Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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MOTEUR-ROUE ÉLECTRIOUE
La présente invention concerne un moteur-roue
électrique.
ART ANTÉRIEUR
Dans le brevet américain No. 4,223,255 de Gary S.
GOLDMAN, délivré le 16 septembre 1980, on décrit un moteur-
roue muni d'un contrôleur et d'un circuit à double fonction
sans balais apte à commuter ou à redresser, contenus
entièrement dans la roue. Ce moteur-roue est prévu pour
être utilisé principalement dans un véhicule électrique à
quatre roues motrices. Ce moteur-roue est alimenté par des
batteries via un circuit de conversion de puissance qui se
trouve à l'extérieur du moteur-roue. Avec ce type de
moteur-roue, si on veut obtenir un moteur pouvant produire
un couple relativement élevé, les lignes d'alimentation
entre le circuit de conversion de puissance et le moteur-
roue doivent être de diamètre relativement grand pour
pouvoir supporter des courants élevés. Des pertes d'énergie
proportionnelles à la longueur des lignes d'alimentation
seront alors produites.
Dans le brevet américain No. 1,997,974 de W.C.
MOORE et al., délivré le 16 avril 1935, on décrit un
moteur-roue électrique pour véhicule ayant une bride qui
forme une surface interne de la roue, et un compartiment
interne pour frein, localisé à l'intérieur d'une partie
centrale de la bride. Toutefois on remarque, entre autres,
que l'arbre central du moteur est décalé vers l'extérieur
ce qui expose le moteur à des impacts externes.
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la
Dans le brevet américain No. 4,913,258 de Hiroshi
SAKUR.AI et al., délivré le 3 avril 1990, on décrit un
moteur-roue ayant un rotor extérieur, comprenant une
articulation, un moyeu enclenché de façon coaxiale avec
l'articulation, un disque de roue fixé de façon rotative à
la périphérie du moyeu, une roue fixée à la périphérie du
disque de roue, un rotor monté sur un côté extérieur du
disque de roue, et un stator monté de façon coaxiale par
rapport au rotor et séparé de celui-ci par un petit
entrefer, et monté sur le moyeu. Un des inconvénients avec
ce moteur-roue ayant un rotor extérieur, réside dans le
fait qu'un fort courant doit être injecté dans le filage
d'alimentation qui alimente le bobinage du noyau de
l'armature pour obtenir un moteur-roue puissant ayant un
couple élevé, et cela même si la vitesse est nulle. Avec ce
type de moteur-roue à rotor externe, un convertisseur doit
être fourni. Ce convertisseur est monté à l'intérieur du
véhicule et peut s'avérer très encombrant. De tels courants
élevés qui circulent dans les lignes d'alimentation
produisent de la chaleur qui représente un perte d'énergie.
De plus, les lignes d'alimentation peuvent s'avérer
passablement lourdes.
Dans le brevet américain No. 754,802 de Ferdinand
PORSCHE et al., délivré le 15 mars 1904, on décrit une
combinaison qui comprend un essieu, une roue, le pallier
creux de la roue, l'extrémité de l'axe qui se prolonge dans
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le pallier, et un raccord central entre l'axe et le pallier
qui a sa projection axiale disposée carrément contre le plan
de la roue. Encore une fois, pour obtenir un moteur-roue
puissant, le courant fourni aux balais, qui provient de
l'extérieur du moteur-roue doit être un courant élevé. Ce
courant élevé doit être apporté au moyen de câbles ou
conducteurs ayant de large diamètre pour réduire les pertes
d'énergie.
Dans le brevet américain No. 2,348,053 de J.E. BOWKER,
délivré le 2 mai 1944, on décrit des améliorations à un
véhicule muni de moteurs électriques qui comprennent une
pluralité de roues montées de façon à être entraînées, un
dynamo-moteur formant une partie intégrante de chacune des
roues, et des connexions de circuit électrique disposées
entre des banques d'interrupteurs, des dynamo-moteurs et des
accumulateurs pour contrôler le fonctionnement des dynamo-
moteurs fonctionnant comme des moteurs selon la position
d'un interrupteur de sélection. Encore une fois, les
bobinages d'armature devront être alimentés avec un courant
élevé de façon à obtenir un moteur puissant, de tels
courants élevés nécessiteront des câbles de grand diamètre
pour amener l'énergie des accumulateurs du véhicule
jûsqu'aux bobinages de l'armature. De tels câbles ou
conducteurs de large diamètre sont rigides et encombrants.
Les brevets américains suivants décrivent différents
moteurs-roues 638,643; 643,854; 2,506,146; 2,514,460;
2,581,551; 2,608,598; 3,566,165; 3,704,759; 3,792,742;
3,812,928; 3,892,300; 3,897,843; 4,021,690; 4,346,777;
4,389,586; 1,709,255; 2,335,398; et 3,548,965.
Aucun des brevets mentionnés ci-dessus né montre les
moyens nëcessaires pour réduire le diamètre des câbles
d'alimentation entre le moteur-roue 'et la source
d'alimentation lorsqu'un moteur-roue puissant doit être
réalisé.
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Un des objectifs de la présente invention est de
proposer un moteur-roue électrique dans lequel un courant
alternatif variable est envoyé dans les bobinages du stator
du moteur-roue, et dans lequel des conducteurs ou câbles de
diamètre relativement petit, flexibles et moins encombrants
peuvent être utilisés pour alimenter en énergie électrique
le moteur-roue même dans le cas où un moteur-roue puissant
est requis.
