FR2488966A1 - V=belt and pulley transmission - has permanent magnets in belt to increase torque exerted by ferromagnetic pulley - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les convertisseurs de couple du type à poulies et courroie permettant une variation continue de vitesse et susceptibles de transmettre un couple élevé.The present invention relates to torque converters of the pulley and belt type allowing continuous speed variation and capable of transmitting high torque.
On sait que les convertisseurs de ce type comportent au moins une poulie à diamètre variable et que, dans ces convertisseurs, la transmission de puissance s'effectue par frottement et non par engrènement , précisément pour permettre la variation continue de vitesse.It is known that converters of this type comprise at least one pulley with variable diameter and that, in these converters, the power transmission is effected by friction and not by meshing, precisely to allow the continuous variation of speed.
Cependant, la transmission d'un couple important au moyen d'une courroie agissant par simple frottement soulève des difficultés et présente de nombreux inconvénients. En effet, les pertes d'énergie sont permanentes et importantes à cause des glissements et il est impossible d'obtenir des rapports de vitesse élevés entre un arbre menant et un arbre mené. De plus, à puissance transmise donnée, un convertisseur à courroie doit présenter un encombrement supérieur à une boite de vitesses hydraulique ou à engrenages.However, the transmission of a large torque by means of a belt acting by simple friction raises difficulties and has many disadvantages. In fact, the energy losses are permanent and significant due to slipping and it is impossible to obtain high speed ratios between a driving shaft and a driven shaft. In addition, at a given transmitted power, a belt converter must have a larger footprint than a hydraulic or gearbox.
Dans de tels convertisseurs de couple, le seul moyen de pouvoir augmenter la puissance transmise est d'augmenter la tension de la courroie. I1 en résulte donc comme conséquence une diminution du rendement mécanique.In such torque converters, the only way to increase the transmitted power is to increase the belt tension. I1 therefore results as a consequence of a reduction in mechanical efficiency.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus en perfectionnant les convertisseurs de couple à courroie pour leur permettre de transmettre un couple élevé, sans pour autant augmenter la tension de la courroie.The object of the present invention is to remedy the drawbacks mentioned above by improving the belt torque converters to enable them to transmit high torque, without increasing the tension of the belt.
A cette fin, selon l'invention, le convertisseur de couple comportant au moins un élément de transmission du type courroie et deux poulies, dont au moins l'une est à diamètre variable, et dans lequel cet élément de transmission et ces poulies sont en contact de frottement, alors qu'au moins celle desdites poulies qui est menante est en une matière ferromagnétique, est remarquable en ce que ledit élément de transmission est pourvu de moyens magnétiques aimantés de façon permanente créant des pôles nord et des pôles sud dans les parois latérales dudit élément de transmission, ces pôles nord et sud coopérant avec les parois latérales de la gorge de la poulie en matière ferromagnétique pour engendrer localement une pression de contact magnétique, indépendante de la tension dudit élément de transmission.To this end, according to the invention, the torque converter comprising at least one transmission element of the belt type and two pulleys, at least one of which is of variable diameter, and in which this transmission element and these pulleys are in friction contact, while at least that of said pulleys which is driving is of a ferromagnetic material, is remarkable in that said transmission element is provided with magnetic means permanently magnetized creating north poles and south poles in the walls lateral of said transmission element, these north and south poles cooperating with the lateral walls of the groove of the pulley made of ferromagnetic material to locally generate a magnetic contact pressure, independent of the tension of said transmission element.
Ainsi, gracie à l'appoint d'une pression de contact supplémentaire d'origine magnétique , on diminue les pertes par frottement et on augmente le rendement mécanique du système de transmission. I1 est donc possible, à masse et encombrement donnés, d'augmenter la puissance transmise, ainsi que le rapport de vitesse extrême entre la poulie menante et la poulie menée.Thus, thanks to the addition of an additional contact pressure of magnetic origin, the friction losses are reduced and the mechanical efficiency of the transmission system is increased. It is therefore possible, with given mass and size, to increase the transmitted power, as well as the extreme speed ratio between the driving pulley and the driven pulley.
