FR3005932A1

FR3005932A1 - Ensemble electromecanique pour engin roulant, ainsi qu'un engin roulant equipe d'un tel ensemble electromecanique

Info

Publication number: FR3005932A1
Application number: FR1354525A
Authority: FR
Inventors: Antoine Testasecca
Original assignee: France Reducteurs SA
Current assignee: France Reducteurs SA
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-11-28
Anticipated expiration: 2033-05-21
Also published as: WO2014188111A3; DE212014000129U1; WO2014188111A2; FR3005932B1

Abstract

L'invention concerne un ensemble électromécanique pour engin roulant, ledit ensemble comprenant une roue (2) dite d'appui au sol, un groupe (3) moteur d'entrainement en rotation de la roue logé à l'intérieur de la roue, et un arbre (4) autour duquel la roue (2) est apte à être entrainée en rotation par ledit groupe (3) moteur. Ledit ensemble comprend en outre une base (5) de liaison dudit ensemble à l'engin, ladite base (5), munie d'une ouverture (6) traversante de passage de roue, étant surmontée, côté face dite du dessus de la base (5), d'une coiffe (7), venant à recouvrement de l'ouverture (6), ladite coiffe (7) portant l'arbre (4) autour duquel la roue (2), qui fait partiellement saillie côté face du dessous de la base pour venir en appui au sol, est apte à être entraînée en rotation, ladite coiffe (7) étant, par rapport à la base (5), montée, par l'intermédiaire de moyens (8) d'entrainement, mobile à rotation autour d'un axe dit vertical passant par l'ouverture (6) et s'étendant sensiblement orthogonalement à l'arbre (4) de roue.

Description

La présente invention concerne un ensemble électromécanique pour engin roulant, ainsi qu'un engin roulant équipé d'un tel ensemble électromécanique. Elle concerne plus particulièrement un ensemble électromécanique du type 5 comprenant une roue dite d'appui au sol, un groupe moteur d'entraînement en rotation de la roue logé à l'intérieur de la roue, et un arbre autour duquel la roue est apte à être entraînée en rotation par ledit groupe moteur. La réalisation d'engin roulant présentant des roues à la fois motrices et directrices est connue de l'état de la technique, comme l'illustre le brevet 10 européen EP 1 746 016. Les solutions développées à ce jour concernent toutefois généralement au moins deux roues de l'engin et sont des solutions encombrantes, non transposables à des engins roulants légers, tels que notamment des robots de tonte ou des robots aspirateurs. Un but de la présente invention est donc de proposer un ensemble 15 électromécanique du type précité, dont la conception permet, en raison de sa compacité, son adaptation à un grand nombre d'engins. Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble électromécanique du type précité dont la conception permet une simplification des autres moyens d'entraînement en déplacement de l'engin équipé d'un tel 20 ensemble. Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble électromécanique dont la conception permet son utilisation sur des terrains difficiles, en particulier boueux. À cet effet, l'invention a pour objet un ensemble électromécanique pour engin 25 roulant, ledit ensemble comprenant une roue dite d'appui au sol, un groupe moteur d'entrainement en rotation de la roue logé à l'intérieur de la roue, et un arbre autour duquel la roue est apte à être entrainée en rotation par ledit groupe moteur, caractérisé en ce que ledit ensemble comprend en outre une base de liaison dudit ensemble à l'engin, ladite base, munie d'une ouverture traversante de passage de roue, étant surmontée, côté face dite du dessus de la base, d'une coiffe, venant à recouvrement de l'ouverture, ladite coiffe portant l'arbre autour duquel la roue, qui fait partiellement saillie côté face du dessous de la base pour venir en appui au sol, est apte à être entraînée en rotation, ladite coiffe étant, par rapport à la base, montée, par l'intermédiaire de moyens d'entrainement, mobile à rotation autour d'un axe dit vertical passant par l'ouverture et s'étendant sensiblement orthogonalement à l'arbre de roue.