De plus, un des objectifs de la présente invention, est
de proposer un moteur-roue dont le poids est réduit tout en
demeurant compatible avec des systèmes de freinage
standards.
Un des autres objectifs de la présente invention,
obtenu par une réalisation préférentielle de la présente
invention est de proposer un moteur-roue ayant un rapport
R1/R2 qui est aussi près que possible de 1 où R1 est la
distance entre l'entrefer du moteur-roue et l'axe de
rotation dudit moteur-roue, et R2 est la distance entre la
surface de la jante fixée sur le moteur-roue, qui est
adaptée pour recevoir un pneu, et l'axe de rotation dudit
moteur-roue.
De plus, un des objectifs de la présente invention est
de proposer un moteur-roue qui dégage moins de chaleur et
produit donc moins de perte d'énergie.
De plus, un des objectifs de la présente invention,
obtenu par un mode de réalisations préférentielles, est de
proposer un moteur-roue qui est muni de moyens pour
refroidir ledit moteur-roue lorsque celui-ci est en
opération.
De plus, un des objectifs de la présente invention,
obtenu par un mode de réalisations préférentielles de celle-
ci, est de proposer un moteur-roue qui est détachable d'un
bras de suspension.
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RÉSUMÉ DE L'INVENTION
La présente invention vise un moteur-roue
électrique comprenant :
un arbre creux (2) comportant un axe longitudinal
(3), une première et une seconde extrémités, ladite
première extrémité étant munie d'une ouverture pouvant
recevoir des conducteurs (4) de l'extérieur du moteur-roue,
une seconde ouverture étant prévue entre les deux
extrémités ou à la seconde extrémité ;
un stator (6) coaxial avec ledit arbre (2) et
fixé audit arbre, ledit stator (6) comprenant une partie
centrale fixée audit arbre (2), un support (13) s'étendant
de façon radiale à partir de ladite partie centrale, et une
pièce polaire périphérique et circulaire, ladite pièce
polaire étant fixée à des extrémités périphériques dudit
support (13) ;
un rotor (10) agencé coaxialement audit stator
(6) de manière à pouvoir tourner autour dudit stator (6),
ledit rotor (10) comprenant un boîtier ayant une paroi
cylindrique (17), une paroi interne (18) disposée sur un
coté de ladite paroi cylindrique (17) et une paroi externe
(20) disposée sur l'autre coté de ladite paroi cylindrique
(17), ladite paroi cylindrique (17) présentant une surface
interne munie d'un moyen magnétique entourant ledit stator
(6) et séparé dudit stator (6) par un entrefer, ledit arbre
(2) se prolongeant à travers une partie centrale de ladite
paroi interne (18) ;
caractérisé en ce que ladite paroi interne (18)
présente un renflement annulaire vers l'intérieur
délimitant un espace circulaire et concentrique (92) par
rapport à ladite première extrémité dudit arbre (2), et en
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,' .
ce que ledit arbre creux (2) a une longueur plus petite que
la largeur de ladite paroi cylindrique (17) de façon à ce
qu'un joint d'articulation à rotule (100) associé à une
bielle (50) apte à être connectée audit arbre (2) soit
positionné au moins en partie dans ledit espace circulaire
concentrique (92).
Les objets, avantages et autres caractéristiques
de la présente invention apparaîtront plus clairement à la
lecture de la description non-limitative, qui suit, de
réalisations préférentielles, en faisant référence aux
dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La Figure 1 est une vue de côté partiellement en
coupe d'un mode de réalisation du présent moteur-roue
électrique, en combinaison avec une jante, un pneu et une
bielle articulée;
La Figure 2 est une vue de face, partiellement en
coupe du rotor et du stator du moteur roue électrique
montrés à la Figure 1, incluant des détails de réalisation
de la partie centrale;
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La Figure 3 est une vue agrandie d'une partie de
la Figure l;
La Figure 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-
4 de la Figure 3;
La Figure 5 est une vue de face d'une partie du
moteur-roue électrique montré à la Figure 1;
La Figure 6 est une vue agrandie d'une partie de
la Figure 1;
La Figure 7 est une vue en coupe le long de la
ligne 7-7 de la Figure 5;
La Figure 8 est une vue de face de la jante avec
le pneu montrés à la figure 1;
La Figure 9 est une vue en coupe le long de la
ligne 9-9 de la Figure 8;
La Figure 10 est une vue agrandie d'une partie de
la Figure 9;
La Figure 11 est une vue agrandie d'une partie de.
