Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2020/020673 PCT/EP2019/068914
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Dispositif roulant adapté à rouler sur un sol
L'invention a trait au domaine des dispositifs motorisés incluant des roues
motorisées. L'invention a également trait à tout dispositif roulant et plus
particulièrement aux chaises roulantes équipées de roues motorisées.
De manière plus générale, l'invention concerne tout type de dispositif roulant
adapté à rouler sur un sol, tel qu'un vélo, une moto, une mobylette, une
trottinette, un
tricycle, un gyropode, une voiture, un avion, un robot, etc.
Le concept de roue motorisée est connu de longue date. La roue motorisée est
mise en mouvement par un moteur généralement situé à distance de celle-ci.
Celle-ci
présente une forme circulaire et est montée sur un moyeu.
La roue motorisée a par la suite subi des évolutions. Le moteur initialement
situé à l'extérieur de la roue a été intégré à la roue.
La roue motorisée peut être assemblée à différents supports afin de rendre ces
derniers mobiles. C'est ainsi que des roues motorisées adaptables sur
différents
supports comme par exemple des vélos ou encore des chaises roulantes, ont vu
le
jour.
Les roues motorisées existantes comprennent un moteur électrique. Ce moteur
comporte un stator muni d'une série de bobines et un rotor mobile par rapport
au
stator. Le rotor est mis en rotation sous l'effet d'un champ magnétique induit
par les
bobines du stator. Ce mouvement permet à la roue d'être mise en rotation.
Les roues motorisées peuvent supporter et déplacer une charge importante.
Elles doivent donc générer un couple important à basse vitesse.
Bien que certaines roues motorisées développent un couple important, un
inconvénient est que celles-ci demeurent énergivores. Leur rendement est donc
particulièrement bas et l'autonomie des batteries est fortement impactée.
Un autre inconvénient réside dans les dimensions de la roue. Les roues
motorisées destinées à développer un couple important sont épaisses afin que
la
motorisation puisse être insérée dans son espace central. Ces dimensions
imposantes
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disqualifient ces roues motorisées de forte puissance pour des applications
telles que
des vélos ou chaises roulantes.
Un autre inconvénient des roues motorisées est qu'elles sont équipées de
réducteurs, ce qui augmente considérablement leur masse, leur coût de
production,
diminue leur fiabilité en raison du nombre important de pièces que ces
réducteurs
comprennent, et augmente par ailleurs le bruit en utilisation.
Un autre inconvénient de ces roues motorisées réside dans les éléments
magnétiques utilisés. Ces éléments magnétiques sont en général des aimants
permanents fabriqués à base de terres rares. Ces aimants à terres rares
présentent
plusieurs inconvénients. L'extraction et l'exploitation de terres rares ont un
impact
négatif sur l'environnement. De plus l'utilisation d'aimants permanents à
terres rares
est problématique puisque ceux-ci génèrent une force magnétique en l'absence
d'un
courant électrique, ceci en raison de l'induction rémanente de ces aimants qui
peut
atteindre 1,5 Teslas. Ceci est gênant lorsque l'on a besoin de tourner
manuellement la
roue. En effet, le rotor a alors systématiquement tendance à revenir vers une
position
d'équilibre magnétique. En dépit de l'utilisation d'aimants à terres rares,
cette force
magnétique de rappel peut être réduite, mais ceci requiert un agencement
complexe
des éléments magnétiques, ce qui complexifie significativement les roues
motorisées,
les rendant plus difficiles à produire et augmentant leurs coûts.
Un autre inconvénient des roues motorisées réside dans le fait que la hauteur
de celles-ci est fixe. En effet, la fixation de la roue à un support tel
qu'une chaise
roulante par exemple se fait sensiblement au voisinage d'une zone située au
centre de
ladite roue motorisée. Une fixation statique de la roue motorisée sur son
support peut
être inconfortable.