Grâce à l'architecture de l'ensemble telle que décrite ci-dessus, il en résulte un ensemble compact dont les éléments fragiles, tels que le groupe moteur et les moyens d'entraînement en rotation de la coiffe, peuvent être parfaitement protégés des salissures. De préférence, l'arbre de roue fait saillie à chacune de ses extrémités de la roue pour être retenu, au niveau de chacune de ses extrémités, à l'intérieur de la coiffe, de préférence par l'intermédiaire de logements formant paliers ménagés à l'intérieur de la coiffe. Le mouvement de rotation de la coiffe est ainsi transmis, par l'intermédiaire de l'arbre, à la roue. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, l'arbre de roue est formé 20 de deux demi-arbres et de moyens de liaison des deux demi-arbres entre eux. En variante, l'arbre de roue est réalisé sous forme d'un seul tenant. De préférence, le groupe moteur d'entrainement en rotation de la roue comprend un moteur et un réducteur, ledit réducteur étant d'une part, en prise avec l'arbre d'entrainement du moteur, d'autre part, couplé directement, ou par 25 l'intermédiaire d'au moins une pièce tournante dite de transmission de mouvement, à la roue pour l'entrainement en rotation de la roue. De préférence, le réducteur comprend un train épicycloïdal à au moins un étage.

De préférence, la coiffe présente une forme générale hémisphérique. De préférence, l'ensemble électromécanique comprend un capteur de détermination de la position angulaire de la coiffe disposé, de préférence, sur la coiffe, sur ou au voisinage immédiat de la ligne formée par l'axe de rotation de la coiffe, et une unité de pilotage du groupe moteur d'entrainement en rotation de la roue et des moyens d'entrainement en rotation de la coiffe au moins en fonction des signaux dudit capteur. De préférence, l'ensemble électromécanique comprend un connecteur tournant de raccordement du groupe moteur à une source d'énergie, ledit connecteur tournant étant disposé sur la coiffe, sur, ou au voisinage immédiat de, la ligne formée par l'axe de rotation de la coiffe. Cette disposition permet d'éviter un sectionnement intempestif ou un arrachage des câbles électriques d'alimentation du groupe moteur d'entraînement en rotation de la roue. De préférence, la coiffe est maintenue en applique sur la base par un couvercle délimitant, avec au moins une partie de la base, un boitier à l'intérieur duquel sont disposés au moins les moyens d'entrainement en rotation de la coiffe. Grâce à cette réalisation, les moyens d'entraînement en rotation de la coiffe peuvent être immergés dans de la graisse ou un autre lubrifiant, sans risque de fuite de ces derniers.

De préférence, les moyens d'entrainement en rotation de la coiffe sont des moyens moteurs formés par une pièce d'engrènement, telle qu'une vis sans fin, portée par la base et en prise avec une couronne dentée portée par la coiffe. Il en résulte un encombrement limité de l'ensemble. De préférence, la base affecte la forme générale d'un plateau muni d'une ouverture traversante formant l'ouverture traversante de passage de roue. Cette base peut être réalisée d'une seule pièce avec le châssis de l'engin, dans le cas d'un châssis monobloc ou réalisée sous forme d'une pièce rapportée sur ledit châssis.

L'invention a encore pour objet un engin roulant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ensemble électromécanique du type précité. De préférence, ledit engin est un engin roulant à déplacement automatique, exempt de conducteur assis ou marchant derrière l'engin, encore appelé robot, cet engin comprenant au moins trois roues, l'une des roues étant une roue motrice et directrice formée par ledit ensemble électromécanique, les autres roues étant non motrices et non directrices. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 représente une vue partielle en perspective d'un engin équipé d'un ensemble électromécanique conforme à l'invention. - La figure 2 représente une vue en position éclatée des éléments de la figure 1. - La figure 3 représente une vue de dessous de l'engin représenté à la figure 1. - La figure 4 représente une vue de dessus d'un ensemble électromécanique conforme à l'invention, la coiffe ayant été réalisée transparente pour visualiser l'intérieur de l'engin et le couvercle ayant été omis. - La figure 5 représente une vue en coupe de l'engin représenté à la figure 1.

Comme mentionné ci-dessus, l'invention a pour objet un ensemble 1 électromécanique pour un engin 20 roulant. Cet engin 20 roulant peut être, comme dans l'exemple représenté, un engin roulant à déplacement automatique, c'est-à-dire exempt de conducteur assis ou de conducteur marchant derrière l'engin, ce type d'engin étant encore appelé robot.