la Figure 9;
La Figure 12 est une vue agrandie d'une partie de
la Figure 1;
La Figure 13 est une vue de derrière des éléments
qui sont montrés à la Figure 12;
' La Figure 14 est une vue de derrière de la bielle
articulée montrée à la Figure 1, partiellement en coupe;
La Figure 15 est une vue de derrière d'un élément
de la Figure 1 sur lequel la bielle articulée est reliée;
La Figure 16 est une vue de dessus partiellement
en coupe de la partie arrière du moteur-roue électrique
montré à la Figure 1;
La Figure 17 est une vue de derrière'de la bielle
articulée en combinaison avec un frein à disque;
La Figure 18 est un diagramme bloc schématique
d'un système de conversion électrique selon la présente
invention;
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La Figure 19 est une vue de côté partiellement en
coupe d'un autre mode de réalisation du moteur-roue
électrique selon la présente invention;
La Figure 20 est une vue de côté partiellement en
coupe d'un autre mode de réal'isation du moteur-roue
électrique selon la présente invention;
La Figure 21 est un diagramme-bloc schématique
d'un autre mode de réalisation du moyen de conversion
électrique selon la présente invention;
La Figure 22 est une vue de côté partiellement en
coupe d'un autre mode de réalisation du moteur-roue
électrique selon la présente invention;
La Figure 23 est une vue de face partiellement en
coupe du stator et du rotor du moteur-roue électrique
montrés à la Figure 22;
La Figure 24 est une autre vue de côté,
partiellement en coupe du mode de réalisation du moteur-roue
électrique montré à la Figure 1; et
La Figure 25 est une vue agrandie d'une partie de
la Figure 1.
DESGRIPTION DÉTAILL$E DES DESSINS
Dans les différentes figures des dessins, les
éléments correspondants sont identifiés par les mêmes
indices numériques.
Si on se réfère maintenant aux Figures 1 et 2, on
montre respectivement une vue de côté partiellement en coupe
d'un mode de réalisation du moteur-roue électrique, en
combinaison avec une jante 28, un pneu 32 et une bielle
articulée 50; et une vue de face partiellement en coupe du
rotor 10 et du stator 6 du moteur-roue électrique montré à
la Figure 1. Le moteur-roue électrique comprend un arbre
creux 2 ayant une première ouverture à une de ses extrémités
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et une seconde ouverture. La première ouverture reçoit des
conducteurs 4 de l'extérieur du moteur-roue. Le stator 6 est
coaxial avec l'arbre 2 et fixé à celui-ci, le stator 6 étant
muni de parties creuses 11 et de bobinages S.
Dans la Figure 2, seulement quelques sections de
bobinage sont indiquées par le No. 8, mais on doit
comprendre qu'il y a des bobinages tout autour du stator 6.
Le stator 6 est fixé à l'arbre 2 mais peut être enlevé de
celui-ci lorsque le moteur-roue n'est pas en opération.
Le rotor 10 est coaxial avec le stator 6 et est
monté pour pouvoir tourner autour du stator 6. Le stator 6
comprend des ouvertures formant les.parties creuses 11 entre
les bras 13 pour réduire son poids. Le moteur-roue est aussi
muni d'un système de conversion pour convertir un courant
électrique d'entrée en un courant électrique.alternatif et
variable. Le système de conversion 12 comprend une unité de
microprocesseur 44, un convertisseur courant continu/courant
alternatif ayant une électronique de puissance 14, monté à
l'intérieur des parties creuses 11, des bornes d'entrée 15
pour recevoir le courant électrique d'entrée amené au moyen
de conducteurs 4 et des bornes de sortie 16 pour générer le
courant électrique alternatif et variable: On doit
comprendre que le système de conversion peut être
réversible, de telle maniere que le moteur électrique puisse
être utilisé comme un générateur. La fréquence du courant
électrique alternatif et variable est représentative d'une
vitesse de rotation désirée du rotor 10, 'l'angle de phase du
courant électriqué alternatif et variable détermin.e si le
moteur-roue fonctionnera comme un moteur ou comme un
générateur et l'amplitude du courant alternatif et variable
est représentative du couple désiré.
L'utilisateur du. présent moteur roue peut utiliser
des conducteurs de diamètre relativement petit pour amener
une puissance électrique à l'intérieur du moteur-roue si une
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telle puissance est produite à partir d'un haut voltage
parce que l'électronique de puissance 14 est à l'intérieur
du moteur-roue. Une telle électronique de puissance 14
convertira le signal d'entrée à haut voltage et bas courant
en un signal à courant élevé pour alimenter les bobinages 8
du stator en courant alternatif et variable. Etant donné que
l'électronique de puissance 14 est déjà à l'intérieur du
moteur-roue, des, conducteurs de large diamètre requis pour
amener le courant électrique du système de conversion 12 aux
bobinages 8 du stator seront relativement courts. Bien sûr,
l'électronique de puissance 14 comprend des condensateurs,
des transistors, des diodes et autres composantes telles que
connues par l'homme de l'art.
Pour réduire le poids ou le diamètre des
conducteurs électriques, un voltage d'alimentation élevé
peut être utilisé selon la relation suivante:
P = IV,
oû P est la puissance, I est le courant et V est le voltage.
Si V auglnente, alors I est réduit. A basse vitesse, la
puissance est basse, ceci implique que le courant qui
alimente le convertisseur est également bas puisque le
voltage est constant. Mais, si un couple élevé est requis,
lc courant qui alimente les bobinages du stator doit aussi
être élevé. Le montage de l'électronique de puissance du
convertisseur à l'intérieur du b.oitier permet de choisir des
conducteurs d'alimentation électriques par râpport à une
puissance de moteur désirée tout en permettant un couple
élevé à basse vitesse. De plus, le convertisseur permet
d'adapter l'impédance du moteur par rapport à celle de la
source d'alimentation en voltage élevé.
