FR3047449A3

FR3047449A3 - Systeme d'entrainement de roue alternativement recepteur et generateur d'energie

Info

Publication number: FR3047449A3
Application number: FR1651054A
Authority: FR
Inventors: Velayutham Nainar
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-11

Abstract

La présente invention concerne un système d'entraînement de roue, et plus particulièrement un système d'entraînement de roue qui est soit alimenté par un moteur-générateur dans la roue (2), soit qui génère de l'énergie par l'intermédiaire du même moteur-générateur (2). Le système d'entraînement de roue comprend une jante (1) d'une roue, un moteur-générateur (2) monté dans la roue, un arbre de roue motrice (3) connecté de manière rigide soit à la jante (1) de la roue, soit à un tambour de frein (4), et adapté pour être entraîné ou pour entraîner la roue, un arbre d'entraînement de puissance (5) adapté pour être entraîné ou pour entraîner le moteur-générateur (2), un réducteur (6), un embrayage double (7) et un embrayage à dépassement (20).

Description

Système d’entraînement de roue alternativement récepteur et générateur d’énergie

La présente invention concerne un système d’entraînement de roue, et plus particulièrement un système d’entraînement de roue qui peut être alimenté par un moteur-générateur dans la roue ou qui peut fonctionner en tant que système générant de l’énergie.

Actuellement, les véhicules qui sont mus par des moteurs électriques comprennent généralement un moteur électrique qui entraîne les roues du véhicule par l’intermédiaire d’un réducteur et d’un engrenage différentiel, comme décrit par exemple dans le document GB2449489. Généralement, la puissance est transférée du moteur électrique au réducteur qui comprend une vis sans fin et une roue dentée. L’énergie électrique destinée au moteur électrique est normalement stockée dans une batterie électrique. Le rendement de ce système est généralement faible en raison du nombre d’engrenages utilisés, et il y a aussi un nombre élevé de composants mécaniques. De plus, les composants mécaniques, comme les arbres, peuvent être exposés à l’environnement, ce qui peut être problématique pour plusieurs raisons. Par exemple, les objets présents dans l’environnement peuvent entrer en contact physique avec un arbre exposé pendant la marche du véhicule et l’endommager. De même, la plupart des arbres rotatifs sont pourvus d’un ou de plusieurs joints de cardan, et les objets présents dans l’environnement peuvent se prendre entre les différentes parties des joints de cardan pendant la marche. Comme autre exemple, l’exposition directe à l’environnement peut provoquer une détérioration des arbres due par exemple à l’humidité.

En plus des inconvénients liés à l’exposition à l’environnement, les arbres des groupes motopropulseurs comportent généralement un nombre de composants relativement grand, comme diverses portions d’arbres et plusieurs joints de cardan pour réaliser une tâche relativement simple. Ce nombre élevé de composants, en plus du coût de l’assemblage, se traduit au final par un coût élevé pour l’utilisateur.

Les engrenages classiques, comme le planétaire et autres systèmes d’engrenages, ne sont qu’une option pour entraîner un moteur électrique. Les autres systèmes d’entraînement comprennent, par exemple, les engrenages à onde de déformation, également appelés « démultiplicateurs harmoniques ».

Certaines machines « dans la roue » sont déjà utilisées dans les groupes motopropulseurs électriques, comme décrit par exemple dans le document EP1362736, afin d’entraîner indépendamment chaque roue, pour produire un système où toutes les roues sont motrices, qui ne nécessite ni transmission, ni arbre d’entraînement, ni différentiel ou autres composants mécaniques complexes. Ce système est aussi destiné à commander le couple d’entraînement indépendamment à chaque roue. Avantageusement, le système permet aussi au véhicule d’avoir une bonne garde au sol car il y a généralement absence d’essieu. Toutefois, une commande très complexe est nécessaire pour assurer que les moteurs fonctionnent de façon coopérative. L’objectif de la présente invention est de proposer un système d’entraînement de roue, et plus particulièrement un système d’entraînement de roue alternativement récepteur et générateur d’énergie pour véhicule, qui peut offrir une solution compacte et un rapport de réduction plus élevé pour un système plus efficace. En particulier, il bénéficie des nombreux avantages d’un système d’entraînement à moteur dans la roue existant tout en l’améliorant en incluant un mode de fourniture d’électricité quand un moteur-générateur est utilisé à la place d’un moteur électrique.