L'invention vise à remédier à l'un au moins des inconvénients précités pour
les
dispositifs roulant. A cet effet, il est proposé un dispositif roulant adapté
à rouler sur
un sol, comprenant au moins une roue motorisée et un boitier (51) de pilotage
de
ladite au moins une roue (1) motorisée, ladite au moins une roue motorisée
comprenant :
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- un stator circulaire comprenant un corps définissant une fente circulaire
et
comprenant une pluralité de bobines électromagnétiques situées dans la fente
circulaire de sorte qu'au moins deux bobines électromagnétiques sont agencées
en
regard l'une de l'autre, et
- un rotor circulaire comprenant sur une périphérie intérieure une lame
circulaire
ayant des parois latérales et un bord d'extrémité libre reliant les parois
(34)
latérales, le rotor circulaire comprenant une surface de contact avec le sol,
ladite
surface de contact s'étendant sur une périphérie extérieure, et ladite lame
circulaire comprenant des éléments magnétiques agencés sur ses parois
latérales,
le rotor circulaire et le stator circulaire étant assemblés par
l'intermédiaire de
moyens d'assemblage prévus sur le stator circulaire, la lame circulaire du
rotor
circulaire étant agencée dans la fente circulaire du stator circulaire de
sorte que les
éléments magnétiques de ladite lame circulaire sont situés entre les bobines
électromagnétiques du stator circulaire.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en
combinaison :
- le corps du stator circulaire comporte deux demi-stators fixés l'un à
l'autre de sorte
que la fente circulaire soit continue ;
- chaque demi-stator comporte des pattes de fixation aptes à fixer les demi-
stators
l'un à l'autre, ces pattes de fixation étant situées sur la périphérie
intérieure
desdits demi-stators ;
- les moyens d'assemblage, ci-après dits supports rotatifs, sont agencés
sur la
périphérie intérieure du stator circulaire ;
- les supports rotatifs sont agencés sur les pattes de fixation ;
- les supports rotatifs comprennent :
¨ un axe,
¨ deux roulements à billes montés sur l'axe, et
¨ un galet monté sur les roulements à billes ;
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- le galet comporte une rainure destinée à recevoir la lame circulaire du
rotor
circulaire et la rainure est en section, au moins en partie, une contre-
empreinte du
bord d'extrémité libre ;
- les éléments magnétiques du rotor circulaire comprennent un alliage de
fer et de
silicium ou alliage ferromagnétique, ou des aimants permanents sans terres
rares ;
- les parois (34) latérales de la lame (45) circulaire comprenant plusieurs
ouvertures
(35) accueillant lesdits éléments magnétiques (28);
- le dispositif roulant comprend des moyens de réglage aptes à modifier
l'inclinaison
de l'axe des supports rotatifs de sorte à régler une distance séparant le
rotor
circulaire du stator circulaire ;
- les moyens de réglage aptes à modifier l'inclinaison de l'axe des
supports rotatifs
sont deux paliers excentriques faisant interface entre l'axe et les pattes de
fixation,
chaque palier excentrique étant monté de part et d'autre de l'axe ;
- le dispositif comprend un dispositif de réglage de la position d'un point
de fixation
de ladite au moins une roue motorisée, ledit dispositif de réglage comportant
des
moyens de fixation à un axe de liaison ;
- le dispositif de réglage de la position de la roue motorisée comprend :
¨ des tiges de guidages sensiblement parallèles fixées au stator
circulaire,
¨ un moteur électrique,
¨ une vis sans fin couplée au moteur électrique,
¨ un patin de fixation comprenant les moyens de fixation à l'axe de
liaison, ledit patin de fixation étant couplé mécaniquement à la vis sans
fin et aux tiges de guidage de sorte que la rotation de la vis sans fin
permette le déplacement du patin de fixation le long des tiges de
guidage ;
- le dispositif roulant comprend :
¨ un microcontrôleur,
¨ une carte de puissance connectée au microcontrôleur,
¨ une batterie connectée à la carte de puissance ;
¨ un chargeur de batterie apte à charger la batterie,
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et un programme informatique est implémenté dans le microcontrôleur, ledit
microcontrôleur étant apte à alimenter successivement les bobines
électromagnétiques du stator circulaire pour permettre la mise en rotation du
rotor
circulaire.
5 De
préférence, la carte de puissance peut être un convertisseur d'électronique
de puissance.
En particulier, il est proposé un dispositif roulant, par exemple une chaise
roulante, comprenant deux roues motorisées et un boitier de pilotage des roues
motorisées.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en
combinaison :
le boitier de pilotage comprend un capteur d'inclinaison connecté au
microcontrôleur, le capteur d'inclinaison étant apte à mesurer l'assiette du
dispositif
roulant et à fournir cette mesure au microcontrôleur afin que ledit
microcontrôleur
modifie la position du point de fixation de la roue motorisée en actionnant le
moteur
électrique du dispositif de réglage de la hauteur de la roue motorisée.
De manière plus générale, l'invention vise tout type de dispositif roulant
adapté
à rouler sur un sol tel qu'un véhicule destiné à transporter une ou plusieurs
personnes,
des animaux ou des biens ou équipement pour effectuer des services au sol.
Dans le cadre de la présente invention, le sol est défini comme une surface de
roulage sur laquelle le dispositif est destiné à rouler. Par exemple, il peut
s'agir d'une
route ou rue, d'un chemin ou sentier, d'un trottoir, ou un terrain naturel non
recouvert
d'un revêtement.
L'invention vise en particulier des véhicules motorisés de manière électrique
tels que des vélos, trottinettes, gyropodes, voitures compactes, mobylettes,
motos,
robots. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée à ces quelques exemples
donnés à titre illustratif mais vise de manière plus générale tout type de
véhicule
pouvant être motorisé et destiné à se déplacer en roulant sur le sol.