Le stator 6 comprend une partie centrale attachée
à l'arbre 2, des bras 13 s'étendant radialement à partir de
la partie centrale, et une pièce polaire circulaire et
périphérique incluant des lames de métal 27 sur laquelle des
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bobinages 8 sont enroulés. La pièce polaire est fixée aux
extrémités périphériques des bras 13.
Le rotor 10 comprend un boitier ayant une paroi
cylindrique 17 ayant une surface interne munie d'un moyen
5 magnétique 26 entourant le stator et séparé de celui-ci par
un entrefer. Etant donné que l'entrefer est relativement
petit, il ne peut pas être vu sur les figures 1 ét 2 mais,
sa localisation est indiquée sur la Figure 25 au moyen de R,.
Le boîtier comprend une paroi interne 18 disposée sur un
10 côté de la paroi cylindrique 17, et une autre paroi 20
disposée sur l'autre côté de la paroi cylindrique 17.
L'arbre 2 se prolonge à travers une partie centrale de la
paroi interne 18.
Le boîtier qui fait partie du rotor 10 enferme de
façon étanche l'arbre 2, le stator 6 et le système de
conversion 12. Un joint étanche 123 est prévu. Le moteur-
roue comprend un premier roulement à bille 22 relié à la
paroi interne 18, et un second roulement à bille 24 relié à
la paroi externe 20. Les roulements à billes 22 et 24 sont
respectivement montés de part et d'autre de l'arbre 2 de
façon à ce que le rotor 10 puisse tourner par rapport au
stator 6 au moyen des roulements à billes 22 et 24. Un
bôulon fileté 23 est prévu pour fixer.le stator 6 par
rapport à l'arbre 2. Un anneau d'arrêt 21 est également
prévu. Un anneau de compression 127 est prévu pour fixer le
roulement à billes 22.
Le stator 6 a besoin d'au moins deux bras disposés
entre les ouvertures pour supporter la pièce polaire du
stator 6. Aussi, le support peut comprendre trois bras
également espacés, s'étendant radialement jusqu'aux
extrémités périphériques du stator 6. Dans la Figure 2, on
peut voir que le stator 6 comprend quatre bras 13 également
espacés. Dans le mode de réalisation montré dans ces Figures
1 et 2, le moyen magnétique du rotor 6 comprend une série
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d'aim.ants permanents 26. Dans la Figure 2, seulement
quelques aimants sont identifiés par le numéro 26, mais on
doit comprendre que ces aimants 26 sont prévus tout autour
du stator 6. Le stator 6 est fait en partie d'un matériau de
poids léger pouvant conduire la chaleur. De préférence, ce
matériau est un alliage d'aluminium. Le moteur-roue comprend
en outre une jante 28 fixée autour d'une surface externe du
boîtier, et une bande 30 faite d'un élastomère et montée
entre la jante 28 et le boîtier. La jante 28 est adaptée
pour recevoir le pneu 32. La jante 28 est à fond plat. Les
aimants 26 sont faits de préférence de néodyme, de fer et de
bore. La bande 30 empêche une pénétration d'eau ou de
poussière entre le boitier et la jante 28 pour éviter le
débalancement de la roue.
Les extrémités périphériques des bras 13 sont
fixés sur la pièce polaire du stator 6 au moyen d'un membre
circulaire 3=4 qui fait partie intégrante des extrémités
périphériques des bras 13. Le membre circulaire 34 a sa
surface externe munie d'encoches 36. La pièce polaire du
stator 6 a une surface interne munie de langues saillantes
37 de forme complémentaire qui sont aptes à coopérer avec
les encoches 36 pour fixer la pièce polaire du stator 6 sur
le' membre circulaire 34. Le membre circulaire 34 a une
surface interne munie de parties en saillies 38, ainsi un
échange efficace de chaleur peut être obtenu au moyen des
parties en saillies 38 lorsqu'une circulation d'air est
produite à l'intérieur du boîtier. seulement quelques
parties en saillie sont indiquées par le numéro 38 de façon
à ne pas surcharger la Figure 2. Le support du stator 6 et
le membre circulaire 34 sont faits d'un alliage'd'aluminium
tandis que la pièce polaire du stator 6 est faite d'acier.
Il est à noter que les extrémités de la croix
formée par les bras 13 du stator 6 sont alignées avec les
encoches 36 pour des raisons mécaniques. Ainsi, les parties
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en saillie 38 qui sont disposées le long du membre
circulaire 34 sont, par rapport à leur dimension
longitudinale, de préférence déphasées par rapport à l'arbre
du moteur-roue, le long de la direction circonférentielle du
membre 34 de façon à le renforcer mécaniquement.
Si on se réf ère maintenant aux Figures 1, 2 et 25,
l'entrefer est positionné à une distance prédéterminée R1 à
partir de l'axe central 3 de l'arbre 2. La jante 28 a une
surface 29 pour recevoir le pneu 32 qui est positionné à une
distance prédéterminée R2 de l'axe central 3 de l'arbre 2.
R,/R, doit être substantiellement compris entre 0.65 et 0.91
pour obtenir un moteur-roue efficace. Plus haut est le ratio
Ri/RZ, meilleure est l'efficacité du moteur-roue. Mais, comme
il y a des limitations physiques, le moteur-roue montré dans
les Figures 1, 2 et 25 a substantiellement un ratio R1/R, de
0.91.
