FR2467970A1 - Moteur a fluide sous pression actionnant un rotor a palettes - Google Patents

Abstract

Moteur dont la structure interne est analogue à celle d'une pompe à palettes. Les palettes 22 de ce moteur sont logées chacune dans une rainure 21 de son rotor 3. Ce dernier forme intérieurement par ailleurs des conduits 23 dont chacun fait communiquer le compartiment compris entre deux palettes voisines avec le fond de la rainure 21 qui contient celle de ces deux palettes qui se déplace devant l'autre, de sorte que ce fluide exerce une pression plus forte sur les bases des palettes d'amont que sur celles des palettes d'aval. Application notamment aux moteurs d'instruments portatifs pneumatiques tels que perceuses, meuleuses ou fraiseuses dentaires.

Description

La présente invention concerne le perfectionnement des moteurs dont la structure est analogue à celle d'une pompe à palettes et qui sont actionnés par un fluide moteur, par exemple de l'air, de l'huile ou de l'eau sous pression. Un tel moteur se distique de ceux du type à mouvement alternatif, à piston ou à turbine et, comporte notamment le logement cylindrique d'un rotor dont l'axe de rotation est décalé par rapport au sien, de sorte qu'ils délimitent entie eux une chambre à section droite en forme de croissant, chambre dans laquelle des palettes rayonnantes, capables de sortir partiellement du rotor puis d'y rentrer en glissant en permanence contre la paroi du logement, emprisonnent entre elles le fluide moteur qui, entrant dans ce dernier par un premier orifice et en sortant par un second orifice, fait ainsi tourner lerotor par l'intermé- diaire de ses palettes rayonnantes.

Selon le fluide moteur utilisé de tels moteurs se classent en moteurs pneumatiques utilisant de l'air comprimé, ou en moteurs hydrauliques à huile ou à eau sous pression, comme les moulins à eau. L'invention peut s'appliquer à n'importe lequel de ces moteurs. D-ans les moteurs de ce type, le fluide, par exemple de l'air compris, entre dans la chambre précitée par une de ses extrémités et, en circulant contre la surface périphérique du rotor, fait partiellement sortir de ce dernier ses palettes en exerçant sur elles une pression qui le fait tourner. La force centrifuge résultant de cette rotation tend alors à faire davantage sortir du rotor ses palettes qui effectuent sans arrêt une révolution en frottant contre la paroi intérieure de son logement cylindrique.

Les inconvénients des moteurs de ce type sont d'abord qu'ils démarrent difficilement et qu'ensuite ils n'exercent qu'un couple moteur trop faible là où le fluide n'exerce qu'une pression basse ou très basse.

Dans ces dernières conditions en particulier, la force qui tend à faire sortir du rotor ses palettes rayonnantes est trop faible pour assurer le démarrage correct du moteur, et du fait de la trop faible vitesse de rotation de son rotor la force centrifuge qui tend à faire sortir davantage ces palettes est insuffisante pour qu'elles entrent convenablement en contact étanche avec le logement cylindrique de ce rotor. Les fuites de fluide qui en résultent ne permettent pas de faire exercer un couple suffisant par l'arbre que mène le moteur, de sorte cue ce dernier cale dès qu'une résistance s'oppose à la rotation de cet arbre.

En particulier, dans les moteurs pneumatiques dont le cylindre est rempli de lubrifiant, la résistance quis'oppose au déplacement radial des palettes dans les rainures du rotor, du fait ce la viscosité de ce lubrifiant1 réduit les forces qui tendent à faire sortir radialement les palettes du rotor.

Pour accroître la force qui tend à faire sortir du rotor ses palettEs rayonnantes, on a essayé d'élargir l'intervalle compris entre chaque palette 122 et les flancs de la rainure 121 qui la contient, comme le montre la figure 4 sur les dessins annexés. Mais le fluide qui entre alors dans le logement du rotor par son orifice d'entrée 111 pénètre dans cette rainure 121 en poussant la palette 122 contre le flanc opposé 121' de cette rainure, ce qui, au lieu de l'augmenter, diminue la force précitée et par conséquent l'étanchéité du contact entre la palette et le logement du rotor.De plus, à mesure que chaque palette 122 rentre dans la rainure correspondante 121 en se rapprochant de l'orifice 112 de sortie du fluide, leurs axes respectifs ne coincident plus et l'un 121" des bords de l'orifice de la rainure vient frotter contre le flanc correspondant 122' de la palette, ce qui a pour effet de faire comrrimer par la palette qui s' enfonce dans la rainure le fluide qui remplit le fond de cette dernière 121. Comme le montre la figure en question, cette structure a pour effet de renforcer encore les facteurs qui interviennent pour réduire la puissance du moteur.