Dans l'exemple représenté, cet engin 20 comprend trois roues, à savoir deux roues 22 non motrices et non directrices et une roue 2 motrice et directrice formée par l'ensemble 1 électromécanique qui va être décrit ci-après. L'ensemble 1 électromécanique comprend donc, outre la roue 2 d'appui au sol, 5 un groupe 3 moteur d'entraînement en rotation de la roue logé à l'intérieur de la roue, un arbre 4 autour duquel la roue 2 est apte à être entraînée en rotation par ledit groupe 3 moteur, une base 5 de liaison dudit ensemble à l'engin 20, ladite base 5 étant munie d'une ouverture 6 traversante de passage de roue et surmontée, côté face dite de dessus de la base 5, d'une coiffe 7 venant à 10 recouvrement de l'ouverture 6. Cette coiffe 7 porte l'arbre 4 autour duquel la roue 2 qui fait partiellement saillie d'une part, côté face du dessus de la base, d'autre part, côté face du dessous de la base pour venir en appui au sol, est apte à être entraînée en rotation. Cette coiffe 7 est, par rapport à la base, montée par l'intermédiaire de 15 moyens 8 d'entrainement, mobile à rotation autour d'un axe XX' dit vertical passant par l'ouverture 6 de la base et s'étendant sensiblement orthogonalement à l'arbre 4 de roue. Dans les exemples représentés, l'arbre 4 de roue fait saillie à chacune de ses extrémités de la roue 2 pour être retenu, au niveau de chacune de ses 20 extrémités, à l'intérieur de la coiffe 7, par l'intermédiaire de logements 71 formant paliers ménagés à l'intérieur de la coiffe 7. En particulier, l'arbre 4 de roue est formé de deux demi-arbres 41,42 et de moyens 43 de liaison des deux demi-arbres 41, 42 entre eux. Ces moyens 43 de liaisons sont formés par un corps tubulaire interposé entre 25 les deux demi-arbres 41, 42 disposés chacun au niveau d'une extrémité dudit corps. Ce corps tubulaire loge au moins partiellement le groupe 3 moteur d'entraînement en rotation de la roue. Ce corps 43 tubulaire s'étend à l'intérieur de la roue tandis que les deux demi-arbres font au moins partiellement saillie de la roue pour être retenus à l'intérieur de la coiffe par l'intermédiaire des logements 71 formant paliers ménagés à l'intérieur de la coiffe. Le corps 43 tubulaire est fermé au moins partiellement à chacune de ses 5 extrémités par un flasque 431 et les deux demi-arbres 41, 42 sont couplés chacun à l'un desdits flasques de fermeture. Le groupe 3 moteur d'entraînement en rotation de la roue comprend un moteur 31 et un réducteur 32. Le moteur 31 est de préférence un moteur sans balais, encore appelé moteur "brushless". Le réducteur 32 est d'une part, en 10 prise avec l'arbre 311 d'entraînement du moteur 31, d'autre part, couplé directement, ou par l'intermédiaire d'au moins une pièce 321 tournante dite de transmission de mouvement, à la roue 2, pour l'entraînement en rotation de la roue. C'est la deuxième solution qui a été ici retenue. Le réducteur 32 comprend un train 322 épicycloïdal. Ce train épicycloïdal peut 15 être à un ou plusieurs étages. Dans l'exemple représenté, ce train épicycloïdal est à plusieurs étages. L'arbre du moteur 31 porte un planétaire en prise par engrènement avec des satellites portés par un premier porte-satellites. Ces satellites viennent en prise avec une couronne dentée du porte-satellites pour entraîner en rotation le porte-satellites, qui porte sur sa face opposée un 20 planétaire. Ce planétaire transmet, via des satellites portés par un deuxième porte-satellites, son mouvement de rotation au deuxième porte-satellites. Ce deuxième porte-satellites porte à nouveau, sur sa face opposée, un planétaire en prise avec des satellites portés par un flasque de fermeture du corps 43 tubulaire. Ces satellites font saillie du flasque de fermeture à travers des 25 lumières 4311 ménagées dans ledit flasque. La transmission du mouvement de rotation de ces satellites à la roue s'opère ici par la pièce 321 tournante. Cette pièce 321 tournante est une pièce annulaire munie, au niveau du bord périphérique de délimitation de son ouverture, d'une denture 3211 apte à venir en prise par engrènement avec les satellites 3221 du train 322 épicycloïdal et sur l'une de ses faces, d'organes mâles, ou respectivement femelles 3212, aptes à venir en prise avec des organes femelles, ou respectivement mâles 21, complémentaires portés par ladite roue.

Dans l'exemple représenté, la pièce 321 annulaire est équipée d'encoches 3212 venant en prise avec des nervures radiales ménagées à l'intérieur de la roue. La roue 2 affecte ici la forme générale d'une sphère et est formée de deux demi-coquilles assemblées.

