FR2984242A1 - Moyeu motorise pour la motorisation electrique d'un essieu d'un vehicule automobile a traction hybride - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un moyeu motorisé pour la motorisation électrique d'un essieu d'un véhicule automobile à traction hybride, ledit moyeu motorisé comprenant un moyeu (1) monté rotatif par rapport à un porte-moyeu (2) selon un axe de moyeu (A), le moyeu motorisé comprenant une machine électrique (4) de traction comprenant un rotor interne dont l'axe de rotation (R) est distant de l'axe de moyeu (A), le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction et des moyens de couplage/découplage aptes à adopter une position de couplage dans laquelle la rotation de la machine électrique (4) est couplée à la rotation du moyeu (1) et une position de découplage, les moyens de réduction comprenant au moins deux étages de réduction comportant un arbre intermédiaire (5) équipé d'une roue dentée (6) d'engrènement avec le rotor et d'un pignon réducteur (7) d'engrènement avec le moyeu (1), la roue dentée (6) étant montée en rotation autour de l'arbre intermédiaire (5), les moyens de couplage/découplage étant disposés entre ladite roue dentée et ledit arbre intermédiaire.

Description

L'invention concerne un moyeu motorisé pour la motorisation électrique d'un essieu d'un véhicule automobile à traction hybride, une roue motorisée comprenant un tel moyeu ainsi qu'un véhicule automobile comprenant au moins deux roues motorisées.

En particulier, l'invention s'applique aux véhicules automobiles disposant de roues motorisées électriquement qui peuvent être découplées de leur machine électrique lorsque le véhicule est mû par l'intermédiaire d'une autre source de traction.

Dans le domaine de la liaison au sol des véhicules automobiles à traction électrique, en particulier leurs roues motorisées, on connaît un certain nombre de propositions, dont celle du document WO-2011/073320 qui décrit un moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique et le moyeu ainsi que 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.

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.

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.

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 hybrides parallèles. Par ailleurs, si l'on veut pouvoir développer un couple de traction suffisant, il s'avère nécessaire 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. De plus, les véhicules hybrides parallèles 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. Enfin, on est en général conduit à devoir intégrer à la roue, non seulement le moteur électrique, les moyens de réduction nécessaires associés, mais aussi un dispositif de freinage mécanique (frein à disque ou à tambour de friction). Pour résoudre l'ensemble de ces problèmes, le document WO-2011/073320 propose des moyens de réduction comprenant deux étages de réduction, des moyens de couplage/découplage comprenant un mécanisme à crabot et baladeur étant utilisés pour pouvoir coupler une couronne dentée avec le moyeu.

En particulier, lorsque la traction électrique est découplée, les moyens de réduction ne sont pas entraînés en rotation par la rotation du moyeu lorsque le véhicule est mû par l'intermédiaire d'une autre source de traction, afin de limiter le bruit et le couple de traînée induits.