On remarquera que les poulies des convertisseurs de couple connus sont généralement en acier, c'est-à-dire en une matière ferromagnétique. Par suite, pour adapter un convertisseur de couple connu aux perfectionnements de la présente invention, il suffit de remplacer son élément de transmission usuel par un élément de transmission pourvu de moyens magnétiques selon l'invention.It will be noted that the pulleys of known torque converters are generally made of steel, that is to say of a ferromagnetic material. Consequently, to adapt a known torque converter to the improvements of the present invention, it suffices to replace its usual transmission element with a transmission element provided with magnetic means according to the invention.
Par le brevet américain N03 208 296 et le brevet français 2 106 729 (70 34339), on contact déjà des dispositifs de transmission du type à poulies et courroie mettant en oeuvre des pressions de contact magnétiques auxiliaires.By the American patent N03 208 296 and the French patent 2 106 729 (70 34 339), contact is already made with transmission devices of the pulley and belt type using auxiliary magnetic contact pressures.
Dans le brevet français NO 2 106 729, on prévoit de réaliser des poulies aimantées et d'incorporer des éléments ferromagnétiques dans la courroie. On voit qu'un tel dispositif ne pourrait être utilisé dans le cas d'un convertisseur de couple à variation continue de vitesse, car il serait pratiquement impossible d'incorporer des aimants permanents dans les poulies à diamètre variable. De toutes façons, il faudrait réaliser spécialement ces poulies à diamètre variable, ce qui augmenterait fortement le coût desdits convertisseurs, alors que selon l'invention, il suffit, pour obtenir un convertisseur selon l'invention, de changer dans un convertisseur connu, la courroie, sans toucher aux autres éléments de ce dernier.In French patent NO 2 106 729, provision is made to produce magnetized pulleys and to incorporate ferromagnetic elements in the belt. It is seen that such a device could not be used in the case of a torque converter with continuously variable speed, since it would be practically impossible to incorporate permanent magnets in the pulleys with variable diameter. In any case, these variable diameter pulleys should be specially made, which would greatly increase the cost of said converters, whereas according to the invention, it is sufficient, in order to obtain a converter according to the invention, to change in a known converter, the belt, without touching the other elements of the latter.
Les modes de réalisation préférés décrits dans le brevet américain N"3 208 296 prévoient de même des poulies aimantées. Toutefois, un exemple de dispositif sans poulie aimantée est également décrit. On remarquera que ce dernier exemple de réalisation ne pourrait être utilisable dans un convertisseur à variation de vitesse, car, le brevet américain N03 208 296 n'envisage que des systèmes à poulie du type cylindre et à courroie plate dans lesquels les forces magnétiques auxiliaires sont radiales par rapport aux poulies. Dans la présente invention au contraire, il est essentiel que ces forces magnétiques auxiliaires soient parallèles à l'axe desdites poulies.The preferred embodiments described in US Pat. No. 3,208,296 likewise provide magnetic pulleys. However, an example of a device without a magnetic pulley is also described. It will be noted that this last exemplary embodiment cannot be used in a converter. with speed variation, because, the American patent N03 208 296 envisages only systems of pulley of the cylinder type and with flat belt in which the auxiliary magnetic forces are radial compared to the pulleys. In the present invention on the contrary, it is essential that these auxiliary magnetic forces be parallel to the axis of said pulleys.
Ainsi, le brevet américain NO 3 208 296 et le brevet français NO 2 106 729 ne pourraient être appliqués à la réalisation d'un convertisseur de couple selon l'invention.Thus, the American patent NO 3,208,296 and the French patent NO 2,106,729 could not be applied to the production of a torque converter according to the invention.
Dans le convertisseur de couple selon l'invention, la courroie peut former un lien continu souple d'un seul tenant dans lequel sont incorporés des éléments aimantés ou bien se présenter sous la forme d'une chaine de maillons articulés, dont chacun d'eux comporte ou est constitué par un élément aimanté. In the torque converter according to the invention, the belt can form a flexible continuous link in one piece in which are magnetized elements or else be in the form of a chain of articulated links, each of which includes or consists of a magnetic element.
