<B>Dispositif mécanique d'accumulation</B> d'énergie L'invention est relative à un dispositif mécanique d'accumulation d'énergie, dans le quel l'énergie est accumulée par armement d'un ressort au cours d'un mouvement de trans lation et est restituée au cours d'un mouvement de rotation .d'un arbre dont l'axe coïncide avec la direction dudit mouvement de translation et comprenant, en outre, des moyens rotatifs pour transformer une rotation d'armement en ladite translation d'armement.
Selon l'invention, la transformation du mouvement rotatif d'armement en mouvement de translation d'armement du ressort et la transformation du .mouvement de translation de désarmement du ressort en mouvement ro tatif de restitution ont lieu par le moyen d'au moins un corps roulant entre deux chemins de roulement circulaires possédant un axe com mun et présentant chacun au moins un point haut et un point bas à plan tangent perpen diculaire audit axe commun, les deux faces de roulement étant telles qu'elles puissent coïn cider après basculement de l'une d'elles autour de l'axe du corps roulant, l'un de ces chemins de roulement étant directement soumis à l'ac tion du ressort et immobile en rotation,
l'autre chemin .de roulement pouvant être sélective ment solidaire en rotation du mouvement rota- tif d'armement audit mouvement rotatif de désarmement. Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif mécanique d'accumulation d'énergie objet de l'invention. La fig. 1 représente le dispositif vu dans la direction de son axe longitudinal. La fig. 2 est une vue du dispositif dans le sens de la flèche M de la fig. 1, le dispo sitif moteur n'étant pas représenté et le ressort étant désarmé.
La fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne<I>111-I11</I> de la fig. 2 et représente le dispo sitif de solidarisation et désolidarisation du moyeu moteur et de l'arbre entrainé.
La fig. 4 est une vue partielle du dispo sitif montrant la position des cames et des ga lets lorsque le ressort est armé.
La fig. 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la fig. 4.
La fig. 6 montre schématiquement la géné ration du profil des cames. La fi-. 7 montre, en perspective une came vue en prolongement de la ligne qui passe par les points bas de sa surface. La fig. 8 est une vue en perspective de cette came tournée d'environ 450 par rapport à la position de la fig. 7.
La fig. 9 montre schématiquement le dé placement -d'un galet pour un angle de rota tion cp de la came à partir @de la position désarmée pour laquelle les points bas se trou vent en face. La fig. 10 représente le profil déroulé des deux cames et leur position ainsi que celles des galets lorsque le ressort est désarmé. La fig. 11 représente le profil déroulé des deux cames et leur position ainsi que celles des galets lorsque le ressort est armé.
Les fig. 12, 13, 14 et 15 montrent une variante du dispositif de solidarisation et dé- solidarisation de l'arbre moteur et de l'arbre entrainé dans les diverses positions qu'il occupe au .cours de l'opération d'enclenchement -d'un disjoncteur.
Dans la fig. 1, l'indice 1 désigne un électro aimant moteur dont l'armature est articulée en 2 sur un levier coudé 3 pivotant autour d'un axe 4 solidaire du bâti 70 du dispositif. Le levier coudé 3 ,porte un cliquet 5 qui, sous l'action d'un ressort 6, engrène sur une roue à rochet 7. Il est à remarquer que le choix de ce système moteur est tout à fait en dehors de l'invention. II .pourrait être remplacé par un moteur rotatif, électrique ou hydraulique ou par une commande manuelle dont le mou vement serait transmis à la roue 7 par tout dispositif de transmission approprié, réducteur ou non réducteur tel que, par exemple, un dispositif à roue libre.
La roue à rochet 7 est solidaire d'un moyeu moteur 8 qui tourne fou sur un arbre 9 et :dont l'une des faces constitue la came qui sert à la transformation du mouvement. Sur la face de cette came roulent deux galets 10a et lob qui .tournent sur deux demi-axes 11 solidaires d'un manchon 53 monté sur l'arbre 9 (fig. 4 et 5). Les galets peuvent être composés de plusieurs disques afin de tenir compte des vitesses périphériques différentes que l'on ren- contre depuis le disque intérieur jusqu'au dis que extérieur.