Toutefois, lorsque les moyens de couplage/découplage et de réduction sont disposés dans un carter étanche contenant un lubrifiant, se pose le problème de la bonne lubrification du moyeu principalement par barbotage, notamment la bonne lubrification des joints tournants pendant que le véhicule utilise la traction thermique, en particulier sur une longue distance. En effet, le barbotage des engrenages étant interrompu, la lubrification en particulier du joint assurant l'étanchéité du carter sur le moyeu pourrait s'avérer insuffisante dans certaines conditions, notamment lorsque la traction électrique n'est pas utilisée sur une longue distance. En outre, l'intégration des moyens de couplage/découplage au niveau de la couronne dentée qui est destinée à être liée au moyeu s'avère contraignante, notamment relativement à la taille desdits moyens et du couple important qu'ils doivent transmettre. L'invention vise à perfectionner l'art antérieur en proposant un moyeu motorisé compact, facile à réaliser et dans lequel la lubrification par barbotage peut être maintenue lorsque la traction électrique est découplée, tout en limitant le bruit et le couple de traînée induits. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un moyeu motorisé pour la motorisation électrique d'un essieu d'un véhicule automobile à traction hybride, ledit moyeu motorisé comprenant un moyeu destiné à recevoir une roue, ledit 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 dont l'axe de rotation est distant de l'axe de moyeu, le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique et le 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, les moyens de réduction comprenant au moins deux étages de réduction comportant un arbre intermédiaire équipé d'une roue dentée d'engrènement avec le rotor de la machine électrique et d'un pignon réducteur d'engrènement avec le moyeu, la roue dentée étant montée lo en rotation autour de l'arbre intermédiaire, les moyens de couplage/découplage étant disposés entre ladite roue dentée et ledit arbre intermédiaire. Selon un deuxième aspect, l'invention propose une roue motorisée comprenant un tel moyeu motorisé. 15 Selon un troisième aspect, l'invention propose un véhicule automobile comprenant au moins deux roues motorisées. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui 20 suit, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'un moyeu motorisé selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un moyeu motorisé selon l'invention. 25 En relation avec ces figures, on décrit ci-dessous un mode de réalisation d'un moyeu motorisé qui est destiné à guider et contrôler la rotation d'une roue, notamment pour la motorisation électrique d'un essieu d'un véhicule automobile à traction hybride. 30 Le moyeu motorisé comprend un moyeu 1 destiné à recevoir une roue, ledit moyeu étant monté rotatif par rapport à un porte-moyeu 2 selon un axe de moyeu A. En particulier, le porte-moyeu 2 est une fusée autour de laquelle tourne le moyeu 1 par l'intermédiaire d'un roulement 3 de moyeu. L'axe de moyeu A est une référence constante dans la présente demande, c'est par rapport à cet axe que l'on se réfère pour qualifier une orientation de « radiale » ou de « axiale ». Pour rappel et selon l'usage consacré dans le domaine du pneumatique ou de la roue, une orientation axiale est une orientation parallèle à l'axe de moyeu A et une orientation radiale est une orientation perpendiculaire à l'axe de moyeu A.

Le moyeu motorisé comprend une machine électrique 4 de traction, la machine électrique 4 comprenant un stator externe lié au porte-moyeu 2 et un rotor interne dont l'axe de rotation R est distant de l'axe de moyeu A. En particulier, la machine électrique 4 présente un rotor interne dont l'axe de rotation R est distant de l'axe de moyeu A et parallèle audit axe de moyeu, c'est à dire non coaxial. La machine électrique 4 assure la motorisation et le cas échéant le freinage du moyeu 1 par l'intermédiaire de moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique 4 et le moyeu 1. Les moyens de réduction comprennent au moins deux étages de réduction comportant un arbre intermédiaire 5, notamment parallèle à l'axe de moyeu A, ledit arbre intermédiaire étant équipé d'une roue dentée 6 d'engrènement avec le rotor de la machine électrique 4 et d'un pignon réducteur 7 d'engrènement avec le moyeu 1.

En particulier, les moyens de réduction comprennent un pignon moteur 8 destiné à être lié au rotor de la machine électrique 4 et une couronne dentée 9 liée au moyeu 1. Sur la figure 2, un premier étage de réduction comprend l'engrenage du pignon moteur 8 et de la roue dentée 6 de l'arbre intermédiaire 5, un deuxième étage de réduction comprenant l'engrenage du pignon réducteur 7 lié à l'arbre intermédiaire 5 et de la couronne dentée 9 liée au moyeu 1. Le rapport de réduction global est de préférence supérieur à 15.

Le moyeu motorisé comprend des moyens de couplage/découplage aptes à adopter une position de couplage dans laquelle la rotation de la machine électrique 4 est couplée à la rotation du moyeu 1 et une position de découplage (figure 2) dans laquelle la rotation de la machine électrique 4 est découplée de la rotation du moyeu 1, de sorte à respectivement établir et interrompre la transmission de couple entre les moyens de réduction et le moyeu 1. La roue dentée 6 est montée en rotation autour de l'arbre intermédiaire 5 et les moyens de couplage/découplage sont disposés entre ladite roue dentée et ledit arbre intermédiaire. De cette façon, lorsque le véhicule roule en mode découplé et que la machine électrique 4 est arrêtée, le moyeu 1 entraîne en rotation la couronne dentée 9 mais pas la roue dentée 6 afin de limiter le bruit et le couple de traînée induits.