De préférence, la courroie selon l'invention,présente une section trapézoldale et chaque élément aimanté présente un pôle sud sur l'une des faces obliques de la courroie et un pôle nord sur l'autre desdites faces obliques de celle-ci, tous les pâles sud étant sur une face oblique de la courroie et tous les pôles nord étant sur l'autre desdites faces obliques. Ainsi, lorsqu'un élément aimanté arrive au contact des faces obliques de la gorge de la poulie correspondante, les lignes de forces magnétiques se referment d'une face oblique de la gorge à l'autre, à travers ladite poulie, engendrant une force d'attraction importante qui presse la courroie contre ladite gorge.Preferably, the belt according to the invention has a trapezoidal section and each magnetized element has a south pole on one of the oblique faces of the belt and a north pole on the other of said oblique faces of the latter, every pale south being on an oblique face of the belt and all the north poles being on the other of said oblique faces. Thus, when a magnetic element comes into contact with the oblique faces of the groove of the corresponding pulley, the lines of magnetic forces close from one oblique face of the groove to the other, through said pulley, generating a force d important attraction which presses the belt against said groove.
Les éléments aimantés peuvent être constitués par des fils ou des plots transversaux à ladite courroie ou par des blocs dont chacun d'eux forme un maillon d'une chaine. Dans ce cas, il est avantageux qu'un tissage textile ou métallique amagnétique longitudinal soit entrelacé avec lesdits éléments aimantés transversaux.The magnetized elements can be constituted by wires or studs transverse to said belt or by blocks, each of which forms a link in a chain. In this case, it is advantageous for a longitudinal non-magnetic textile or metallic weaving to be interlaced with said transverse magnetic elements.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.The figures of the appended drawing will make it clear how the invention can be implemented.
La figure 1 illustre schématiquement un convertisseur de couple à vitesse variable, en transmission démultipliée.FIG. 1 schematically illustrates a variable speed torque converter, in gear reduction.
La figure 2 est une coupe schématique suivant la ligne
II-II de la figure 1.Figure 2 is a schematic section along the line
II-II of Figure 1.
La figure 3 illustre schématiquement un convertisseur de couple à vitesse variable, en transmission surmultipliée.FIG. 3 schematically illustrates a variable speed torque converter in overdrive transmission.
La figure 4 est une coupe schématique suivant la ligne IV-IV de la figure 1. Figure 4 is a schematic section along the line IV-IV of Figure 1.
La figure 5 illustre le principe de la présente invention.Figure 5 illustrates the principle of the present invention.
La figure 6 est une coupe longitudinale partielle d'un premier mode de réalisation de courroie pour le convertisseur selon l'invention.Figure 6 is a partial longitudinal section of a first embodiment of the belt for the converter according to the invention.
La figure 7 est une coupe transversale selon la ligne
VII-VII de la figure 6.Figure 7 is a cross section along the line
VII-VII of figure 6.
La figure 8 est une coupe longitudinale partielle d'un second mode de réalisation de courroie pour le convertisseur selon l'invention.Figure 8 is a partial longitudinal section of a second embodiment of the belt for the converter according to the invention.
La figure 9 est une coupe transversale selon la ligne IX-IX de la figure 8.FIG. 9 is a cross section along the line IX-IX of FIG. 8.
La figure 10 est une coupe longitudinale selon la ligne X-X de la figure 8.FIG. 10 is a longitudinal section along the line X-X in FIG. 8.
La figure 11 est une vue de face partielle d'un troisième mode de réalisation de courroie pour le convertisseur selon l'invention.Figure 11 is a partial front view of a third embodiment of the belt for the converter according to the invention.
La figure 12 est une vue selon la ligne XII-XII de la figure 11.Figure 12 is a view along the line XII-XII of Figure 11.