La came 8 qui peut tourner autour de l'arbre 9, mais non se :déplacer axialement, agit par l'intermédiaire des galets 10a et 10b sur la face d'une seconde came portée par un manchon cylindrique 12 qui est fou sur l'arbre 9 sur lequel il peut coulisser. Sa rota tion, par rapport au bâti 70, est, en effet, em pêchée par une queue 13 dont l'extrémité cou lisse sur un axe 14, solidaire du bâti, l'axe 14 traversant librement un oéilleton de la queue 13. La came 12 est pressée contre les galets 10a et 10b par un ressort 15 qui sert à accumuler l'énergie et qui est, dans l'exemple, un ressort en hélice enroulé autour de l'arbre.
Le ressort 15 presse .sur la came 12 par l'in termédiaire d'un roulement à billes 16. A son autre extrémité, le ressort 15 prend appui sur l'arbre 9 par l'intermédiaire d'une ron delle 17 et d'un écrou 18 vissé sur l'extrémité filetée de l'arbre 9.
Pour que les galets 10a et 10b roulent sans glisser -sur les deux cames, celles-ci sont de même forme. Les deux cames se font face, le profil de l'une étant superposable au profil de ,l'autre après une rotation de 180o autour de l'axe 11 portant les galets. On peut donc dire que les deux cames sont constamment sy métriques par rapport à l'axe de rotation des galets.
La roue 7 et :la came 8, c'est-à-dire l'en semble qui peut être considéré comme le moyeu moteur, tournent folles sur l'arbre entraîné 9, mais prennent appui par l'intermédiaire du roulement à billes 19 sur un manchon 20 rendu solidaire de @l'arbre 9 par une gou pille 21.
Sur la roue à rochet 7 est fixé un pla teau 75 qui porte une butée 22 et un doigt d'entraînement 33. Lorsqu'on arme le res sort 15, la butée 22 vient s'accrocher en 23 sur un levier 24 et le doigt 33 prend appui sur un levier 31 qui sera décrit plus loin. Enfin, on trouve un cliquet antiretour 26, soumis à l'action d'un ressort 27 et pivotant autour d'un axe 28 solidaire du bâti.
Comme il a été dit, les deux cames 8 et 12 ont des profils identiques et sont constamment symétriques par rapport à l'axe 11 des galets, de sorte que, lorsque les galets se trouvent prendre appui sur les cames juste aux points bas de leurs profils, les cames se trouvent dans la position où elles sont le plus rappro chées l'une de l'autre. A ce moment, le ressort est bandé axialement au minimum (voir profil développé, fig. 10).
De même, lorsque les galets se trouvent prendre appui sur les cames, juste aux points hauts de leurs profils, celles- ci se trouvent dans la position où elles sont le plus éloignées l'une de l'autre et le ressort est alors bandé au maximum (voir profil dé veloppé, fig. 11).
Le profil d'une came est réalisé de telle sorte ;que chacun des disques constituant les galets 10a et 106 s'appuie constamment sur la face des cames, afin que la pression se répartisse uniformément sur les galets. On pourra donc engendrer le profil d'une came à l'aide d'un cylindre de même diamètre que le diamètre des galets et dont l'axe, comme celui de ces derniers, rencontrera l'axe de la came et lui sera perpendiculaire. Dans la réalisation pratique d'une came, ce cylindre pourra, par exemple, être une fraise cylindrique entraînée. On fera décrire à cette fraise, par rapport à la came, le même mouvement que -l'on désire voir réaliser en cours de fonctionnement par les galets.
Si l'on se rapporte à la fig. 6, on trouve en 56 le cylindre de génération dont l'axe XX' rencontre en<I>T</I> l'axe YY' de la came 8 auquel il est, de plus, perpendiculaire.
Supposons que la came 8 puisse tourner autour de son axe YY' sans pouvoir se dé placer longitudinalement, le centre O de sa base .sera donc fixe sur cet axe YY'. On re pérera la position angulaire de la came 8 par l'angle que fait un .rayon OA aboutissant à un point<I>A</I> de la came avec la direction fixe<I>OZ</I> issue de O et perpendiculaire<I>à</I> YY'. Cet angle sera appelé cp.