L'invention trouve une application privilégiée dans le domaine de
l'aéronautique, en particulier pour des trains d'atterrissage d'avions ou de
manière
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plus générale à tout autre type de véhicule adapté à se déplacer au sol,
notamment au
moyens de propulseurs, ne pouvant pas reculer mais pouvant être tirés en
arrière.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la
description ci-après en relation avec les dessins annexés, donnés à titre
d'exemples
non limitatifs et dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une roue motorisée selon
l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un stator de la roue motorisée ;
- la figure 3 est une vue en perspective d'un support rotatif de la roue
motorisée ;
- la figure 4 est une vue éclatée en perspective du support rotatif de la
figure 3;
- la figure 5 est une vue en perspective rapproché du support rotatif des
figures
3 et 4, monté dans la roue motorisée ;
- la figure 6 est une vue éclatée en perspective du stator selon
l'invention ;
- la figure 7 est une vue en perspective du stator selon l'invention ;
- la figure 8 est une autre vue en perspective de la roue motorisée selon
l'invention ;
- la figure 9 est une vue en coupe de la roue motorisée selon le plan IX-IX
de la
figure 1;
- la figure 10 est une vue éclatée en perspective du rotor selon
l'invention ;
- la figure 11 est une vue en perspective du rotor de la figure 10;
- la figure 12 est une vue en perspective d'une chaise roulante comportant
une
roue motorisée des figures précédentes ;
- la figure 13 est une vue en perspective d'une roue motorisée des figures
précédentes, équipée d'une batterie et d'éléments électroniques
supplémentaires ;
- la figure 14 illustre un exemple de réalisation d'un palier excentrique;
- la figure 15 représente en perspective la mise en contact du rotor avec
le stator
par activation des paliers excentriques ;
- la figure 16 illustre en perspective et en coupe une partie du rotor
selon un
mode de réalisation particulier ;
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- les
figures 17a et 17b illustrent en perspective le rotor et le stator séparément
et assemblés selon un mode de réalisation particulier.
Sur la figure 1 est représentée une roue 1 motorisée. La roue 1 motorisée
comprend un stator 2 circulaire et un rotor 3 circulaire. Le stator 2
circulaire comprend
un corps 4. Le corps 4 est réalisé par l'assemblage de deux demi-stators 5.
Les demi-
stators sont solidaires l'un à l'autre grâce à une pluralité de moyens de
fixation.
Chaque demi-stator 5 comporte des pattes 7 de fixation. Les pattes 7 de
fixation sont
situées sur une périphérie 8 intérieure des demi-stators 5 et celles-ci sont
munies
d'orifice 9 de fixation. Du côté intérieur des pattes 7 de fixation, ces
dernières
comprennent un logement 10 annulaire de fixation sensiblement concentrique
avec
l'orifice 9 de fixation. Les moyens de fixation se présentent sous la forme
d'une tige 6
cylindrique. La tige 6 cylindrique est agencée entre les demi-stators 5 et
plus
précisément entre des pattes 7 de fixation situées en regard l'une de l'autre.
Des
extrémités de la tige de fixation logent dans les logements annulaires des
pattes 7 de
fixation.
La tige 6 cylindrique comprend un orifice 11 interne fileté. De chaque côté de
la
tige filetée, une vis 12 est insérée au travers de l'orifice 9 de fixation à
l'intérieur de
l'orifice 11 interne de la tige 6 cylindrique. Les demi-stators 5 sont alors
solidaires l'un
de l'autre.
Avantageusement, la tige 6 cylindrique présente un diamètre supérieur aux
orifices 9 de fixation. Ceci permet à la tige filetée de remplir une fonction
supplémentaire, outre de rendre solidaires les deux demi-stators 5. Cette
fonction
supplémentaire consiste à maintenir à distance l'un de l'autre les demi-
stators 5. Les
deux demi-stators 5 ne sont jamais en contact direct.
Ainsi le corps 4 définit une fente 13 circulaire. La fente 13 circulaire est
continue sur toute la périphérie du stator 2 circulaire. En d'autres termes,
la fente 13
circulaire définit un chemin circulaire à 360 sans aucun obstacle. Ceci est
rendu
possible notamment grâce à l'utilisation de deux demi-stators 5 pour obtenir
le corps 4
du stator 2.
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Chaque demi-stator 5 comporte une pluralité de dents 14. Les dents 14 sont
agencées sur une face 15 intérieure des demi-stators 5 et font saillie de
celle-ci. Les
dents 14 présentent une forme cubique ou celle d'un parallélépipède rectangle.
Les
dents 14 peuvent avoir une forme différente. Ainsi le stator comporte une
pluralité de
.. paires de dents 14 réparties sur la périphérie du corps 4. Chaque paire
comporte deux
dents 14 agencées en regard l'une de l'autre. Autrement dit, dans chaque
paire, une
dent 14 d'un demi-stator 5 fait face à l'autre dent 14 de l'autre demi-stator
5.