Pour un moteur avec un entrefer radial, le couple
T est proportionnel à L- R,,= = IH, où L est la largeur du
pôle, R. est le rayon de 1''entrefer et IH est le courant de
bobinage. Pour la conception du présent moteur-roue, la
largeur L de la pièce polaire a été maximisée. En ayant
plusieurs pôles, le poids de la pièce polaire du circuit
mâgnétique peut être réduit pour ainsi réduire le poids du
rotor et le moment d'inertie du rotor, pour ainsi permettre
la présence d'une cavité pour le montage d'un moyen de
freinage. Le présent moteur-roue augmente le couple T en
ayant une pièce polaire large et.en ayant un ratio élevé de
Rl/R= où la limite théorique qui ne peut pas être atteinte
est 1. Le présent moteur-roue fournit également une
puissance élevée parce que P = T- w qui est proportionnel
à L = R3' = I- w, où w est la fréquence angulaire du rotor.
Le présent moteur-roue comprend un stator en forme de croix
pour réduire le poids du moteur-roue, pour permettre un
refroidissement des bobinages, et pour permettre un espace
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dans les parties creuses 11 qui fourniront un espace pour
monter le système de conversion. Le stator en f orme de croix
supporte le système de conversion et est utilisé comme un
élément de refroidissement.
Le moteur-roue a de préférence trente-deux pôles.
Ce moteur-roue peut fonctionner avec seize pôles mais il est.
préférable d'avoir un nombre élevé de pôles pour réduire le
poids du moteur-roue. Les conducteurs 4 sont de préférence
faits d'un câble coaxial incluant une fibre optique. Ce
câble coaxial prévient l'émission de radiations.
Dans la description qui va suivre, les mêmes
numéros de référence se rapportent à des éléments semblables
à travers le jeu de dessins.
Si on se réfère maintenant aux Figures 1, 2 et 18,
le système de conversion comprend un convertisseur courant
continu/courant alternatif ayant une entrée 40 pour
recevoir un courant continu des bornes d'entrée 15, et trois
sorties 42 pour générer trois courants de phase alternatifs
dans les bornes de sortie 16. Les courants alternatifs ne
sont pas nécessairement trois courants de -phase, des
courants. polyphasés peuvent également être utilisés. Le
système de conversion comprend aussi une unité de
microprocesseur 44 branchée aux bras 41a, 41b, 41c du
convertisseur pour contrôler son opération. L'unité de
microprocesseur peut être localisée à l'extérieur du moteur-
roue. Le système de conversion montré à la Figure 18 peut
être utilisé lorsque le rotor n'a pas à être alimenté avec
un courant électrique. Comme on peut le voir à la
Figure 2, le stator 6 est en forme de croix et a quatre bras
13. Le convertisseur comprend trois bras 41a, 41b et 41c qui
génèrent respectivement les trois courants de phase
alternatifs, les bras 41a, 41b et 41c étant fixés
respectivement à trois des quatre bras 13 du stator 6. Ces
trois bras 41a, 41b et 41c font partie de l'électronique de
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puissance 14 montrée à la Figure 2.
L'électronique de puissance montrée à la Figure 2
comprend les bras 41a, 41b, 41c du convertisseur montrés à
la figure 18 mais comprend également le condensateur 43
montré à la Figure 18. Dans cette Figure 18, seulement un
condensateur 43 est montré pour simplifier cette figure 18,
mais dans le mode de réalisation montré à la Figure 2, le
condensateur 43 est distribué en trois condensateurs
disposés respectivement sur trois des quatre bras 13 montrés
à la Figure 2. Il n'est pas essentiels que les
amplificateurs de commande 91 soient à l'intérieur du
boîtier. Chacun des bras 41a, 41b, 41c du convertisseur
comprend une section de commutation et une section de
commande qui est formée des amplificateurs de commande 91.
L'unité de microprocesseur 44 est fixée sur le quatrième
des bras 13. Il est à noter que l'unité de microprocesseur
44 peut également être montée à l'extérieur du moteur-roue,
parce qu'elle ne génère pas un courant élevé. Le moteur-roue
comprend en outre deux bus de distribution et d'alimentation
circulaires 48 branchés au bras 41a, 41b, 41c du
convertisseur et à l'unité de microprocesseur 44, ainsi le
courant continu amené par les conducteurs peut être
~distribué au bras 41a, 41b, 41c du convertisseur, et à
l'unité de microprocesseur 44 au moyen du bus 48. Veuillez
noter que le convertisseur peut être un convertisseur
courant alteznatif/oourant alternatif où un courant électrique
alternati-f de haut voltage est amené par les conducteurs.
Si on se réfère maintenant aux Figures 1, 12, 13,
14 et 15, on peut voir que l'arbre 2 est muni d'un moyen de
branchement à sa première extrémité par lequel le moteur-
roue peut être branché à un membre de support. Ce membre de
support est une bielle articulée 50. Ce moyen de branchement
est fait d'un membre annulaire 52 ayant une bordure externe
munie de façon régulière d'encoches 54 alternant avec des
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parties en saillies 56 de façon à ce que le membre annulaire
52 puisse être engagé et verrouillé avec une partie
complémentaire 53 de la bielle articulée 50.
Les parties en saillie de la bordure externe ont
5 une largeur qui varie dans la direction circonférentielle.