La figure 13 est une coupe selon la ligne XIII-XIII de la figure 11.Figure 13 is a section along line XIII-XIII of Figure 11.
Sur ces figures, des références identiques désignent des eléments semblables.In these figures, identical references designate similar elements.
Le convertisseur de couple à variation continue de vitesse, montré schématiquement par les figures 1 et 3, comporte une poulie menante 1 et une poulie menée 2 reliées par une courroie de transmission 3.The continuously variable torque converter, shown diagrammatically in FIGS. 1 and 3, comprises a driving pulley 1 and a driven pulley 2 connected by a transmission belt 3.
Chacune des poulies 1 et 2 présente une structure connue, non représentée en détail, lui permettant de faire varier le diamètre de sa gorge : à cet effet, comme illustré schématiquement sur les figures 2 et 4 à propos de la poulie menée 2, chacune des poulies 1 et 2 peut être constituée de deux flasques coniques 4 et 5, qui s'interpénètrent et dont l'écartement axial est variable.Each of the pulleys 1 and 2 has a known structure, not shown in detail, allowing it to vary the diameter of its groove: for this purpose, as illustrated diagrammatically in FIGS. 2 and 4 with regard to the driven pulley 2, each of the pulleys 1 and 2 can consist of two conical flanges 4 and 5, which interpenetrate and whose axial spacing is variable.
Dans le cas de la figure 1, le diamètre de la gorge de la poulie menante 1 est supérieur à celui de la gorge de la poulie menée 2, de sorte qu'il s'agit d'une transmission démultipliée. Inversement, dans le cas de la figure 3, le diamètre de la gorge de la poulie menante 1 est plus petit que celui de la gorge de la poulie menée 2, de sorte qu'il s'agit dlune transmission surmultipliée.In the case of FIG. 1, the diameter of the groove of the driving pulley 1 is greater than that of the groove of the driven pulley 2, so that it is a gear reduction. Conversely, in the case of FIG. 3, the diameter of the groove of the driving pulley 1 is smaller than that of the groove of the driven pulley 2, so that it is an overdrive transmission.
La force tangentielle F transmise par un tel système est égale à la différence des tensions respectives T et T' du brin menant et du brin mené de la courroie 3. Par suite, si la poulie menante 1 fournit le même couple dans les deux cas des figures 1 et 3, la force F sera plus faible dans le cas de la figure 1 que dans le cas de la figure 3, puisqu'alors le rayon de la gorge de la poulie 1 est plus grand dans le système de la figure 1 que dans le système de la figure 3. Ainsi, en transmission surmultipliée (figure 3), la force F à transmettre est plus grande, de sorte que dans ce cas le fonctionnement du système 1, 2, 3 est moins satisfaisant pour les raisons expliquées ci-dessus. The tangential force F transmitted by such a system is equal to the difference of the respective tensions T and T 'of the driving strand and the driven strand of the belt 3. Consequently, if the driving pulley 1 provides the same torque in both cases of Figures 1 and 3, the force F will be lower in the case of Figure 1 than in the case of Figure 3, since then the radius of the groove of the pulley 1 is greater in the system of Figure 1 than in the system of FIG. 3. Thus, in overdrive transmission (FIG. 3), the force F to be transmitted is greater, so that in this case the operation of the system 1, 2, 3 is less satisfactory for the reasons explained above. -above.
De plus, on sait que la tension T est égale à
T = T' e f désignant le coefficient de frottement; il en résulte que F = T-T'=T(1- f ) , c'est-à-dire que la valeur
e de la force F varie en fonction directe de l'angle d'enroulement a . Le couple transmis est donc fortement influencé par la valeur de l'angle d'enroulement a. Comme dans le cas de la figure 1, l'angle d'enroulement X prend une valeur al supérieure à celle a2 du système de la figure 3, on voit que ce dernier système n'est pas susceptible de transmettre des couples aussi élevés que le système de la figure 1.In addition, we know that the voltage T is equal to
T = T 'ef denoting the coefficient of friction; it follows that F = T-T '= T (1- f), that is to say that the value
e of the force F varies as a direct function of the winding angle a. The transmitted torque is therefore strongly influenced by the value of the winding angle a. As in the case of Figure 1, the winding angle X takes a value al greater than that a2 of the system of Figure 3, we see that the latter system is not likely to transmit torques as high as the Figure 1 system.