Le stator 2 circulaire comprend des bobines 16 électromagnétiques. Les
bobines 16 sont montées sur les dents 14. Ainsi le stator comprend autant de
bobines
16 que de dents 14. Tout comme les dents 14, les bobines 16 d'un demi-stator 5
sont
situées en vis-à-vis des bobines 16 de l'autre demi-stator 5.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le stator circulaire
comprend 36 paires de bobines électromagnétiques soit 72 bobines
électromagnétiques.
Selon une variante de réalisation, les bobines électromagnétiques 16 ne sont
pas distribuées sur l'intégralité de la circonférence des demi-stators 5 (non
représenté)
mais seulement sur une ou plusieurs parties de la circonférence du stator 2,
de
manière à former un ou plusieurs segments bobinés.
Par exemple, les bobines sont distribuées sur une moitié ou seulement un quart
.. de la circonférence des demi-stators, de manière à former une distribution
dite "en
arc". Une telle répartition des bobines permet avantageusement d'alléger la
structure
en termes de poids.
Selon un exemple de réalisation particulier, les bobines peuvent être
distribuées de manière à former une alternance de segments actifs dits arcs
actifs et
de segments non exploités dits arcs inactifs.
Selon le mode de réalisation illustré à la figure 2, sept paires de bobines 16
sont
montées de manière continue sur les deux demi-stators 5 en formant un seul
segment
de sorte que les bobines de chaque paire soient en regard l'une de l'autre.
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Selon le mode de réalisation illustré à la figure 7, les deux demi-stators
sont
assemblés en miroir, de sorte que chaque dent 14 d'un demi-stator 5 soit en
face à
face avec une dent 14 de l'autre demi-stator 5.
Selon le mode de réalisation illustré aux figures 2, 6, 7, les deux demi-
stators 5
disposent d'un même nombre de dents. Selon un autre mode de réalisation
particulier,
les deux demi-stators 5 ont un nombre de dents différent de sorte qu'ils ne
forment
pas deux demi-stators jumeaux en miroir. Ce mode de réalisation des deux demi-
stators et du rotor qui en résulte, permet de réduire la force d'attraction
axiale que
subit le rotor par l'action des deux demi-stators et de réduire aussi les
vibrations
potentielles d'origine électromagnétique.
Selon un autre mode de réalisation particulier, les deux demi-stators 5 sont
montés en décalage l'un par rapport à l'autre, de sorte que les couples
exercés par
chacun des demi-stators soient en opposition.
Selon un mode de réalisation alternatif (non illustré), les deux demi-stators
sont
assemblés en miroir mais les bobines 16 peuvent être montées en décalage les
unes
par rapport aux autres, de sorte que chacune des bobines d'un demi-stator ne
soit pas
en face à face avec une bobine fixée sur l'autre demi-stator. Ce mode de
réalisation
permet de réduire le couple de denture s'appliquant sur le rotor du fait de la
variation
de la perméance de l'entrefer. Plus précisément, ce mode permet d'opposer les
couples de denture sur l'une et l'autre des faces du rotor et donc de réduire
le couple
de denture totale.
Le stator comprend des moyens d'assemblage ci-après supports 17 rotatifs,
illustrés sur les figures 3 à 5. Les supports 17 rotatifs sont rapportés et
montés sur les
pattes 7 de fixation. A cet effet chaque patte 7 de fixation comprend un
orifice 18 de
support destiné à accueillir une extrémité 19 d'un support 17 rotatif. La
patte 7 de
fixation comporte plusieurs orifices 20 de réglage pratiqués autour de
l'orifice 18 de
support. Chaque support rotatif comporte plusieurs éléments visibles sur la
figure 4 à
savoir :
- un axe 21 du support,
- deux roulements 22 à billes montés sur l'axe 21 du support,
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- un galet 23 monté sur les roulements 22 à billes,
- deux paliers 24 excentriques faisant interface entre l'axe 21 du support
et les
pattes 7 de fixation.
Une bague 25 intérieure des roulements à bille est montée sur l'axe 21 du
5 support
tandis qu'une bague 26 extérieure est montée sur le galet 23. Ainsi, le galet
23
peut être mis en rotation par rapport à l'axe 21 du support. Le galet 23
comporte une
rainure 27 de guidage sensiblement en forme de U. Le support rotatif est
rapporté et
monté sur deux pattes 7 de fixation situées en vis-à-vis l'une de l'autre
ainsi qu'illustré
sur la figure 5.
10 Un
exemple de réalisation du palier excentrique 24 est illustré sur la figure 14.