Selon la présente invention, il est proposé un système d’entraînement de roue alternativement récepteur et générateur d’énergie pour véhicule, comprenant : une roue comprenant au moins une jante, un moteur-générateur monté dans la roue pour entraîner la roue ou pour fournir de l’énergie à un dispositif de stockage d’énergie comme des batteries, un arbre de roue motrice connecté de manière rigide soit à la jante de la roue, soit à un tambour de frein, soit à un frein à disque et adapté pour être entraîné ou pour entraîner la roue, un arbre d’entraînement de puissance adapté pour être entraîné ou pour entraîner le moteur-générateur, et un réducteur agencé coaxialement à l’intérieur de la jante et adapté pour multiplier le couple de l’arbre d’entraînement de puissance.

Le moteur-générateur peut être agencé coaxialement à l’intérieur de la jante et adapté pour être utilisé soit comme moteur électrique, soit comme générateur, alternativement alimenté par un dispositif de stockage d’énergie ou le rechargeant.

Dans un mode de réalisation de l’invention, un embrayage double est agencé coaxialement à l’intérieur de la jante et est adapté pour commuter entre deux modes de fonctionnement différents qui correspondent soit à un mode de générateur, soit à un mode de moteur.

Selon une autre caractéristique du système d’entraînement de roue, l’embrayage double comprend en outre un premier embrayage extérieur, ledit embrayage extérieur comprenant un plateau de pression extérieur orienté coaxialement avec un ensemble d’au moins un plateau de friction extérieur adapté pour glisser contre le plateau de pression extérieur et un plateau d’embrayage extérieur. L’embrayage extérieur accouple avantageusement l’arbre d’entraînement de puissance au réducteur quand il est en prise.

Selon une autre caractéristique du système d’entraînement de roue, cet embrayage double comprend aussi un deuxième embrayage intérieur agencé coaxialement à l’intérieur du premier embrayage extérieur comprenant un ensemble d’au moins un plateau de friction intérieur adapté pour glisser contre un plateau de pression intérieur et un plateau d’embrayage intérieur.

Ledit embrayage intérieur accouple avantageusement l’arbre de roue motrice à l’arbre d’entraînement de puissance quand il est en prise.

Dans un autre mode de réalisation du système d’entraînement de roue, on excite un enroulement de bobine adapté pour tirer et déplacer le plateau de pression extérieur de l’embrayage extérieur, ce qui met en prise l’embrayage extérieur et débraye l’embrayage intérieur.

Ledit enroulement de bobine est aussi adapté pour débrayer l’embrayage extérieur quand ledit enroulement de bobine est désexcité, ce qui met en prise l’embrayage intérieur. L’embrayage extérieur peut comprendre un ensemble d’au moins un ressort de compression adapté pour pousser et déplacer le plateau de pression extérieur quand ledit enroulement de bobine est désexcité, ce qui débraye l’embrayage extérieur.

Ledit moteur-générateur, ledit arbre d’entraînement de puissance et ledit embrayage double sont dans un mode de réalisation du système d’entraînement de roue, agencés coaxialement dans le même support à l’intérieur de la jante.

Un embrayage à dépassement peut aussi être agencé coaxialement à l’intérieur de ladite jante et adapté pour transmettre un couple dudit réducteur audit arbre de roue motrice, et pour déconnecter ledit réducteur dudit système d’entraînement de roue. L’embrayage à dépassement peut en outre dégager la sortie du réducteur de l’arbre de roue motrice quand l’arbre de roue motrice tourne plus vite que la sortie du réducteur.

Dans un autre mode de réalisation du système d’entraînement de roue, le réducteur comprend un engrenage à onde de déformation comprenant un générateur d’onde ayant un ensemble de roulement à billes ayant une piste de roulement intérieure elliptique rigide et une piste de roulement extérieure flexible, une cannelure flexible ayant une coupelle flexible à parois ornée de petites dents d’engrenage externes autour de son rebord, et une cannelure circulaire qui est un anneau rigide muni de dents internes usinées le long d’un diamètre de pas légèrement plus grand que celui des dents de la cannelure flexible.