Ainsi, ces quelques remarques montrent que, toutes choses étant égales par ailleurs, les rapports de vitesse élevés ne bénéficient pas de conditions favorables. I1 en résulte que, lorsque le coefficient de frottement f, l'angle d'enroulement a et la vitesse de la poulie menante 1 sont donnés, le seul moyen d'augmenter la puissance transmise, sans augmenter l'encombrement, est d'augmenter la tension de courroie T, ce qui se fait au détriment du rendement mécanique.Thus, these few remarks show that, all other things being equal, the high speed ratios do not benefit from favorable conditions. I1 follows that, when the coefficient of friction f, the winding angle a and the speed of the driving pulley 1 are given, the only way to increase the transmitted power, without increasing the bulk, is to increase belt tension T, which is to the detriment of mechanical efficiency.
Pour augmenter la force transmissible F, sans augmenter la tension de-courroie T, la présente invention prévoit une attraction magnétique locale entre la couroie 3 et au moins la poulie 1.To increase the transmissible force F, without increasing the belt tension T, the present invention provides a local magnetic attraction between the belt 3 and at least the pulley 1.
Par exemple, dans le cas où la poulie est enmétal ou alliage métallique magnétique, on réalise ladite courroie de façon qu'elle comporte des éléments aimantés susceptibles d'appliquer ladite courroie contre les parois de la gorge de poulie. Comme le montre la figure 5 dans le cas d'une courroie trapézoidale 3 coopérant avec une poulie 6 à gorge fixe, la courroie 3 est telle que sur l'une de ses faces obliques 7 apparaissent des pôles magnétiques sud S et sur son autre face oblique 8 des pôles magnétiques nord N
Ainsi, la poulie 6 étant en une matière magnétique, les lignes de forces magnétiques 9 se ferment, de la face 8 à la face 7, à travers ladite poulie, ce qui engendre l'attraction magnétique recherchée et donc l'application des faces obliques 7 et 8 de la courroie 3 contre les faces obliques correspondantes 10 et 11 de la gorge 12 de la poulie 6.On peut ainsi facilement obtenir une pression de contact d'origine magnétique de plusieurs bars au moins égale à la pression engendrée par la tension de la courroie.For example, in the case where the pulley is made of metal or magnetic metal alloy, said belt is produced so that it includes magnetic elements capable of applying said belt against the walls of the pulley groove. As shown in FIG. 5 in the case of a trapezoidal belt 3 cooperating with a pulley 6 with a fixed groove, the belt 3 is such that on one of its oblique faces 7 appear magnetic poles south S and on its other face oblique 8 of the north magnetic poles N
Thus, the pulley 6 being made of a magnetic material, the magnetic force lines 9 close, from face 8 to face 7, through said pulley, which generates the desired magnetic attraction and therefore the application of the oblique faces 7 and 8 of the belt 3 against the corresponding oblique faces 10 and 11 of the groove 12 of the pulley 6. It is thus easy to obtain a contact pressure of magnetic origin of several bars at least equal to the pressure generated by the tension of the belt.