Supposons maintenant que d'axe XX' des galets ne puisse pas tourner ,autour de l'axe <I>Y'</I> et soit assujetti à se déplacer dans un plan YOZ en demeurant constamment perpen diculaire à l'axe YY'. On repérera sa position par la distance t qui sépare le point de con cours T du point fixe O.
Le mouvement du cylindre générateur 56 par rapport à la came 8 pourra maintenant être complètement défini par la connaissance de la distance t -correspondant à la position angulaire (p de la came.
On pourra définir, par exemple, une fonction f reliant<I>t à</I> cp, telle que<I>t =</I> f (cp). Cette fonction sera déterminée, d'une part, par la loi iselon laquelle le travail d'armement doit être fourni, en d'autres ter mes par la loi .désirée pour la variation du couple résistant d'armement, d'autre part par la loi selon laquelle on désire obtenir la resti tution de l'énergie accumulée,
c'est-à-dire la variation du couple moteur. A titre d'exemple, on a choisi un couple constant à l'armement ainsi qu'à la restitution, un seul cycle d'arme ment et de restitution étant réalisé pour un tour complet de la came 8.
Dans ces conditions et pour une disposition des cames et des galets telle que représentée par la fig. 2, le profil en gendré par le cylindre 56 sur la came 8 com portera ,deux points hauts et deux points bas du fait de la présence de deux jeux -de galets. L'écart angulaire entre deux points hauts est de- 1800 ainsi d'ailleurs qu'entre deux points bas et, plus généralement, entre deux points correspondants d'une même came,
celle-ci pré sentant sur un tour complet deux profils iden tiques isur chacun desquels s'appuie un jeu de galets. L'écart angulaire entre un point haut et le point bas suivant correspond à la période de restitution de l'énergie accumulée : il sera adapté à l'angle de rotation ;du système à en traîner. On peut évidemment, d'après le même principe, exécuter des cames qui, pour un tour complet de la came 8, comportent plusieurs périodes d'armement et de restitution.
Lia fig. 6 montre schématiquement l'obten tion du profil @de la came par le mouvement coordonné du cylindre générateur 56. La fig. 7 montre en perspective la came vue en direction de la digne qui relie les points bas de sa surface. La fig. 8 montre en perspective la came tour née d'environ 45, .dans le sens -de la flèche Q.
Comme il a été dit plus haut, la came 8 peut tourner mais non se déplaceïr le long de son axe et la came 12 inversement peut cou lisser sur l'arbre 9 mais ne peut tourner. Les galets 10a et 10b se trouvent, lorsque le res sort 15 est désarmé, entre les points bas des deux cames.
Si nous .désignons par hc la dis tance entre les -deux plans passant respective ment par les génératrices les plus hautes et les plus basses du profil, le diamètre des ga lets dg sera déterminé de telle sorte que, pour aucune position relative des cames et des galets, les surfaces des deux cames ne puissent entrer directement en contact. Cette condition sera réalisée à coup sûr si -le diamètre des galets est supérieur<I>à</I> 2hc. Si nous supposons main tenant que la came 8 commence à tourner à partir de la position O (galets aux points bas)
dans le sens de la flèche F (fig. 9), elle tendra à déplacer le galet 10a également dans le même sens. Cependant le galet est tenu entre la came 8 et la came 12 et les forces de pression s'exerçant sur le galet sont toujours .diamétra lement opposées du fait de l'identité des profils des deux cames.
Il en résulte que le galet n'a aucune tendance à glisser par rapport à l'une ou l'autre des cames et ne peut que rouler sur ces dernières. Nous sommes en présence du cas bien connu où un galet est tenu entre deux surfaces parallèles dont l'une est fixe tan dis que l'autre se déplace et entraîne le galet. Le déplacement du centre du galet sera alors moitié du déplacement correspondant de la surface mobile. En d'autres termes, pour obte nir un déplacement angulaire donné du galet 10a, la came 8 devra toujours exécuter un déplacement angulaire double.
