47, 48) sur ledit deuxième arbre intermédiaire, le changement de rapport consiste à coupler le deuxième arbre intermédiaire avec l'une ou l'autre des deux roues folles par l'intermédiaire du baladeur axial, la position de découplage des moyens de couplage/découplage étant obtenue en maintenant le baladeur axial en position centrale, hors de tout couplage avec les deux roues folles.
2 - Moyeu motorisé selon la revendication 1, la machine électrique comportant un axe de rotation du rotor (R), l'axe de rotation du rotor étant distant de l'axe de moyeu (M).30-11-
3 - Moyeu motorisé (1) selon la revendication 2 dans lequel l'axe de rotation du rotor (R) et les axes (Al, A2) des deux arbres intermédiaires (43, 46) sont parallèles à l'axe de moyeu (M).
4 - Moyeu motorisé (1) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le porte- moyeu (5) est une fusée autour de laquelle tourne le moyeu (7).
5 - Moyeu motorisé (1) selon l'une des revendications précédentes dans lequel un carter (8) contenant les moyens de réduction et les moyens de couplage/découplage et portant la machine électrique (3), ledit carter est monté libre en rotation par rapport au porte-moyeu (5), cette rotation s'effectuant selon l'axe de moyeu (M) et étant contrôlée par un organe supplémentaire permettant de reprendre ce degré de liberté.
6 - Moyeu motorisé (1) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le baladeur (61) est constamment solidaire en rotation du deuxième arbre intermédiaire, le baladeur comportant des cannelures intérieures cylindriques, les cannelures du baladeur étant aptes à s'engager, en position de couplage, sur des cannelures extérieures (471, 481) solidaires des roues folles.
7 - Moyeu motorisé (1) selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un frein à disque (11, 12), le disque de frein (12) étant placé à l'extérieur du carter (8) par rapport au véhicule, la pince (11) étant solidaire de carter.
8 - Roue motorisée (1, 2) comprenant un moyeu motorisé (1) selon l'une des revendications précédentes.
9 - Véhicule comprenant au moins deux roues motorisées selon la revendication 8.
10 - Véhicule selon la revendication 9 dans lequel deux roues motorisées sont disposées sur un essieu arrière dudit véhicule, les porte-moyeux (5) des deux roues motorisées étant chacun solidaires d'un bras tiré de l'essieu arrière.