Le palier est "excentrique" dans le sens où il présente un logement 240 désaxé
ou
excentré par rapport à l'axe de rotation du palier A24, ce logement étant
destiné à
recevoir une extrémité de l'axe 21 de support. Ainsi, le centre dudit logement
excentré
240 passant par l'axe de symétrie du logement A240 ne coïncide pas avec le
centre du
palier 24 passant par l'axe de rotation du palier A24. Il s'en suit que l'axe
de rotation du
galet 23 est excentré par rapport à l'axe de rotation du palier 24 selon une
valeur
d'excentration telle que représentée par la référence "e". Par exemple, la
valeur réelle
de l'excentration est de 5/10 de mm soit un débattement de +/- 1mm
Des extrémités de l'axe 21 du support sont insérées chacune dans un orifice 18
de support d'une patte 7 de fixation. Un palier 24 excentrique est ensuite
rapporté du
côté extérieur de la patte 7 de fixation et inséré dans l'orifice 18 de
support. L'axe 21
du support est alors inséré dans le palier 24 excentrique qui est lui-même
fixé à la
patte 7 de fixation grâce à plusieurs vis insérées à travers le palier 24
excentrique dans
les orifices 20 de réglage de la patte 7 de fixation. Le galet 23 tourne
librement par
rapport aux paliers 24 excentriques. Dans le mode de réalisation représenté
sur les
figures, la roue 1 motorisée comprend trois supports 17 rotatifs agencés à
sensiblement 120 les uns des autres.
Ainsi que précédemment évoqué, la roue 1 motorisée comporte un rotor 3
circulaire. Le rotor 3 circulaire comprend :
- une jante 29 s'étendant sur un contour 30 extérieur, et
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- une lame 45 circulaire s'étendant sur un contour 31 intérieur.
Le rotor 3 circulaire comprend en outre un pneu 32 faisant office de surface
de
contact avec un sol (non représenté sur les figures). Par exemple, ce pneu 32
comme
illustré sur les figures 9, 17a et 17b est destiné à rouler sur une route, un
chemin, un
sentier ou tout type de terrain ou surface de roulage sur lequel le pneu peut
rouler.
Selon une variante de réalisation (non représentée), le pneu 32 pourra être
remplacé par un ensemble de rouleaux distribués sur la périphérie extérieure
du rotor
3, plus particulièrement sur la surface de contact avec le sol de manière à
rouler sur le
sol. Par exemple, les rouleaux sont ceux d'une roue omnidirectionnelle sans
pneumatique communément dénommée "omni-wheel" ou "omni-directional wheel"
en anglais.
Ainsi, le rotor 3 porte directement la jante 29 et le pneu 32 sur la jante ou
tout
autre alternative au pneu adaptée pour rouler sur le sol, de telle sorte que
la roue
motorisée peut être considérée comme un "moteur roue", c'est-à-dire un moteur
dans
lequel le rotor fait office de roue.
Par conséquent, il est possible de motoriser des véhicules roulant en
remplaçant simplement tout ou partie des roues existantes par au moins une
roue
motorisée ou "moteur roue" selon la présente invention.
La lame 45 circulaire est fixée à la jante 29 par soudage ou collage par
exemple.
La lame 45 circulaire comprend un bord 33 d'extrémité libre et des parois 34
latérales.
Le bord 33 d'extrémité libre est au moins en partie sensiblement une contre
empreinte
de la rainure 27 du galet 23. La lame 45 circulaire est une mince plaque en
forme
d'anneau. Les parois 34 latérales de la lame 45 circulaire comprennent
plusieurs
ouvertures 35 destinées à accueillir des éléments magnétiques.
Le rotor 3 et le stator sont assemblés de sorte que la lame du rotor 3 est
agencée dans la fente 13. Ainsi les éléments magnétiques du rotor 3 sont
situés entre
les bobines 16 électromagnétiques du stator. Dans le mode de réalisation
représenté
sur les figures, le rotor 3 comprend 24 éléments 28 magnétiques. Le bord 33
d'extrémité libre de la lame 45 circulaire loge dans la rainure 27 de sorte
que le stator
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prend appui sur les trois supports 17 rotatifs. La rainure 27 permet ainsi de
guider en
rotation la lame 45 circulaire, et par conséquent guider en rotation le rotor
3 circulaire.
Le fait que la rainure 27 soit au moins en partie sensiblement une contre
empreinte de la rainure 27 permet d'éviter que le bord 33 d'extrémité libre ne
puisse
se déplacer dans la rainure 27. La roue est ainsi mieux guidée et ceci permet
par
ailleurs d'éviter un déraillement du rotor.
En positionnant les pattes 7 de fixation sur la périphérie 8 intérieure des
demi-
stators, il est possible de dégager un espace suffisamment important entre les
demi-
stators 5 pour permettre un assemblage le plus compact possible du rotor à
l'intérieur
dudit stator d'une part et pour participer à la réduction de l'entrefer.
En positionnant les supports 17 rotatifs sur une périphérie intérieure, et
plus
précisément sur les pattes 7 de fixation, l'assemblage du rotor et du stator
est plus
compact au profit d'une meilleure tenue mécanique.
Lorsque le rotor 3 circulaire est mis en rotation, la lame 45 circulaire en
appui
sur les supports 17 rotatifs peut tourner sans difficultés.