Si nous désignons par da distance entre le centre du galet
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et la base de la came pour un déplacement angulaire de la came 8 égal à cp, l'écart entre les bases des deux cames sera :
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Sur la fig. 10, on a représenté, schématiquement et à une échelle réduite, le profil déroulé des deux cames 8 et 12, ainsi que les galets de da fig. 2 dans la position qui .correspond au ressort désarmé.
En supposant que l'armement @du ressort et la restitution de l'énergie accumulée soient obte nus par un tour complet @de .la came 8 et que l'angle de rotation au cours de la période de restitution soit (3, on aura l'angle d'armement a = 3600 - (3 et l'écart angulaire entre un point haut et le point bas suivant de la came (B - C) sera égal à L'écart angulaire entre un point bas et
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le point haut suivant <I>(D - B)</I> :
correspondant à la période d'arme ment !sera donc de 180 - Afin de faci liter la représentation dans
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la fig. 10, on a supposé que l'angle de rotation du système à entraîner est de 120 d'où l'on obtient l'angle d'armement à 2400. A l'armement, la came 8 tournera donc .de 2400 dans le sens de la flèche F et les galets de 120,) et à la restitution de respectivement 120 et 60 . C'est ce que montre la fig. 10.
En partant de sa position dans la fi-. 10, .le point haut A, en se dépla çant selon la flèche F correspondant à la flè che F de la fig. 2, décrit un angle de 240 . Au ,cours de ce mouvement, le galet 10 re monte la pente -d'armement de C jusqu'à A sur la came 8 et de C' jusqu'à A' sur la came 12 tout en décrivant un angle de 120 . Il arrive alors dans la position indiquée sur la fig. 11.
Au cours de ce mouvement, il a repoussé la came 12 -d'une distance de 2hc, le ressort 15 se trouve comprimé de 2hc et complètement armé. La période .d'armement à cet instant est terminée. Lors de la restitution, la came 12 re pousse le galet 10b par sa pente A'D', le galet se déplace de 600 et fait tourner la came 8 de 1200, toujours dans le sens de la flèche F, en prenant appui sur sa pente<I>AD.</I> Le ressort 15 se détend pet l'ensemble revient à la posi tion indiquée !sur la fig. 10.
Les galets ont effectué un demi-tour autour de l'axe de l'ar bre 9 pendant que la came 8 effectuait un tour complet ; le galet 10a s'est donc substitué au galet 10b et iréciproquement. Ces mouvements ont été expliqués pour le galet 10b ; il va de soi que les deux galets, montés symétrique ment des deux côtés de l'arbre 9, exécutent toujours des .mouvements identiques. En pra tique, on fera en sorte que les galets .dépassent légèrement les points hauts en fin d'armement en disposant l'accrochage de l'arbre moteur 22 et 23 en conséquence afin d'éviter que le dis positif ne se trouve au point mort, ce qui empêcherait de disposer d'un couple de départ pour la période de restitution.
La liaison du moyeu moteur et de l'arbre entraîné peut avoir lieu de diverses manières, selon que l'arbre entraîné :doit toujours tourner dans le même sens que le moyeu moteur avec lequel il peut être solidaire ou en être simple ment solidaire dans la période de restitution de l'énergie, ou doit tourner alternativement dans :les deux sens. Les solutions sont :de tech nique courante. A titre d'exemple, on a sup posé que l'arbre 9 était solidaire :de l'arbre d'un disjoncteur. Il doit donc pouvoir tourner alternativement dans les deux sens. Dans ce cas, le manchon 20 porte une :bielle 29 munie d'un axe 30 autour duquel pivote un levier d'accrochage 31.
Sous l'action d'un ressort 34, le bec d'accrochage 32 du levier 31 peut s'ac crocher à un doigt d'entraînement 33 solidaire du plateau 75 et de la came 8. A son autre extrémité, le levier 31 porte un galet 35 qui peut venir heurter une butée 36 fixe sur le bâti, ce qui provoque le basculement du levier, donc le :décrochage du bec 32 et du doigt 33. Le fonctionnement de l'ensemble est le sui vant: Dans la position représentée sur la fig. 2, le dispositif est :désarmé, les galets 10a et10b se trouvent entre les points bas des deux cames 8 et 12.