La partie complémentaire de la biellè articulée 50 a
également une section annulaire 58 ayant un diamètre
suffisant pour que la section annulaire 58 puisse être
glissée sur la bordure externe de l'arbre 2. La section
10 annulaire 58 a des encoches 60 et des parties en saillie 62
de forme complémentaire qui sont adaptées pour coopérer avec
des parties en saillie 56 et les encoches 54 correspondantes
de la bordure externe du membre annulaire 52. Les parties en
saillie 62 de la section annulaire 58 ont une largeur qui
15 varie dans la direction circonférentielle de façon à ce que
la section annulaire 58 puisse glisser sur la bordure
externe et tourner par rapport à ladite bordure externe pour
être coincée dans une position assemblée. Egalement, une clé
66 est prévue, elle a des langues 68 qui peuvent être
insérées dans des cavités 55 qui sont produites lorsque la
section annulaire 58 est tournée par rapport à la bordure
externe de l'arbre 2 pour verrouiller l'arbre 2 par rapport
à'la bielle articulée 50. Des trous 63 sont prévus pour
fixer un frein à disque (montré sur les Figures 16 et 17).
La bielle articulée 50 est munie d'une fente
interne âllongée 70 ayant une première extrémité adjacente
à la section annulaire 58 et une seconde extrémité éloignée
de ladite section annulaire 58, ainsi les conducteurs 4
peuvent être amenés à l'arbre 2 le long de ladite fente
allongée 70. La clé 66 a une section allongée 72 munie d'une
cavité interne allongée, la section allongée 72 étant apte
à coopérer avec la fente interne 70 de la bielle 50 le long
d'une partie de sa longueur pour protéger les conducteurs 4.
La partie de la fente 70 qui n'est pas protégée par la
r ~
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section allongée 72, est munie d'un élément de protection
(non montré) pour couvrir les conducteurs 4. il est à noter
que la bordure inférieure des langues 68 est légèrement en
biais de façon à faciliter la pénétration et le verrouillage
des langues 68 dans les cavités 55. Les trous 65 sont prévus
pour fixer la clé 66 sur l'arbre 2. Les trous filetés 67
sont prévus pour faciliter l'enlèvement de la clé 66.
Si on se réfère maintenant plus spécifiquement à
la Figure 15, la première extrémité de l'arbre a une partie
interne munie d'une cavité 74 ayant des bordures tranchantes
76 prenant la forme de coins carrés de façon à ce que ladite
cavité puisse recevoir une clé (non montrée sur les Figures)
pour tourner l'arbre 2.
Si on se réfère maintenant plus spécifiquement aux
Figures 1, 18 et 25, un moyen de mesure pour mesurer la
vitesse de rotation et la position du rotor 10 par rapport
au stator 6 est prévu, ce moyen comprend une fibre optique
80 ayant une 'première extrémité branchée à l'unité de
microprocesseur 44, et une seconde extrémité positionnée
pour être adjacente au rotor 10. Le moyen de mesure comprend
également un réflecteur de lumière circulaire 82 monté sur
le rotor 10 de telle manière que lorsque ledit rotor 10
tourne, le réflecteur passe devant la seconde extrémité de
la fibre 80, ainsi la vitesse de rotation et la position du
rotor 10 par rapport au stator 6 peuvent être calculées au
moyen dé l'unité de microprocesseur 44. Il est à noter que
le réflecteur circulaire 82 est fait d'une série de
réflecteurs ayant différentes caractéristiques de réflection
de façon à ce que la position du rotor 10 par rapport au
stator 6 puisse être déterminée en tout temps. La fibre
optique 80 se compose d'au moins une fibre.
Si on se réfère maintenant plus spécifiquement à
la Figure 18, la fibre 80 et le réflecteur 82 forment un
encodeur qui est branché à un décodeur de position 83 de
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l'unité de microprocesseur 44. Le décodeur de position 83
comprend un coupleur optique, une source de lumière, un
photo-détecteur et d'autres composantes électroniques.
L'unité de microprocesseur 44 comprend également un
contrôleur 85 ayant une entrée 87 pour détecter les courants
dans les bobinages 8 du stator et une sortie 89 pour
déclencher les bras 41a, 41b, 41c du convertisseur au moyen
des amplificateurs de commande 91. L'unité de
microprocesseur 44 est également munie d'une interface de
communication 93 pour la relier à un autre dispositif
intelligent. Il n'est pas nécessaire que les amplificateurs
de commande 91 soient à l'intérieur du boftier.
Si on se référe maintenant aux Figures 1, 16 et
17, on peut voir que la paroi interne 18 du boîtier a une
surface externe de forme concave pour produire, lorsque le
rotor 10 tourne, une circulation d'air vers la périphérie de
la paroi interne 18. La surface externe est munie d'une
série de lames allongées et parallèles 90 s'étendant dans la
direction de l'arbre 2. Les lames ont leurs extrémités
libres qui définissent un espace 92 dans lequel Une partie
d'un moyen de freinage 94 peut être montée, ainsi un échange
efficace de chaleur peut être obtenu à travers la paroi
ifiterne 18 et le moyen de freinage 94 peut être refroidi par
la circulation d'air produite le long de la paroi interne
18.