Le générateur d’onde est éventuellement logé à l’intérieur de la cannelure flexible, il est alors entraîné par le premier embrayage extérieur de l’embrayage double, tandis que la cannelure circulaire peut entraîner l’embrayage à dépassement.

Des variantes sur les éléments de l’engrenage à onde de déformation sont possibles et sont destinées à être dans la portée de la présente invention. Certaines de ces variantes sont montrées et décrites ci-dessous. Les cannelures comprennent des dents positionnées dans le sens de la circonférence, de sorte que les dents de la cannelure circulaire et les dents de la cannelure flexible engrènent pendant la rotation. La cannelure flexible a généralement une forme elliptique, qui fait que ses dents ne se mettent en prise avec les dents de la cannelure circulaire que dans deux régions le long de l’axe principal de l’ellipse. Quand le générateur d’onde ou une autre entrée est en rotation, les dents de la cannelure flexible qui engrènent avec la cannelure circulaire changent. L’axe principal de la cannelure flexible tourne avec le générateur d’onde. Comme la cannelure flexible a normalement moins de dents que la cannelure circulaire, pour chaque rotation complète du générateur d’onde, la cannelure flexible tourne sur une petite distance vers l’arrière par rapport à la cannelure circulaire. En conséquence, la rotation du générateur d’onde produit une rotation beaucoup plus lente de la cannelure flexible dans la direction opposée.

Le rapport de réduction d’engrenage pour un engrenage à onde de déformation peut être calculé à partir du nombre de dents de chaque élément d’engrenage : . , . . dents de cannelure flexible - dents de cannelure circulaire rapport de réduction =--- dents de cannelure flexible

Par exemple, s’il y a 202 dents sur la cannelure circulaire et 200 sur la cannelure flexible, le rapport de réduction vaut (200-202)/200 = -0,01. La cannelure flexible tourne à 1/100e de la vitesse du générateur d’onde et dans la direction opposée, ce qui permet de choisir des rapports de réduction différents sans changer la forme, augmenter le poids ni ajouter d’étages au réducteur. La gamme de rapports d’engrenage possible n’est limitée que par des limites de taille de dents pour un dessin donné. Les résultats souhaités peuvent être réalisés avec une différence d’au moins deux dents entre la cannelure flexible et la cannelure circulaire. Toutefois, des différences du nombre de dents plus élevées peuvent aussi être utilisées. L’ensemble compact peut être monté dans le volume disponible dans une jante de véhicule. Comme déjà dit plus haut, avec cette structure compacte, de faibles rapports de réduction d’engrenage sont possibles. Mais les rapports d’engrenage sont finalement limités principalement par la taille des dents pour une configuration d’engrenage à onde de déformation. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention, qui est un exemple non limitatif, illustré sur les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en plan d’un système d’entraînement de roue selon la présente invention ; - la figure 2A est une vue en coupe transversale en plan de l’embrayage à dépassement embrayé ; - la figure 2B est une vue en coupe transversale en plan de l’embrayage à dépassement débrayé ; - la figure 3 est une vue localement agrandie d’un engrenage à onde de déformation ; - la figure 4A est une vue en coupe transversale en plan d’un embrayage extérieur ; et - la figure 4B est une vue en coupe transversale en plan d’un embrayage intérieur.

En référence aux dessins, et initialement aux figures 1 à 4, un système d’entraînement de roue pour véhicule selon un mode de réalisation de la présente invention comprend une roue comprenant au moins une jante 1, un moteur-générateur 2 monté dans la roue soit pour entraîner la roue, soit pour fournir de l’énergie, un arbre de roue motrice 3 connecté de manière rigide soit à la jante de la roue, soit à un tambour de frein 4, soit à un frein à disque et adapté pour être entraîné ou pour entraîner la roue, un arbre d’entraînement de puissance 5 adapté pour être entraîné ou pour entraîner le moteur-générateur 2.

Le système d’entraînement de roue peut être alimenté par le moteur-générateur 2 ou il peut fonctionner en tant que système générant de l’énergie en fonction des conditions de travail du moteur-générateur 2.

Le moteur-générateur 2 est disposé coaxialement à l’intérieur de la jante 1 et est adapté pour être utilisé soit comme moteur électrique, soit comme générateur.