Si l'on excite périodiquement l'électro aimant 1, ce dernier fait tourner pas à pas la roue 7 par le jeu classique :de l'encliquetage, dans le sens de la flèche F (fig. 2 et 3). La came 8 tourne, les galets 10a et 10b repoussent la came 12 en bandant le ressort 15. Lorsque les galets parviennent exactement aux points hauts des deux cames (voir la fig. 11), le res sort 15 se trouve bandé au maximum. Si l'on continue à faire tourner légèrement la came 8 dans le sens de la flèche F, le ressort en se débandant tend alors à provoquer aussitôt la rotation de cette came dans le sens en ques tion.
Après une faible course à vide, le doigt 22 vient s'arrêter :sur le bec 23 du levier 24 et la came 8 se trouve immobilisée. Le ressort 15 é st donc maintenu armé. En même temps, le doigt d'entraînement 33 est venu s'accrocher derrière le bec 32 .du levier 31 (fig. 3). Si l'on agit sur le levier 24 pour libérer l'accrochage qui maintenait le dispositif armé, la détente du ressort 15 provoque la reprise de la rota tion de da came 8 toujours dans le sens de la flèche F. Le moyeu moteur entraîne l'arbre 9 par action du doigt 33 sur le levier 31.
C'est la course d'enclenchement jusqu'à ce que le levier 31 heurte la butée 36 et bascule, ce qui correspond à la fin .de la course :d'enclenche- ment. A ce moment ou, mieux, après une cer taine course supplémentaire, les galets 10a et 10b vont se trouver à nouveau entre les points bas des deux cames.
-Si l'on a opéré avec un excès d'énergie, la vitesse angulaire en fin d'enclenchement n'est pas nulle et les galets, sous l'effet de l'énergie cinétique emmagasinée dans les pièces tournantes, peuvent remonter une partie de la rampe d'armement subsé quente, provoquant un réarmement partiel du ressort 15. Le cliquet 26 (fig. 1) prévient tout retour en arrière.
Dans certains cas, l'emploi de la butée fixe 36 pourrait rencontrer des difficultés. On peut alors remplacer le dispositif de liaison entre le moyeu moteur et l'arbre entraîné par un dispositif d e solidarisation qui rend la butée superflue et :
qui est conçu de telle sorte que, d'une part, la désolidarisation du moyeu mo teur et ide d'arbre entraîné en fin de course d'entraînement soit une conséquence de l'arrêt de l'arbre entraîné au lieu d'être provoquée par un dispositif indépendant (butée) et que, d'au tre part, l'énergie accumulée ne puisse être, libérée lorsque le système entraîné n'est pas venu dans sa position de départ de la course d'entraînement.
Le dispositif sera :expliqué en supposant que l'accumulateur d'énergie sert à enclencher un disjoncteur. Dans ces conditions, la dé solidarisation du moyeu moteur 8 et de l'ar bre :du disjoncteur sera obtenue @automatique- ment à l'instant où le disjoncteur termine sa manoeuvred'enclenchement et l'énergie accu mulée dans le ressort 15 ne devra pouvoir être libérée tant que<B>le</B> disjoncteur ne sera .pas dé clenché.
Les fig. 12, 13, 14 et 15 représentent, à une échelle .réduite, les divers organes du dispositif et les éléments qui coopèrent avec ceux, ainsi que leurs positions pour différentes phases de l'opération d'enclenchement du dis joncteur.
Dans la fig. 12, on a représenté le dispo- sitif dans la position qu'il occupe lorsque le ressort 15 est armé et le disjoncteur déclenché. Le dispositif comprend un plateau 75 solidaire du moyeu moteur 8 et qui porte un axe 41 autour duquel :peut pivoter un levier d'entraî nement 42 qui porte à une extrémité un ga let 49 et à l'autre extrémité une masselotte d'inertie 50. Le levier 42 présente deux becs 43 et 46.