Dans le mode de réalisation des figures 6 et 7, la courroie 3 est réalisée en une matière élastomère armée 13, dans laquelle sont incorporés des tronçons de fils aimantés 14. Chacun des tronçons de fils aimantés 14 est transversal à la courroie 3 et affleure les faces obliques 7 et 8 de celle-ci. Dans le plan de la face oblique 7, les extrémités des fils 14 forment toutes un pôle sud, tandis que dans le plan de la face obligue 8 , les extrémités des fils 14 forment toutes un pôle nord. Les tronçons de fils 14 peuvent être répartis en plusieurs couches longitudinales.L'armature de la matière élastomère 13 est constituée au moins en partie par un tissage textile ou métallique amagnétique longitudinale 16, entrelacé avec lesdits fils 14.In the embodiment of Figures 6 and 7, the belt 3 is made of a reinforced elastomeric material 13, in which are incorporated sections of magnetized wires 14. Each of the sections of magnetized wires 14 is transverse to the belt 3 and is flush with the oblique faces 7 and 8 thereof. In the plane of the oblique face 7, the ends of the wires 14 all form a south pole, while in the plane of the forced face 8, the ends of the wires 14 all form a north pole. The sections of threads 14 can be divided into several longitudinal layers. The frame of the elastomeric material 13 is formed at least in part by a non-magnetic longitudinal or textile weaving 16, interlaced with said threads 14.
Dans le mode de réalisation des figures 8, 9 et 10, les tronçons de fils 14 sont remplacés par des plots magnétiques transversaux 15, noyés dans l'élastomère 13.In the embodiment of FIGS. 8, 9 and 10, the sections of wires 14 are replaced by transverse magnetic pads 15, embedded in the elastomer 13.
Dans ce cas, les pôles nord et sud créés par ces plots 15 dans les faces obliques 7 et 8 sont moins nombreux, mais leurs surfaces sont plus grandes que dans le mode de réalisation des figures 6 et 7. Des fils d'armature 16 sont égalemrXnt prévus pour renforcer la courroie 3.In this case, the north and south poles created by these studs 15 in the oblique faces 7 and 8 are less numerous, but their surfaces are larger than in the embodiment of FIGS. 6 and 7. Reinforcing wires 16 are also provided to reinforce the belt 3.
Les figures 11, 12 et 13 illustrent un autre mode de réalisation, selon lequel la courroie 3 est réalisée sous la forme d'une chaîne dont chaque maillon est constitué d'un bloc aimanté pyramidal 17;les blocs 17 sont articulés entre eux au moyen de barrettes longitudinales 18, tournant librement autour d'axes transversaux 20, liés auxdits blocs. Les blocs 17 sont aimantés de façon que des pôles sud apparaissent sur leur face oblique 7 et des pôles nord sur leur face oblique 8.Figures 11, 12 and 13 illustrate another embodiment, according to which the belt 3 is produced in the form of a chain, each link of which consists of a pyramidal magnetic block 17; the blocks 17 are hinged together by means of longitudinal bars 18, freely rotating around transverse axes 20, linked to said blocks. The blocks 17 are magnetized so that south poles appear on their oblique face 7 and north poles on their oblique face 8.
Bien entendu, les aimants 14, 15 ou 17 doivent être suffisamment indémagnétisables en fonction des conditions d'emploi du système de transmission. La plupart du temps, on pourra utiliser des aimants à base de fer cependant, dans les cas nécessitant une grande fiabilité on utilisera des aimants au samarium-cobalt. On pourra recouvrir au moins les surfaces de frottement 7 et 8 d'une pel- licule résistant à l'usure, protégeant les aimants et leur magnétisation. Ainsi, l'épaisseur de cette
pellicule (non représentée sur les dessins) laisserait subsister un léger entrefer entre la courroie et les poulies. Bien entendu, cette pellicule pourrait enrober complètement la courroie et non pas recouvrir uniquement les faces latérales obliques 7 et 8 de celle -ci. Of course, the magnets 14, 15 or 17 must be sufficiently non-magnetizable depending on the conditions of use of the transmission system. Most of the time, iron-based magnets can be used, however, in cases requiring high reliability, samarium-cobalt magnets will be used. At least the friction surfaces 7 and 8 can be covered with a wear-resistant film protecting the magnets and their magnetization. So the thickness of this
film (not shown in the drawings) would leave a slight gap between the belt and the pulleys. Of course, this film could completely coat the belt and not cover only the oblique side faces 7 and 8 thereof.
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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FR2488966B1 (en) | 1986-02-21 |
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