Si on se réfère maintenant plus spécifiquement aux
Figures 16 et 17, on peut voir que le moyen de freinage 94
est un frein à disque ayant un disque 96 boulonné sur la
paroi interne 18. Comme il est connu dans l'art, ce disque
de freinage comprend un étrier 98 apte à coopérer avec le
disque 96. Montré d'une façon schématique, on peut voir le
joint d'articulation à rotule 100 et le bras de direction
102 du système de direction. Chacune des lames 90 est munie
de cavités filetés 104 servant à monter un frein à tambour
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à la place du frein à disque 94. Des boulons 95 sont prévus
pour fixer le frein à disque sur la paroi interne 18.
On peut voir des attaches 106 pour fixer le frein
à disque 94 sur la bielle 50. on peut voir également des
boulons 108 pour supporter l'étrier, et des pistons 110
aptes à coopérer avec des coussinets 99. A-partir des
Figures 1, 16 et 17 on peut voir que le joint d'articulation
à rotule du système de direction est passablement près de
l'arbre 2 de façon à ce que l'angle alpha entre l'axe de
rotation du moteur-roue et l'axe déterminé par la bielle 50
et le joint d'articulation à rotule 100 est avantageux. Il
est à noter que la géométrie de la paroi interne 18 permet
cette position avantageuse du joint d'articulation à rotule
100 par rapport au moteur-roue.
Si on se réfère maintenant aux Figures 1, 5, 6 et
7, la paroi externe du boîtier comprend des sections
convexes et concaves 112 et 114 qui alternent le long de sa
direction circonférentielle, de telle manière que, lorsque
le rotor tourne, une circulation d'air est.produite à
l'intérieur du boîtier au moyen de la section convexe 112
tel qu'indiqué par les flèches 116, et une circulation d'air
est produite le long des parties externes de la section
concave 114 tel qu'indiqué par les flèches 118, ainsi un
échange efficace de chaleur peut être obtenu à travers la
paroi externe. Il est à noter que la Figure 6 est une vue de
côté partiellement en coupe de la Figure .5. Des ouvertures
avec bouchon 113 sont prévues pour permettre un accès à
l'intérieur du boîtier. Des boulons 115 sont prévus pour
fixer la=jante 28.
Si on se réfère maintenant aux Figûres 1, 3 et.4,
le moteur-roue comprend en outre un moyen pour assécher
incluant un tuyau à air 120 ayant une extrémité disposée à
l'intérieur du boitier, une chambre 122 disposée à
l'extrémité externe du tuyau 120 et un matériau de
x
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dessiccation (non montré) disposé à l'intérieur de la
chambre 122, ainsi lorsque le rotor 10 tourne, une
circulation d'air est prôduite à l'intérieur du tuyau 120 et
à travers la chambre 122 pour assécher l'air à l'intérieur
du boîtier. La chambre 122 est annulaire, allongée et
disposée à l'intérieur de l'arbre creux 2. La chambre 122
est ouverte à chacune de ses extrémités. L'ouverture de
l'arbre qui est adjacente à la bielle articulée 150 est
étanche à l'air. On peut voir sur la Figure 1 qu'une
extrémité du tuyau 120 est adjacente à la partie
périphérique du stator 6, le tuyau 120 est monté entre.la
paroi externe 20 et le stator 6 jusqu'à ce qu'il atteigne
l'ouverture de l'arbre 2, alors il est disposé le long de la
chambre 122 de telle manière que son autre extrémité 124
soit placée à une extrémité de la chambre tel que montré aux
Figures 3 et 4. L'extrémité 124 du tuyau 120 est disposée
entre l'extrémité étanche à l'air de l'arbre creux et la
chambre 122 de façon à ce que l'air circulant à travers le
tuyau 120 doive aller à travers la chambre où il est
asséché.
Les conducteurs 4 ont dans leur partie centrale
une fibre optique 126, un premier conducteur électrique 128
et un second conducteur électrique 130 séparé du premier
conducteur par un matériau isolant 132. Les conducteurs 4
sont protégés par une gaine externe 134.
Si on se réfère maintenant aux Figures 8, 9, 10 et
11, on peut voir un pneu 32 qui est fixé à la jante 28 d'une
manière permanente lors de l'assemblage du moteur-roue. Le
moteur-roue est muni d'une jante à fond plat 28, d'une
première bride de côté 142 qui peut être soudéé sur la jante
28, et d'une seconde bride de côté 144, qui est fixée sur la
jante 28 au moyen de'boulons 146 et d'un membre en forme de
L 148 soudé sur la jante 28. La relation entre la jante 28,
un des boulons 146 et le membre en forme de L 148, peut être
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vue plus facilement à la Figure 10. Le pneu 32 peut être
gonflé au moyen d'une valve 150 qui permet un accès à
l'intérieur du pneu 32. Cette valve 150 peut être vue de
façon plus détaillée à la Figure il.
5 Etant donné que la jante 28 est à fond plat, le
pneu 32 ne peut pas être enlevé de la jante 28. Avec un tel
moteur-roue, lorsque le pneu est usé, la jante 28 et le pneu
doivent être remplacés.