Le bec 46 qui remplace la butée 22 montrée dans les fig. 2 et 3, s'accroche au bec 23 du levier d'enclenchement 24 qui permet la libération de l'énergie accumulée. Le levier 24 pivote autour d'un axe 25 solidaire du bâti 70 (fig. 1) et peut :se déplacer dans les limites d'une lumière 51 -d'un guide 48. Un ressort 47 tend à pousser le levier 24 vers l'arbre 9. L'indice 20 désigne un manchon soli daire de l'arbre entraîné 9 (arbre de commande du disjoncteur) et présente une encoche 45 qui comporte un bec 44.
Lorsque le ressort est armé mais le dis- joncteur déclenché, l'encoche 45 se trouve en regard :du bec 23. Le levier 42 est accroché par son bec 46 au levier 24 dont la position est alors telle qu'il lui est possible d'effectuer encore une certaine course vers la gauche dans la lumière 51. Le galet 49 du levier 42 se trouve engagé dans l'encoche 45 et le bec 43 se trouve, de ce fait, prêt à s'accrocher sur le bec 44.
Si l'on agit sur le levier 24 à l'encontre du ressort 47, c'est-à,dire de droite à gauche, on libère le bec 46 et, donc, le moyeu moteur. Le ressort moteur peut se détendre et entraîner dans le sens de la flèche F le moyeu moteur avec .leplateau 75 et le levier 42 qui accroche par son bec 43 le bec 44 du manchon 20, de sorte que l'arbre 9 se trouve également en- traîné. C'est le début de la course d'enclen chement représenté en fig. 13.
En fi-. 14, le disjoncteur est déjà arrivé en position enclenchée et l'arbre 9 a été .arrêté par les butées fin de course d'enclenchement du disjoncteur clans la position représentée. Mais alors, sous l'effet de l'inertie de la masse- lotte 50, le levier 42 a basculé autour de son axe au moment de l'arrêt de l'arbre 9, le bec 43 s'est dégagé du bec 44 et le moyeu moteur a pu continuer sa course jusqu'à épuisement de son énergie cinétique, réarmant en partie le ressort d'armement.
On peut supposer que la fig. 14 correspond à cette position :limite, le retour en arrière de l'arbre moteur étant em pêché par le cliquet antiretour, non représenté (26 :de la fig. 1).
Si on finit alors de réarmer le ressort en faisant tourner l'arbre moteur :dans le sens de la flèche F, le :levier 42 poursuit sa .course en s'appuyant par le galet 49 sur la périphérie du manchon 20. Il -arrive ainsi dans la position de :la fi-. 15 où il accroche par son bec 46 le bec 23 du levier 24. En accrochant le levier 24, il le repousse vers la gauche à l'extrémité de la course permise ,par la lumière 51.
Tant que le galet 49 se trouvera sur 1-a :périphérie du manchon 20, c'est-à-dire tant que le dis joncteur ne sera pas :déclenché, le levier 24 ise trouvera bloqué dans sa position extrême et on ne pourra .donc pas agir sur lui en vue de libérer le levier 42, c'est-à-dire l'énergie accu mulée dans le ressort 15.
Si, par contre, le disjoncteur déclenche ou revient à la position représentée sur la fig. 12, le .galet 49 tombe dans l'encoche 45, le levier 42 bascule et le levier 24, sous l'action du ressort 47, revient vers la droite à sa position initiale au milieu @de la lumière 51. Il est main tenant de nouveau possible de libérer le levier 42 en vue de l'enclenchement du disjoncteur.
Le dispositif d'accumulation d'énergie mé canique décrit possède entre autres les avan tages suivants : il ne comprend qu'un arbre unique, l'énergie accumulée ne donne lieu prin- cipalement qu'à des poussées dirigées suivant l'axe de cet arbre, celui-ci étant sollicité à la traction et l'ensemble des pièces qui se trou- vent montées sur cet arbre, étant sollicité à la compression.
Les poussées radiales qui s'exercent sur les paliers et portées :des pièces sur l'arbre sont comparativement très faibles. Le nombre .des pièces mises en jeu est faible, ce qui rend le dispositif à la fois économique et peu encombrant.
On a supposé, dans l'exemple choisi pour l'illustration, que le dispositif entraine un dis joncteur. Il va de soi que le dispositif peut trouver toute autre application appropriée, par exemple comme démarreur de moteurs, de ma chines tournantes, atc