La présente invention cherche à supprimer les incon vénients précités au moyen d'un moteur perfectionné du type considéré, c'est-à-dire qui démarre mieux que ceux de la technique antérieure et dont les palettes sont en contact plus étanche avec le logement du rotor, et cela même si le moteur tourne à faible ou très faible vitesse. En d'autres termes, le moteur à palettes selon l'invention peut être mené par un fluide sous basse ou très basse pression tout en démarrant très bien et sans perdre de puissance.

Le moteur selon l'invention est caractérisé en ce que ses palettes sont logées chacune dans une rainure de son rotor, qui forme intérieurement par ailleurs des conduits dont chacun fait communiquer le compartiment compris entre deux rainures voisines avec le fond de celle de ces dernières qui se déplace devant l'autre dans le sens de rotation du rotor, de sorte que ce fluide exerce une pression plus forte sur les bases des palettes de derrière (côté entrée du fluide) que sur celles des palettes de devant (côté sortie du fluide).

I1 est aussi possible de faire communiquer le compartiment et la rainure précités au moyen de plusieurs conduits au lieu d'un seul. Dans le second cas, ce conduit communique longitudinalement avec la rainure dans sa région médiane, tandis que dans le premier cas les conduits en question sont séparés les uns des autres par des intervalles égaux.

Les applications industrielles du moteur selon l'invention sont nombreuses. I1 peut être utilisé dans divers instruments motorisés tels que des perceuses et des meuleuses de petites et de grandes dimensions, ainsi que pour des applications médicales, par exemple pour mener des fraises dentaires.

n exemple nullement limitatif de l'invention sera décrit plus en détail en regard des dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 est une coupe longitudinale d'un moteur pneumatique selon l'invention ;
la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue éclate en perspective des éléments du même moteur ; et
la figure 4, analogue à la figure 2, met en évidence les inconvénients des moteurs analogues de la technique anté rieur.

Sur la figure 1, la référence A désigne un instrument motorisé pneumatique, la référence 1 le petit boîtier cylindrique coulé de cet instrument, la référence 2 le logement cylindrique de son rotor 3. 1à référence 4 une pièce de retenue, la référerce 5 le tube d'alimentation en air comprimé de l'appareil et la référence 6 le mandrin de ce dernier.

Le boîtier 1 est intérieurement partagé dans le sens de sa longueur en deux compartiments coaxiaux et de capacités comparables, l'un antérieur (a) et l'autre postérieur (b) , ce dernier ayant une section circulaire alors que la paroi intérieure du premier (a) forme sur toute sa longueur des nervures 7 dont les profondeurs respectives sont différentes et qui délimitent dans le boîtier 1 un espace cylindrique 8 dont l'axe est décalé par rapport à celui du boîtier 1 et par conséquent de son compartiment postérieur (b).

Par conséquent, le compartiment antérieur a est constitué de l'espace cylindrique et excentrique 8 précité que bordent d'une part les crêtes des nervures 7 et d'autre part les orifices des rainures qui séparent ces nervures les unes des autres. Les profondeurs de ces nervures 7 étant différentes, celles des rainures qui les séparent sont salement différentes.

Parmi les plus profondes des rainures axiales précitées certaines font fonction de conduits 9 d'alimentation en air comprimé et les autres font fonction de conduits 10 d'évacuation de cet air (voir figure 2).

Le cylindre 2 du moteur s'emboîte exactement dans l'espace cylindrique 8 précité, et sa paroi latérale est percée d'un orifice 11 par lequel y pénètre l'air comprimé et qui peut communiquer avec plusieurs des conduits d'alimentation 9, ainsi que d'un orifice 12 par lequel sort le courant d'air qui y est entré précédemment, cet orifice 12 pouvant communiquer avec plusieurs des conduits précités 10 d'évacuation.

La surface périphérique du cylindre 2 forme une rainure 13 parallèle à l'axe de ce cylindre > rainure dans laquelle s'emboîte une nervure interne 7' du boîtier 1. Pour le mettre en place, on enfile donc le cylindre 2 dans l'espace cylindrique 8 précité en faisant coulisser la nervure interne 7' du boîtier 1 dans la rainure 13 du cylindre 2, ce qui a pour effet d'une part d'empêcher ce dernier 2 de tourner et d'autre part de placer convenablement ses orifices d'entrée 11 et de sortie 12 en face des conduits d'alimentation 9 et d'évacuation 10 formés intérieurement par le boîtier 1.