En variante par rapport à ce qui est décrit ci-dessus, l'arbre de roue aurait pu être réalisé d'une seule pièce et le groupe moteur rapporté sur ledit arbre. La base 5 affecte quant à elle la forme générale d'un plateau muni d'une ouverture traversante formant l'ouverture 6 traversante du passage de roue. Ce plateau peut être réalisé sous forme d'un simple plateau annulaire rapporté sur un deuxième plateau rectangulaire comme illustré aux figures, ou être réalisé d'une seule pièce avec le plateau rectangulaire. Bien évidemment, la base 5 peut affecter un grand nombre de formes, selon les caractéristiques de l'engin et en particulier, selon les caractéristiques du reste du châssis de l'engin. La coiffe 7 qui forme une cloche, présente ici une forme générale hémisphérique. Cette coiffe 7 est maintenue en applique sur la base 5 par un couvercle 10 délimitant, avec au moins une partie de la base 5, un boitier à l'intérieur duquel sont disposés au moins les moyens 8 d'entraînement en rotation de la coiffe 7. Ce couvercle 10 est ici formé par une plaque de forme générale annulaire qui 25 vient fermer une cavité annulaire s'étendant entre deux rebords sensiblement circulaires de la base. Un élargissement de la cavité de la base et du couvercle est prévu pour loger les moyens 8 d'entraînement en rotation de la coiffe 7.

Les moyens 8 d'entraînement en rotation de la coiffe 7 sont des moyens 8 moteurs formés par une pièce d'engrènement réalisée ici sous forme d'une vis 81 sans fin portée par la base 5. Cette vis sans fin, entraînée en rotation par un moteur 84, vient en prise avec une couronne 82 dentée, portée par la 5 coiffe 7. La couronne 82 dentée est disposée tangentiellement à la vis sans fin 81. Cette couronne 82 dentée est ménagée au niveau de la base de la coiffe, sur le pourtour extérieur de la coiffe. L'entraînement en rotation de la vis 81 sans fin par le moteur couplé à ladite vis sans fin permet donc, par l'intermédiaire de la couronne 82 dentée, l'entraînement en rotation de la coiffe 10 7 par rapport à la base 5. Pour parfaire cet entraînement en rotation de la coiffe 7, des pignons ou galets 83 de centrage disposés sur la base 5, sur un cercle concentrique à la couronne 82 dentée, peuvent être prévus. La coiffe 7 est ainsi montée mobile à rotation par rapport à la base 5 autour 15 d'un axe XX' dit vertical passant par l'ouverture 6 traversante de la base et s'étendant sensiblement orthogonalement à l'arbre de la roue, en particulier perpendiculairement à l'axe longitudinal dudit arbre. Cet axe XX' passe de préférence par le centre de la roue et s'étend perpendiculairement au plan de l'ouverture 6 traversante de la base. 20 La coiffe comporte encore un connecteur 11 tournant de raccordement du groupe 3 moteur à une source d'énergie. Ce connecteur 11 tournant est disposé sur la coiffe, sur, ou au voisinage immédiat de, la ligne formée par l'axe XX' de rotation de la coiffe 7. Ce connecteur 11 tournant permet le raccordement électrique du groupe moteur à une source d'alimentation en 25 énergie, généralement embarquée sur l'engin. L'ensemble comprend encore un capteur 9 de détermination de la position angulaire de la coiffe 7 disposé sur la coiffe, sur ou au voisinage immédiat de la ligne formée par l'axe )(X' de rotation de la coiffe et une unité 12 de pilotage du groupe 3 moteur d'entraînement en rotation de la roue et des moyens 8 d'entraînement en rotation de la coiffe au moins en fonction desdits signaux dudit capteur 9. Bien évidemment, le capteur 9 aurait pu être disposé en un autre emplacement de l'ensemble.

L'ensemble comprend donc des moyens de fourniture de données d'entrée à l'unité de pilotage et l'unité de pilotage est configurée pour, à partir desdites données d'entrée, piloter le groupe 3 moteur d'entraînement en rotation de la roue et les moyens 8 d'entraînement en rotation de la coiffe. Ces moyens de fourniture de données d'entrée comprennent des moyens d'acquisition de données formés ici par le capteur 9 de la position angulaire de la coiffe par rapport à la base. Ces moyens d'acquisition de données peuvent encore comprendre un capteur de géolocalisation, un capteur de détection d'obstacle ou autres. Les moyens de fournitures de données peuvent encore comprendre une 15 interface d'entrée de données encore appelée interface homme/machine et/ou une mémoire de stockage de données prédéfinies. À partir des données d'entrée, l'unité 12 de pilotage commande le fonctionnement du groupe moteur d'entraînement en rotation de la roue pour permettre la propulsion de l'engin et les moyens 8 moteurs d'entraînement en 20 rotation de la coiffe pour diriger l'engin. Il en résulte une direction aisée de l'engin, à l'aide d'un ensemble extrêmement compact.