Les bobines 16 électromagnétiques sont orientées selon l'axe X de roue. Ceci
signifie que l'axe passant au centre des bobines 16 est sensiblement orienté
selon l'axe
X. Cela permet de réduire l'épaisseur de la roue contrairement à une
orientation
différente.
Avantageusement, les éléments magnétiques 28 du rotor 3 comprennent des
masses polaires telles qu'un alliage de fer et de silicium.
De préférence, les masses polaires comprennent un alliage ferromagnétique.
L'insertion de masses polaires dans le rotor 3 est particulièrement
avantageuse
pour rendre le rotor passif sur le plan électromagnétique, dans le sens où il
ne contient
aucune source électromagnétique. En effet, seules les bobines
électromagnétiques 16
disposées sur les demi-stators 5 sont alimentées par une source de courant.
De préférence, les masses polaires sont agencées à l'intérieur des parois
latérales du rotor 3, comme illustré sur la figure 16. La lame circulaire 45
relie le jonc
de guidage 33 à la jante 29. Par exemple, la lame circulaire 45 comprend des
moyens
d'ancrage 35, telles que des fentes ou encoches destinées à fixer les éléments
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magnétiques tels que les masses polaires 28. De manière avantageuse, ces
moyens
d'ancrage sont distribués à intervalle régulier sur tout ou partie de la
circonférence de
la lame circulaire, de manière à ancrer ou fixer les masses polaires de façon
équidistante.
Les parois latérales du rotor 3 de la lame circulaire sont constituées d'un
matériau non conducteur, tel que de la fibre de verre.
Dans l'exemple de la figure 16, les deux parois latérales du rotor 3 incluant
les
masses polaires 28 sont recouvertes, au moins partiellement d'un revêtement
comprenant un matériau aux propriétés mécaniques adaptées pour renforcer ou
rigidifier le rotor 3. Par exemple, ce matériau est de la fibre de carbone,
auquel est
éventuellement ajoutée une résine de type époxy. Par exemple, ce matériau est
fourni
dans des zones périphériques de la lame circulaire 45, telles que désignées
par les
références 3A et 3B sur la figure 16.
Ainsi, les éléments magnétiques 28 sont dépourvus de terres rares, ce qui
n'entrave pas le déplacement manuel du rotor 3 par rapport au stator 2.
A noter qu'en variante, il est tout de même possible d'utiliser des aimants
permanents sans terres rares, mais ce choix ne constitue pas un mode préféré
de
réalisation puisqu'il implique une gêne résiduelle pour une utilisation
manuelle.
L'entrefer est la distance qui sépare le rotor 3 du stator. Le réglage de
cette
distance est effectué à l'aide des paliers 24 excentriques. En déplaçant les
paliers 24
excentriques vers le haut ou vers le bas, l'axe 21 du support est incliné, ce
qui permet
de modifier la trajectoire de la lame 45 circulaire grâce à l'action de la
rainure 27 du
galet 23 sur le bord 33 d'extrémité libre. L'entrefer peut ainsi être réglé
afin
d'augmenter les performances de la roue 1 motorisée, en particulier afin
d'améliorer
son couple à l'arrêt et donc déplacer une charge importante en dépit de sa
faible
épaisseur selon l'axe X.
La figure 15 illustre en perspective le positionnement de l'extrémité libre 33
du
rotor 3 (i.e. jonc de roulage) par rapport à la rainure 27 du galet 23 d'un
support rotatif
17 entre les deux demi-stators 5. La position des paliers excentriques 24,
lorsqu'ils sont
engagés dans les ouvertures 18 des demi-stators 5, peut être ajustée par
rotation. A
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14
cet effet, une fente 242 est prévue sur la surface extérieure des paliers 24
pour faire
tourner le palier excentrique.
Ainsi, la rotation simultanée des deux paliers 24 sur chaque demi-stator 5
permet de rapprocher ou d'éloigner le galet de guidage 23 par rapport au jonc
de
roulage 33 du rotor 3, grâce aux logements excentrés 240 prévus sur chacun des
paliers excentriques 24. La position du support 21 reliant les deux paliers 24
est
ajustée par rotation des paliers 24.
En position "éloignée" telle que représentée sur la figure 15a, le rotor 3
n'est
pas en contact avec le stator 2. Les paliers excentriques 24 sont dans une
position dite
éloignée. Par exemple, cette position est matérialisée par une orientation
oblique de la
fente 242.
Dans la position "en contact" telle que représentée sur la figure 15b, le
rotor 3
est en contact avec le stator 2. Cette position est obtenue par rotation des
paliers
excentriques 24 autours de leur axe de rotation A24, tel que défini sur la
figure 14. Par
.. exemple, cette position dite "en contact" est matérialisée par une
orientation
horizontale de la fente 242. Du fait de l'excentricité des logements 240, la
rotation des
paliers 24 a pour effet de déplacer l'axe 21 de sorte que l'extrémité libre 33
du jonc de
guidage entre en contact avec la fente du galet 23.