La pièce 4 de retenue emboîtée dans le compartiment postérieur (b) du boîtier 1 maintient le cylindre 2 en place en exerçant une pression contre son extrémité postérieure. Cette pièce 2 est elle-mme maintenue en place par le cylindre tubulaire 5 qui, enfilé dans le compartiment postérieur (b), est assujetti au boîtier 1 au moyen d'un capuchon 14 vissé dans ce dernier. Les éléments 4 et 5 précités forment intérieurement des conduits d'alimentation, 15 et 16 respectivement, qui communiquent avec ceux, 9, formés par le boîtier 1, ainsi que des conduits d'évacuation. 17 et 18 respectivement, qui communiquent avec ceux 10 formés par ce même boîtier. Les extrémités postérieures respectives des conduits 16 et 18 précités sont reliées à deux tuyaux souples, l'un 16' d'alimentation en air comprimé et l'autre 18' de vidange.Les conduits d'alimentation 16', 16, 15 et 9 font passer un courant d'air dans le cylindre 2 par son orifice d'admission 11, et cet air sort par l'orifice 12 de ce cylindre pour être évacué par les conduits 10 17, 18 et le tuyau 18'.

Le cylindre 2 contient le rotor 3 qui y tourne autour d'un axe décalé par rapport au sien et coincidant avec celui de deux arbres coaxiaux 3' et 3" celui partent chacun d'une de ses extrémités opposées en tourillonnant dans des roulements 19 et 19' dont l'axe coricide avec celui du boîtier 1. Du fait de ce décalage entre les axes respectifs du rotor 3 et de son logement cylindrique 2, ils délimitent entre eux une chambre 20 dont la section droite a la forme d'un croissant et dont une extrémité communique par l'orifice 11 vec les conduits d'alimentation 9 tandis que son autre extrémité communique par l'orifice 12 avec les conduits d'évacuation 10.

Dans le rotor 3 sont ménagées, sur toute sa longueur, d'étroites rainures périphériques rayonnantes 21 qui, convera- blement espacées, sont destinées à contenir des palettes coulissantes 22. Le prolongement radial de ces rainures 21 se dirige vers le centre du rotor 3. Cela signifie que ces prolongements peuvent , ou non, traverser l'axe du rotor 3.

Les palettes 22 sont de minces plaques en résine synthétique que la rotation du rotor 3 fait sortir des rainures 21 qui les contiennent de façon à les faire frotter contre la surface interne du cylindre 2.

Dans le rotor 3 sont également ménagés des canaux ou conduits 23 dont chacun fait communiquer un compartiment de la chambre 20 compris entre deux rainures voisines 21 avec le fond de celle de ces dernières qui est devant l'autre, c'est-à-dire du côté de l'orifice d'évacuation 12. En d'autres termes, le fond de chaque rainure 21 communique avec le conduit ou canal 23 qui débouche en arrière de cette rainure dans la surface périphérique du rotor, de sorte que l'air que contient le compartiment de la chambre 20 qui est compris entre deux palettes voisines 22 vient par le canal 23 correspondant exercer une pression sur la base de celle des deux palettes précitées qui est le plus en aval, c'est-à-dire devant l'autre dans le sens de rotation du rotor.

Comme le montre en l'occurrence la figure 3, il n'existe entre deux rainures voisines 21 qu'un seul conduit 23 qui fait communiquer le fond de la région médiane d'une de ces rainures avec le fond d'une dépression 24 qui entoure l'orifice de ce canal 23 dans la surface périphérigue du rotor.

Ces dépressions 24 sont destinées à faciliter le passage dans les canaux 23 de l'air comprimé qui entre dans le cylindre 2 par ses orifices d'admission 11.

I1 est toutefois possible aussi de percer dans le rotor, entre deux rainures voisines 21, plusieurs canaux 23 qui font communiquer en même temps les orifices 11 avec celle de ces deux dernières qui est devant l'autre.

Lorsque l'air comprimé 30 refoulé sur le trajet précité vers le conduit 9 d'alimentation pénètre par les orifices d'admission 11 du cylindre 2 dans une des extrémités de la chambre interne 20 de ce cylindre, une partie 3C' de ce courant d'air passe par chacun des canaux 23 correspondants au fond des rainures 21 situées en aval en exerçant ainsi sur la base des palettes 22 correspondantes une pression qui les fait momentanément "flotter", c'est-à-dire sortir en partie de ces rainures 21 et entrer étroitement en contact avec la-paroi interne du cylindre 2. Par suite, même si l'air est faiblement ou très faiblement comprimé, la pression qu'il exerce sur la base des palettes 22 est suffisante pour chasser ces dernières des rainures 21, de sorte que le moteur A démarre mieux.