En référence aux dessins, et initialement aux figures 1 à 4, le système d’entraînement de roue comprend en outre un réducteur 6 agencé coaxialement à l’intérieur de la jante 1 et est adapté pour multiplier le couple provenant de l’arbre d’entraînement de puissance 5.

Comme montré sur la figure 1, un embrayage double 7 est disposé coaxialement à l’intérieur de la jante 1 et est adapté pour commuter entre un mode de puissance et un mode de fonctionnement générant de l’énergie.

Un premier embrayage extérieur 8, en référence aux figures 1 et 4A, comprenant un plateau de pression extérieur 9 orienté coaxialement avec un ensemble d’au moins un plateau de friction extérieur 10 est adapté pour glisser contre le plateau de pression extérieur 9 et un plateau d’embrayage extérieur 11. L’embrayage extérieur 8 accouple l’arbre d’entraînement de puissance 5 au réducteur 6.

Un deuxième embrayage intérieur 12, en référence aux figures 1 et 4B, est placé coaxialement à l’intérieur du premier embrayage extérieur 8 comprenant un ensemble d’au moins un plateau de friction intérieur 13 et est adapté pour glisser contre un plateau de pression intérieur 14 et un plateau d’embrayage intérieur 15. L’embrayage intérieur 12 est dédié à l’accouplement de l’arbre de roue motrice 3 à l’arbre d’entraînement de puissance 5.

Un enroulement de bobine 16 est adapté pour tirer et déplacer le plateau de pression extérieur 9 de l’embrayage extérieur 8 quand on l’excite, ce qui met en prise l’embrayage extérieur 8 et débraye l’embrayage intérieur 12, et il est adapté pour débrayer l’embrayage extérieur 8 quand il est désexcité, ce qui met en prise l’embrayage intérieur 12. L’embrayage extérieur 8 comprend un ensemble de plusieurs ressorts de compression 17 adaptés pour pousser et déplacer le plateau de pression extérieur 9 quand l’enroulement de bobine 16 est désexcité, ce qui débraye l’embrayage extérieur 8. L’embrayage intérieur 12 comprend un ensemble de plusieurs ressorts de traction 18 adaptés pour tirer le plateau de pression intérieur 14 quand l’embrayage extérieur 8 est débrayé, ce qui embraye l’embrayage intérieur 12.

Le moteur-générateur 2, l’arbre d’entraînement de puissance 5 et l’embrayage double 7 sont agencés coaxialement dans le même support 19 à l’intérieur de la jante 1, comme montré sur la figure 1.

Un embrayage à dépassement 20 est agencé coaxialement à l’intérieur de la jante 1 pour transmettre un couple du réducteur 6 à l’arbre de roue motrice 3, et pour déconnecter le réducteur 6 du système d’entraînement de roue. L’embrayage à dépassement 20 dégage la sortie du réducteur 6 de l’arbre de roue motrice 3 quand l’arbre de roue motrice 3 tourne plus vite que la sortie du réducteur 6.

Le réducteur 6 comprend un engrenage à onde de déformation 21 comprenant un générateur d’onde 22 ayant un ensemble de roulement à billes ayant une piste de roulement intérieure elliptique rigide et une piste de roulement extérieure flexible, une cannelure flexible 23 ayant une coupelle flexible à parois ornée de petites dents d’engrenage externes autour de son rebord, et une cannelure circulaire 24 qui est un anneau rigide muni de dents internes usinées le long d’un diamètre de pas légèrement plus grand que celui des dents de la cannelure flexible.