Ainsi, la rotation des paliers excentriques 24 permet de régler radialement et
axialement les jeux de fonctionnement du rotor 3.
La figure 17a illustre le rotor 3 et le stator 5 représentés côte à côte. Le
rotor 3
comprenant la lame circulaire 45 et les masses polaires 28 distribuées à
intervalle
régulier sur la lame circulaire 45 par ancrage dans des ouvertures 35 comme
décrit
précédemment. Pour des raisons de clarté de représentation, les masses
polaires 28
.. apparaissent libres, c'est-à-dire non recouvertes de part et d'autre de la
lame 45.
Le stator 2 présente une fente définie entre les dents autour desquelles sont
enroulées les bobines 16. Dans cet exemple de réalisation, les bobines 16 sont
enroulées autour des dents de telle sorte qu'elles ne dépassent pas une partie
extrémale des dents s'étendant vers le centre de la fente. Ainsi, une fente
continue de
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largeur égale à la distance séparant le sommet de deux dents en face à face
est
formée.
La figure 17b illustre un assemblage du rotor 3 et du stator 2 de la figure
17a,
plus précisément dans le cas où le jonc de guidage 33 du rotor 3 est en
contact avec le
5 palier 23 du stator 2.
La roue motorisée comprend ainsi une zone centrale qui peut être utilisée pour
loger divers éléments de fonctionnement et de contrôle de la roue 1 motorisée.
La roue 1 motorisée comprend :
- un microcontrôleur 46,
10 - une
électronique de puissance, par exemple une carte 47 de puissance
connectée au microcontrôleur 46,
- une batterie 48 connectée à la carte 47 de puissance, et
- un chargeur de batterie (non représenté) connecté à la carte 47 de
puissance.
De préférence, ladite carte est un convertisseur d'électronique de puissance
47
15 adapté
pour alimenter le moteur et contrôler le chargeur de batterie. Ces deux
fonctions peuvent être mises en oeuvre au sein d'une même carte électronique.
La roue 1 motorisée comporte en outre, un onduleur, par exemple de 48 V et
500 W pour générer des tensions et des courants alternatifs.
Le microcontrôleur est connecté à un boitier 51 de commande permettant de
donner des informations telles que le sens du mouvement, la vitesse de
rotation en
fonction du souhait exprimé par un utilisateur. Le boitier 51 de commande peut
être
connecté au microcontrôleur à l'aide d'un câblage approprié ou de manière sans
fil,
dans ce dernier cas, le microcontrôleur est équipé de moyens
d'émission/réception de
données.
Le principe de fonctionnement de la roue 1 motorisée va dorénavant être
décrit.
En fonction du souhait exprimé par l'utilisateur, le microcontrôleur gère
l'alimentation des bobines 16 électromagnétiques.
La roue 1 motorisée est mise en mouvement en alimentant les bobines 16
électromagnétiques grâce à un courant électrique provenant de la batterie. Le
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microcontrôleur alimente les bobines 16 électromagnétiques (par paires) à tour
de
rôle. Cette alternance provoque une rotation du champ magnétique et entraine
ainsi
un mouvement du rotor 3 faisant avancer la roue 1 motorisée.
Dans ce qui suit, un exemple d'application de la roue motorisée va être
décrit.
A titre d'exemple deux roues motorisées sont montées sur un axe de liaison de
la
chaise roulante. Le tableau ci-dessous résume le fonctionnement des roues
motorisées
en fonction du souhait exprimé par un utilisateur sur un boitier 51 de
pilotage
connecté aux roues motorisées :
Souhait exprimé Roue gauche Roue droite Résultat
Arrêt Arrêt Arrêt Arrêt
Marche avant Vitesse normale avant Vitesse normale avant
Trajectoire rectiligne
Virage avant droit Vitesse normale avant Vitesse réduite avant
Trajectoire circulaire vers la
droite
Virage avant gauche Vitesse réduite avant Vitesse normale avant
Trajectoire circulaire vers la
gauche
Rotation droite Vitesse réduire avant Vitesse arrière
réduite Rotation droite sur place
Rotation gauche Vitesse arrière réduire Vitesse réduite avant
Rotation gauche sur place
Virage arrière droit Vitesse arrière réduite Vitesse arrière normale
Trajectoire circulaire arrière
vers la droite
Virage arrière Vitesse arrière normale Vitesse arrière réduite
Trajectoire circulaire arrière
gauche vers la gauche
Marche arrière Vitesse arrière normale Vitesse arrière normale
Trajectoire rectiligne arrière
De manière générale, le boîtier de pilotage comprend une interface
homme/machine destinée à envoyer des signaux de commande à la roue motorisée
pour permettre à l'utilisateur de piloter le dispositif roulant sur lequel est
monté la
roue motorisée 1. A titre d'exemple illustratif, le boîtier de pilotage 51
comprend un
volant et/ou un joystick. Il peut être raccordé à un ou plusieurs capteurs,
tels que des
gyroscopes, accéléromètres, destinés à fournir des informations relatives à
l'environnement dans lequel se déplace le dispositif roulant.