Sur la figure 2, les moyens de couplage/découplage comprennent un mécanisme à crabot et baladeur 10, ledit baladeur étant constamment solidaire en rotation de l'arbre intermédiaire 5 et comportant des moyens aptes à coopérer, en position de couplage, avec des moyens complémentaires solidaires de la roue dentée 6 pour entraîner ladite roue dentée et donc le moyeu 1 en rotation par l'intermédiaire de la machine électrique 4. Dans le mode de réalisation représenté, le baladeur 10 est monté en translation autour de l'arbre intermédiaire 5 entre une position de couplage et une position de découplage. De façon connue, une fourchette peut être engagée dans une gorge 11 du baladeur 10 pour commander sa position axiale, ladite fourchette pouvant être contrôlée par un actionneur à vis et écrou comprenant un petit moto-réducteur électrique ou un électro-aimant. Pour assurer la solidarisation en rotation du baladeur 10 autour de l'arbre intermédiaire 5, ledit baladeur comporte des cannelures intérieures cylindriques 12 et l'arbre intermédiaire 5 comporte des cannelures extérieures cylindriques 13 aptes à coopérer avec lesdites cannelures intérieures sur la course de translation dudit baladeur.

Le baladeur 10 comporte des dentures frontales 14 aptes à coopérer, en position de couplage, avec des dentures frontales 15 solidaires de la roue dentée 6. En particulier, les dentures 14, 15 sont usinées respectivement en extrémité du baladeur 10 et sur le flanc de la roue dentée 6, le baladeur 10 étant poussé contre ladite roue dentée pour assurer le couplage. L'ensemble de la transmission, c'est à dire l'ensemble des moyens de réduction et des moyens de couplage/découplage, est contenu dans un carter 17 étanche contenant une quantité adéquate d'un lubrifiant afin de lubrifier l'ensemble par barbotage. De façon avantageuse, lorsque le véhicule roule en mode découplé et que la machine électrique 4 est arrêtée, la couronne dentée 9 est entraînée en rotation par le moyeu 1 de sorte à maintenir la lubrification par barbotage.

Le stator de la machine électrique 4 est lié en rotation au porte-moyeu 2. Cette liaison, nécessaire à la transmission du couple, peut être rigide et directe mais elle peut de préférence 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. En particulier, le stator de la machine électrique 4 est porté par le carter 17 alors que ledit carter est monté rotatif par rapport au porte-moyeu 2 selon l'axe de moyeu A. La rotation du carter 17 par rapport au porte-moyeu 2 peut être contrôlée par une bielle agissant entre le carter 17 et la caisse du véhicule. En outre, le moyeu motorisé comporte un frein à disque dont le disque 18 est placé à l'extérieur du carter 17 par rapport au véhicule. Bien qu'il s'agisse d'un mode de réalisation préféré, 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.

Une manière avantageuse de construire un véhicule hybride est de combiner une motorisation thermique conventionnelle de l'essieu avant et une motorisation électrique des roues de l'essieu arrière selon l'invention. En particulier, les porte-moyeux 2 des roues peuvent être solidaires chacun d'un bras tiré de l'essieu arrière, par exemple torsible, du véhicule hybride. La source d'énergie électrique peut être un ensemble de batteries ou de super-condensateurs, une pile à combustible, un réseau urbain à la manière des trolley-bus ou toute autre source électrique disponible.

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 4 en mode freinage. L'énergie électrique récupérée par la machine électrique 4 en mode freinage peut être stockée ou dissipée de manière connue en soi.