Dans un mode de réalisation, comme montré sur la figure 3, le générateur d’onde 22 est logé à l’intérieur de la cannelure flexible 23. Le générateur d’onde 22 est entraîné par le premier embrayage extérieur 8 de l’embrayage double 7, et la cannelure circulaire 24 entraîne l’embrayage à dépassement 20.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système d’entraînement de roue pour véhicule, comprenant : une roue comprenant au moins une jante (1) ; un moteur-générateur (2) monté dans la roue soit pour entraîner la roue, soit pour fournir de l’énergie ; un arbre de roue motrice (3) connecté de manière rigide soit à la jante (1) de la roue, soit à un tambour de frein (4), et adapté pour être entraîné ou pour entraîner la roue ; et un arbre d’entraînement de puissance (5) adapté pour être entraîné ou pour entraîner le moteur-générateur (2) ; et caractérisé en ce que le moteur-générateur (2) est disposé coaxialement à l’intérieur de la jante (1) et est adapté pour être utilisé soit comme moteur électrique, soit comme générateur, et en ce que ledit système d’entraînement de roue comprend en outre un réducteur (6) agencé coaxialement à l’intérieur de la jante (1) et adapté pour multiplier le couple provenant de l’arbre d’entraînement de puissance (5).
2. Système d’entraînement de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un embrayage double (7) est agencé coaxialement à l’intérieur de ladite jante (1) et est adapté pour commuter entre deux modes de fonctionnement différents.
3. Système d’entraînement de roue selon la revendication 2, dans lequel ledit embrayage double comprend : un premier embrayage extérieur comprenant un plateau de pression extérieur (9) orienté coaxialement avec un ensemble d’au moins un plateau de friction extérieur (10) adapté pour glisser contre le plateau de pression extérieur (9) et un plateau d’embrayage extérieur (11) qui accouple l’arbre d’entraînement de puissance (5) au réducteur (6) ; un deuxième embrayage intérieur (12) agencé coaxialement à l’intérieur du premier embrayage extérieur comprenant un ensemble d’au moins un plateau de friction intérieur (13) adapté pour glisser contre un plateau de pression intérieur (14) et un plateau d’embrayage intérieur (15) qui accouple l’arbre de roue motrice (3) à l’arbre d’entraînement de puissance (5) ; et un enroulement de bobine (16) adapté pour tirer et déplacer le plateau de pression extérieur (9) de l’embrayage extérieur (8) quand on l’excite, ce qui met en prise l’embrayage extérieur (8) et débraye l’embrayage intérieur (12), et adapté pour débrayer l’embrayage extérieur (8) quand il est désexcité, ce qui met en prise l’embrayage intérieur (12).
4. Système d’entraînement de roue selon la revendication 3, dans lequel ledit embrayage extérieur (8) comprend un ensemble d’au moins un ressort de compression (17) adapté pour pousser et déplacer le plateau de pression extérieur (9) quand ledit enroulement de bobine (16) est désexcité, ce qui débraye l’embrayage extérieur (8).
5. Système d’entraînement de roue selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ledit embrayage intérieur (12) comprend un ensemble d’au moins un ressort de traction (18) adapté pour tirer le plateau de pression intérieur (14) quand ledit embrayage extérieur (8) est débrayé, ce qui embraye l’embrayage intérieur (12).
6. Système d’entraînement de roue selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel ledit moteur-générateur (2), ledit arbre d’entraînement de puissance (5) et ledit embrayage double (7) sont agencés coaxialement dans le même support (19) à l’intérieur de la jante (1).
7. Système d’entraînement de roue selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un embrayage à dépassement (20) est agencé coaxialement à l’intérieur de ladite jante (1) pour transmettre un couple dudit réducteur (6) audit arbre de roue motrice (3), et pour déconnecter ledit réducteur (6) dudit système d’entraînement de roue.
8. Système d’entraînement de roue selon la revendication 7, dans lequel ledit embrayage à dépassement (20) est apte à dégager la sortie du réducteur (6) de l’arbre de roue motrice (3) quand l’arbre de roue motrice (3) tourne plus vite que la sortie du réducteur (6).
9. Système d’entraînement de roue selon la revendication 8, dans lequel ledit réducteur (6) comprend un engrenage à onde de déformation (21) comprenant : un générateur d’onde (22) ayant un ensemble de roulement à billes ayant une piste de roulement intérieure elliptique rigide et une piste de roulement extérieure flexible ; une cannelure flexible (23) ayant une coupelle flexible à parois ornée de petites dents d’engrenage externes autour de son rebord ; et une cannelure circulaire (24) qui est un anneau rigide muni de dents internes usinées le long d’un diamètre de pas légèrement plus grand que celui des dents de la cannelure flexible ; ledit générateur d’onde (22) étant logé à l’intérieur de la cannelure flexible (23), ledit générateur d’onde (22) étant entraîné par le premier embrayage extérieur (8) de l’embrayage double (7), ladite cannelure circulaire (24) entraînant l’embrayage à dépassement (20).