En outre, même si le rotor 3 tourne à faible ou très faible vitesse et si la force centrifuge qui s'exerce sur les palettes après le démarrage du moteur est donc faible, le courant d'air qui passe par les canaux 23 pousse radialement ces palettes vers l'extérieur entre le moment où chacune d'elles aborde l'orifice d'admission 11 et celui où elle aborde l'orifice d'évacuation 12, ce qui rend plus étanche le contact de ces palettes 22 avec la paroi interne du cylindre 2 et accroit donc le couple moteur qui fait tourner l'outil mené par l'arbre 3' du rotor 3 malgré la résistance qui freine sa rotation.

Dès que chaque palette 22 parvient en face de l'ori- fice d'évacuation 12, l'air comprimé 30' et 30, que contiennent respectivement le canal correspondant 23 et le compartiment de la chambre 20 qui se trouve derrière la palette considérée, commence à sortir par cet orifice 12, ce qui fait chuter la pression au fond de la rainure 21 qui contient cette palette.

Par conséquent, au moment où la rotation du rotor 3 fait rentrer chaque palette 22 dans la rainure correspondante 21 à proximité de l'orifice d'évacuation 12 du cylindre, la résistance que l'air comprimé 30' pourrait opposer à ce mouvenent cesse de s'exercer, ce qui évite une baisse de rendement du moteur.

La force motrice du moteur A est transmise par l'arbre mené 3' du rotor 3 et par le mandrin 6 à l'outil 25 d'usinage ou à rôle thérapeutique que contient ce mandrin.

I1 s'avère à l'usage que pour faire exercer au moteur pneumatique précité A un couple silffisant sur une fraise dentaire ou à usage industriel, il suffit de l'alimenter en air comprimé à 25 x 10 Pa et de faire tourner le rotor à 2 000 tr/ min.

Pour résumer ce qu'on vient de décrire, du fait que le rotor du moteur selon l'invention comporte des conduits ou canaux dont chacun fait communiquer, entre deux voisines de ses palettes rayonnantes et radialement mobiles, la chambre dans laquelle il tourne avec le fond du lcgement de celle de ces deux palettes qui est devant l'autre dans le sens de rotetion de ce rotor, le fluide comprimé que contient cette chambre exerce sur la base de chaque palette une pression qui tend à la faire sortir radialement devon logement et à la faire entrer en contact plus étanche avec la paroi interne du logement cylindrique du rotor, et cela jusqu'à ce que la palette considérée parvienne en face de l'orifice par- lequel le fluide sort de la chambre après avoir fait tourner le rotor.La pression précite cesse alors automatiquement de s'exercer sur la palette en question qui peut donc rentrer librement dans son logement sans freiner le mouvement de rotation du rotor.

En augmentant ainsi la force qui tend à faire sortir chaque palette de son logement, le dispositif selon l'invention assure non seulement un bon démarrage du moteur même si la pression du fluide qui l'alimente et faible ou très faible, c'est-à-dire même s'il tourne lentement ou très lentement, mais encore un très bon rendement de ce moteur en améliorant l'étanchérit du contact entre les palettes de son rotor et le logement de ce dernier ainsi qu'en réduisant au bon moment les forces qui tendent' à freiner cette rotation. En particulier, toute résistance qui tend extérieurement à freiner la rotation du rotor a pour effet d'améliorer encore l'étanchéité de ce contact entre les palettes et le logement du rotor, c-e qui renforce alors le couple moteur du rotor.

I1 est évident que si le fluide qui alimente le moteur est sous forte pression, cela ne diminue en rien les avantages précités du moteur selon l'invention.

I1 va de soi que sans sortir du cadre de l'invention de nombreuses modifications peuvent être apportées au moteur décrit et représenté.

Claims (1)

1. REVENDICATION

   Moteur comportant le logement cylindrique (2) d'un rotor (3) dont les axes respectifs sont décalés de facon à leur faire délimiter entre eux une chambre (20) à section droite en forme de croissant, chambre dans laquelle des palettes rayonnantes (22), logées dans le rotor et capables d'en sortir partiellement puis d'y rentrer en glissant en permanence contre la paroi du logement (2), emprisonnent entre elles un fluide moteur qui, entrant dans ce dernier (2) par un premier orifice (11) et en sortant par un second orifice (12), fait ainsi tourner le rotor par l'intermédiaire de ses palettes, ce moteur étant caractérisé en ce que les palettes (22) sont logées chacune dans une rainure (21) du rotor qui forme intérieurement par ailleurs des conduits (23) dont chacun fait communiquer la partie de la chambre (20! qui est comprise entre deux rainures voisines avec le fond de celle de ces dernières (21) qui se déplace devant l'autre, de sorte que ce fluide exerce une pression plus forte sur les bases des palettes plus rapprochées de l'orifice d'entrée (11) que de l'orifice de sortie (12).