Un moyeu motorisé selon l'invention permet donc de coupler/découpler la motorisation électrique à tout moment, y compris pendant le déplacement du véhicule. Pour permettre un découplage sans à-coup, il est préférable de commander la machine électrique 4 pour qu'elle transmette un couple nul ou très faible au moment du mouvement du baladeur 10. Bien que la présente description se concentre sur un mode de réalisation spécifique, l'homme du métier sait envisager d'autres combinaisons des différents moyens décrits ici ou d'autres combinaisons de certains de ces moyens avec d'autres moyens non décrits ici mais connus de l'état de la technique.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Moyeu motorisé pour la motorisation électrique d'un essieu d'un véhicule automobile à traction hybride, ledit moyeu motorisé comprenant un moyeu (1) destiné à recevoir une roue, ledit moyeu étant monté rotatif par rapport à un porte-moyeu (2) selon un axe de moyeu (A), le moyeu motorisé comprenant une machine électrique (4) de traction, la machine électrique (4) comprenant un stator externe lié au porte-moyeu (2) et un rotor interne dont l'axe de rotation (R) est distant de l'axe de moyeu (A), le moyeu motorisé comprenant des moyens de réduction agissant entre le rotor de la machine électrique (4) et le moyeu (1), le moyeu motorisé comprenant des moyens de couplage/découplage aptes à adopter une position de couplage dans laquelle la rotation de la machine électrique (4) est couplée à la rotation du moyeu (1) et une position de découplage dans laquelle la rotation de la machine électrique (4) est découplée de la rotation du moyeu (1), les moyens de réduction comprenant au moins deux étages de réduction comportant un arbre intermédiaire (5) équipé d'une roue dentée (6) d'engrènement avec le rotor de la machine électrique (4) et d'un pignon réducteur (7) d'engrènement avec le moyeu (1), ledit moyeu motorisé étant caractérisé en ce que la roue dentée (6) est montée en rotation autour de l'arbre intermédiaire (5), les moyens de couplage/découplage étant disposés entre ladite roue dentée et ledit arbre intermédiaire.
2. 2. Moyeu motorisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage/découplage comprennent un mécanisme à crabot et baladeur (10), ledit baladeur étant constamment solidaire en rotation de l'arbre intermédiaire (5) et comportant des moyens aptes à coopérer, en position de couplage, avec des moyens complémentaires solidaires de la roue dentée (6).
3. 3. Moyeu motorisé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le baladeur (10) est monté en translation autour de l'arbre intermédiaire (5) entre une position de couplage et une position de découplage.
4. 4. Moyeu motorisé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le baladeur (10) comporte des cannelures intérieures cylindriques (12), l'arbre intermédiaire (5) comportant des cannelures extérieures cylindriques (13) de solidarisation en rotation dudit baladeur avec ledit arbre intermédiaire.
5. 5. Moyeu motorisé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le baladeur (10) comporte des dentures frontales (14) aptes à coopérer, en position de couplage, avec des dentures frontales (15) solidaires de la roue dentée (6).
6. 6. Moyeu motorisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de réduction comprennent un pignon moteur (8) destiné à être lié au rotor de la machine électrique (4) et une couronne dentée (9) liée au moyeu (1).
7. 7. Moyeu motorisé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un premier étage de réduction comprend l'engrenage du pignon moteur (8) et de la roue dentée (6) de l'arbre intermédiaire (5), un deuxième étage de réduction comprenant l'engrenage du pignon réducteur (7) lié à l'arbre intermédiaire (5) et de la couronne dentée (9) liée au moyeu (1).
8. 8. Moyeu motorisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un carter (17) étanche contenant les moyens de réduction et les moyens de couplage/découplage et portant la machine électrique (4), ledit carter contenant un lubrifiant.
9. 9. Roue motorisée comprenant un moyeu motorisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. 10. Véhicule automobile comprenant au moins deux roues motorisées selon la revendication 9.
11. 11. Véhicule automobile selon la revendication 10, caractérisé en ce que deux roues motorisées sont disposées sur l'essieu arrière dudit véhicule, les porte-moyeux (2) desdites roues étant chacun solidaires d'un bras tiré de l'essieu arrière.5