Avantageusement, la roue 1 motorisée comprend un dispositif 37 de réglage de
la position de la roue, comme illustré sur les figures 1 et 8. Plus
précisément, le
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dispositif 37 permet de régler en temps réel la position d'un point de
fixation ou
d'ancrage 42 de la roue motorisée 1 sur le dispositif roulant, de manière à
maintenir
une garde optimale au sol du dispositif roulant en fonction de la
configuration du sol
(e.g. degré d'inclinaison ou pente de la surface de roulage). Ainsi, la
stabilité du
dispositif roulant est assurée par une tenue au sol améliorée, à chaque
instant,
notamment lorsque le dispositif est en train de rouler sur le sol.
Le dispositif 37 de réglage comprend un rail 38 muni de deux tiges 39 de
guidage fixées sur le stator. Les tiges 39 de guidage sont orientées selon un
diamètre
du stator et positionnées de part et d'autre de ce diamètre. Les tiges 39 de
guidage
sont sensiblement parallèles. Le dispositif comprend un moteur 40 électrique
couplé
mécaniquement à une vis 41 sans fin. La vis 41 sans fin est agencée entre les
tiges 39
de guidage. Le dispositif comprend en outre un patin 42 de fixation. Le patin
42 de
fixation comprend une interface de couplage mécanique à un axe de liaison.
L'utilisation d'un axe de liaison permet avantageusement de libérer de
l'espace
.. à l'intérieur de la roue pour y installer par exemple une batterie et une
ou plusieurs
cartes électroniques, un chargeur de batterie inductif pour une recharge sans
contact,
comme décrit en référence à la figure 13.
Le patin 42 comprend par ailleurs des orifices 43 de guidage destinés à
recevoir
les tiges 39 de guidage et des orifices 44 taraudés destinés à recevoir la vis
41 sans fin
.. filetée. Lorsque la vis 41 sans fin est mise en rotation, le patin se
déplace le long des
tiges de guidage. Une vis 41 sans fin adaptée est par exemple une vis à
billes.
Avantageusement, le boitier 51 comprend un capteur d'inclinaison relié au
microcontrôleur. Le capteur d'inclinaison permet de déterminer l'assiette de
la chaise
50 roulante et ainsi donner les informations nécessaires au microcontrôleur,
telles
qu'une mesure de l'assiette ou degré d'inclinaison de la chaise roulante, pour
que
celui-ci puisse agir sur la position du patin 42 de fixation le long de la vis
41 sans fin,
dans la roue 1 motorisée, afin d'assurer à l'utilisateur assis sur la chaise
roulante une
position horizontale en toutes circonstances. Par exemple, lorsque la chaise
roulante
s'engage sur une route inclinée, en pente, le microcontrôleur enclenche le
moteur 40
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électrique afin de remonter les patins de fixation et maintenir le siège de la
chaise
roulante en position horizontale.
Les roues motorisées sont avantageusement équipées d'un détecteur
d'obstacle, d'un détecteur de distance et d'une puce GPS. Ces éléments reliés
au
microcontrôleur permettent aux roues motorisées de rejoindre une station de
rechargement des batteries de manière autonome dans un lieu confiné tel qu'un
appartement.
La roue motorisée décrite ci-dessus présente de nombreux avantages à savoir :
- elle développe un couple important à faible vitesse sans pour autant être
énergivore notamment grâce à l'agencement de la lame 45 circulaire dans la
fente circulaire,
- elle présente une faible épaisseur, adéquate pour une utilisation sur
chaise
roulante ou encore vélo,
- elle ne requiert pas l'utilisation de réducteurs, ce qui diminue
considérablement sa masse, sont coût de production et améliore sa fiabilité
tout en diminuant le bruit en utilisation,
- aucun aimant permanent à terres rares n'est utilisé, ce qui permet de
tourner
la roue manuellement sans difficultés, ce qui est tout à fait adéquat pour une
chaise roulante ou encore un vélo par exemple.
La présente invention a été décrite de manière détaillée dans le cadre d'un
fauteuil roulant mais ne se limite bien évidemment pas à cette application.
Elle vise
plus généralement un dispositif destiné à rouler sur un sol et comprenant au
moins
une roue motorisée telle que décrite ci-dessus.
En particulier, le dispositif roulant peut être tout type de véhicule motorisé
tel
qu'une bicyclette ou un vélo électrique, une trottinette électrique, un
gyropode, une
voiture électrique compacte, une mobylette ou une moto électrique, un robot.
Cette
liste est donnée à titre illustratif et ne doit en aucun être interprétée de
manière
limitative.