Si on se réfère maintenant à la Figure 19, on peut
10 voir un moteur-roue semblable à celui montré à la Figur,e 1,
dans lequel le moyen pour assécher est différent. Ce moyen
pour assécher comprend un tuyau à air 120 ayant une
extrémité disposée à l'intérieur du boîtier, et une chambre
.121 munie d'un ballon gonflable 123 monté dans un boitfer
15 127, disposé à l'autre extrémité 125 du tuyau 120. Un
matériau de dessiccation est disposé à l'intérieur de 1a
chambre 121, ainsi, lorsque la température ou la pression
atmosphérique changent, une.circulation d'air est produite
à l'intérieur du tuyau 120 et à travers la chambre 121 pour
20 assécher l'intérieur du boîtier. Comme on peut le voir, la
chambre 121 est disposée à l'extérieur du moteur-roue.
L'ouverture de l'arbre 2 qui est adjacent à la bielle
~articulée 50 est étanche à l'air. Le tuyau 120 est utilisé
comme une sortie et comme une entrée pour la chambre 121.
Si on se réfère maintenant à la Figure 20, on peut
voir un moteur-roue électrique dans lequel lé rotor comprend
un moyen magnétique incluant une pièce polaire fait de lames
de métal sur laquelle est enroulée un bobinage 9, le stator
est muni de balais 111 qui sont reliés à une sortie du
système de conversion 12. Le rotor est muni d='une surface de
contact conductrice disposée de façon à pouvoir coopérer
avec les balais 111. La surface de contact est branchée au
bobinage 9 du rotor 10.
Si on se réfère maintenant plus spécifiquement aux
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21
Figures 20 et 21, le système de conversion 12 comprend un
convertisseur courant continu/courarit alternatif ayant
quatre bras 41a, 41b, 41c et 41d, une entrée pour recevoir
un courant continu à partir des bornes d'entrée 40 et quatre
sorties 45 et 43 pour générer un courant continu pour le
bobinage 9 du rotor 10 et trois courants de phase
alternatifs pour les bobinages 8 du stator 6. Le système de
conversion comprend également une unité de microprocesseur
44 branchée aux bras 41a, 41b, 41c et 41d, pour contrôler
son opération. Le bobinage 9 et les lames du rotor 10 sur
lesquelles le bobinage 9 est enroulé peuvent être remplacés
par un anneau conducteur.
Si on se réfère maintenant aux Figures 22 et 23,
on peut voir un moteur-roue comportant un rotor à induction.
Le rotor comprend un moyen magnétique incluant une pièce
polaire faite de lames de métal sur laquelle le bobinage 9
est enroulé, ainsi un courant électrique peut être induit
dans le bobinage 9 du rotor au moyen d'un champ
électromagnétique produit par le courant électrique injecté
dans les bobinages 8 du stator 6.
Le numéro de référence 8 dans la Figure 23,
représente tous les bobinages qui sont disposés autour du
stator même si seulement une partie des bobinages est
indiquée. Egalement, le numéro de référence 9, dans la
Figure 23, représente le bobinage qui est disposé tout
autour du rotor. Le système de conversion 12 comprend un
convertisseur courant continu/courant alternatif ayant trois
bras 41a, 41b, 41c, une entrée pour recevoir un courant
continu à partir des bornes d'entrée 15 qui sont branchées
au bus 48 et trois sorties qui génèrent troié courants de
phase alternatifs dans les bornes de sortie 16. Egalement,
le système de conversion 12 comprend une unité de
microprocesseur 44 branchée au convertisseur pour contrôler
son opération.
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22
Comme on peut le voir à la Figure 23, le stator
est en forme de croix et a quatre bras 13. Le convertisseur
comprend une électronique de puissance qui est faite en
partie des trois brâs du convertisseur qui génèrent
respectivement les trois courants de phase alternatifs. Les
bras de convertisseur sont fixés respectivement sur trois
dés quatre bras 13. Le moteur-roue comprend en outre deux
bus d'alimentation et de distribution circulaires branchés
à l'électronique de puissance 14 et à l'unité de
microprocesseur 44.
L'entrefer est positionné à une distance
prédéterminée Rl de l'axe central 3 de l'arbre 2. La jante 28
a une surface pour recevoir le pneu 32 qui est positionné à
une distance prédéterminée R2 de l'axe central 3 de l'arbre
2. Le ratio R,/R, est de l'ordre de 0.65 à 0.80 dans le cas
où le rotor est muni d'un bobinage. Plus haut est le ratio,
meilleure est l'efficacité du moteur-roue. Dans le cas
montré aux Figures 22 et 23, le ratio est de l'ordre de
0.80.
Si on se réfère maintenant à la Figure 24, on peut
voir que le stator 6 est cylindrique et muni de fentes
longitudinales et parallèles 200 pour recevoir les bobinages
8 du stator 6. De façon à ne pas surcharger la Figure 24,
seulement quelques fentes ont été identifiées par le numéro
200. Les fentes sont courbées par rapport à l'axe
longitudinal 3 de l' arbre 2 de façon à ce que chacune des
fentes 200 ait son extrémité inférieure qui soit
substantiellement alignée avec l'extrémité supérieure de la
fente adjacente de façon à produire un couple régulier
lorsque le moteur-roue est en opération
Quoique la présente invention ait été décrite ci-
dessus à titre de réalisations préférentielles, de telles
réalisations préférentielles peuvent, bien entendu, être
modifiées à volonté tout en demeurant à l'intérieur du champ
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défini par les revendications annexées sans changer ou
altérer la nature ou l'étendu de la présente invention.