Claims

REVENDICATIONS1. Ensemble (1) électromécanique pour engin roulant, ledit ensemble comprenant une roue (2) dite d'appui au sol, un groupe (3) moteur d'entrainement en rotation de la roue logé à l'intérieur de la roue, et un arbre (4) autour duquel la roue (2) est apte à être entrainée en rotation par ledit groupe (3) moteur, caractérisé en ce que ledit ensemble comprend en outre une base (5) de liaison dudit ensemble (1) à l'engin (20), ladite base (5), munie d'une ouverture (6) traversante de passage de roue, étant surmontée, côté face dite du dessus de la base (5), d'une coiffe (7), venant à recouvrement de l'ouverture (6), ladite coiffe (7) portant l'arbre (4) autour duquel la roue (2), qui fait partiellement saillie côté face du dessous de la base pour venir en appui au sol, est apte à être entraînée en rotation, ladite coiffe (7) étant, par rapport à la base (5), montée, par l'intermédiaire de moyens (8) d'entrainement, mobile à rotation autour d'un axe (XX') dit vertical passant par l'ouverture (6) et s'étendant sensiblement orthogonalement à l'arbre (4) de roue.
2. Ensemble électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (4) de roue fait saillie à chacune de ses extrémités de la roue (2) pour être retenu, au niveau de chacune de ses extrémités, à l'intérieur de la coiffe (7), de préférence par l'intermédiaire de logements (71) formant paliers ménagés à l'intérieur de la coiffe (7).
3. Ensemble (1) électromécanique selon l'une des revendications 1 ou 2, 25 caractérisé en ce que l'arbre (4) de roue est formé de deux demi-arbres (41,42) et de moyens (43) de liaison des deux demi-arbres (41, 42) entre eux.
4. Ensemble (1) électromécanique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le groupe (3) moteur d'entrainement en rotation de la 30 roue comprend un moteur (31) et un réducteur (32), ledit réducteur (32) étant d'une part, en prise avec l'arbre (311) d'entrainement du moteur (31), d'autrepart, couplé directement, ou par l'intermédiaire d'au moins une pièce (321) tournante dite de transmission de mouvement, à la roue (2) pour l'entrainement en rotation de la roue.
5. Ensemble (1) électromécanique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réducteur (32) comprend un train (322) épicycloïdal à au moins un étage.
6. Ensemble (1) électromécanique selon l'une des revendications 1 à 5, 10 caractérisé en ce que la coiffe (7) présente une forme générale hémisphérique.
7. Ensemble (1) électromécanique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (9) de détermination de la position angulaire de la coiffe (7) disposé, de préférence, sur la coiffe (7), sur ou au 15 voisinage immédiat de la ligne formée par l'axe (XX') de rotation de la coiffe (7), et une unité (12) de pilotage du groupe (3) moteur d'entrainement en rotation de la roue et des moyens (8) d'entrainement en rotation de la coiffe au moins en fonction des signaux dudit capteur (9). 20
8. Ensemble (1) électromécanique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un connecteur (11) tournant de raccordement du groupe (3) moteur à une source d'énergie, ledit connecteur (11) tournant étant disposé sur la coiffe, sur, ou au voisinage immédiat de, la ligne formée par l'axe (XX') de rotation de la coiffe (7). 25 9 Ensemble (1) électromécanique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la coiffe (7) est maintenue en applique sur la base (5) par un couvercle (10) délimitant, avec au moins une partie de la base (5), un boitier à l'intérieur duquel sont disposés au moins les moyens (8) 30 d'entrainement en rotation de la coiffe (7). 10. Ensemble (1) électromécanique selon l'une des revendications 1 à 9,caractérisé en ce que les moyens (8) d'entrainement en rotation de la coiffe (7) sont des moyens (8) moteurs formés par une pièce d'engrènement, telle qu'une vis (81) sans fin, portée par la base (5) et en prise avec une couronne (82) dentée portée par la coiffe (7). 11. Ensemble (1) électromécanique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la base (5) affecte la forme générale d'un plateau muni d'une ouverture traversante formant l'ouverture (6) traversante de passage de roue. 12. Engin (20) roulant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ensemble (1) électromécanique conforme à l'une des revendications 1 à 10 13. Engin (20) roulant selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit 15 engin est un engin roulant à déplacement automatique, exempt de conducteur assis ou marchant derrière l'engin, encore appelé robot, cet engin comprenant au moins trois roues, l'une des roues étant une roue motrice et directrice formée par ledit ensemble (1) électromécanique, les autres roues (22) étant non motrices et non directrices. 20 10