FR2749631A1

FR2749631A1 - Controlled inertia mechanism to deliver variable force and torque

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Publication number: FR2749631A1
Application number: FR9607378A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-12
Anticipated expiration: 2016-06-07
Also published as: FR2749631B1

Abstract

The inertial mechanism has a generator of unidirectional vibrations (1) with variable masses, driven by a motor (3). The vibration generator is coupled (5) to a phase offset controller (6), which is fixed to a plate (8) attached (9) to the vehicle or other machine that uses the mechanism. The phase offset acts during each revolution of the mechanism and in synchronism with the motor so as to modify the amplitude of the vibration, while not generating any vibrational force over a given period in each rotation, so that the average force over a revolution is non-zero.

Description

L'invention se rattache au secteur technique des équipements et matériels générateurs de forces destinés à mouvoir, porter, tracter, mettre en vitesse les corps sur lesquels elle s'exercent, ces forces pouvant être linéaires ou rotatives. The invention relates to the technical sector of equipment and materials generating forces intended to move, carry, tow, speed up the bodies on which it is exerted, these forces being able to be linear or rotary.

L'invention concerne un générateur d'effort mécanique à inertie obtenu par variation continue et synchronisée des déphasages des balourds vibrants. The invention relates to a mechanical force generator with inertia obtained by continuous and synchronized variation of the phase shifts of the vibrating unbalances.

Cette invention n'a pas, à notre connaissance, de précédent et s'applique à des domaines tant militaires que civils, puisqu'elle permet de mettre en mouvement de façon linéaire, ou en rotation, toute masse. To the best of our knowledge, this invention has no precedent and applies to both military and civil fields, since it makes it possible to set in motion linearly, or in rotation, any mass.

A cette application consistant à déplacer toute masse dans l'espace de façon indépendante, correspond des applications tels que motorisation et propulsion d'engin ou structure portante. This application consisting in moving any mass in space independently, corresponds to applications such as motorization and propulsion of the machine or supporting structure.

L'association de plusieurs systèmes, objet de l'invention, permet à la fois de vaincre l'action de la pesanteur, et diriger les éléments dans toute direction désirée. The association of several systems, object of the invention, makes it possible both to overcome the action of gravity, and to direct the elements in any desired direction.

De façon plus spécifique, cette invention s'applique à l'industrie et offre des moyen, d'entraînement de machine avec contrôle de la vitesse et du couple d'entrainement, ce contrôle pouvant être continu et asservi, et peut dans la plupart des cas remplacer les boites de vitesse tout en permettant à la fois une variation de vitesse à couple constant ou à couple variable, les variations, soit de vitesse, soit de couple, se faisant sans embrayages et en fonctionnement. More specifically, this invention applies to industry and provides means for driving the machine with control of the speed and of the drive torque, this control being able to be continuous and controlled, and can in most of the replace the gearboxes while allowing both a speed variation with constant torque or variable torque, the variations, either speed or torque, being done without clutches and in operation.

Dans ce cas précis, il s'agit d'organes moteurs à vitesse et couple variable obtenu par action en marche sur des masses balourdées et de leur vitesse d'entraînement. In this specific case, they are variable speed motor members and torque obtained by running action on unbalanced masses and their drive speed.

Selon une première caractéristique, le dispositif destiné à produire des forces et couples mécaniques à inertie et d contrôle d'intensité et de vitesse est remarquable en ce qu'il consiste à positionner sur un même chassis : un organe moteur, un générateur de vibration unidirectionnelle à balourds variables. un système de déphasage. et de supprimer la vibration pendant une certaine durée par tour du vibrateur
Cctte suppression de vibration se fait en intervenant sur le système de déphasage et a pour effet. à chaque rotation, de ne pas produire de force dans un seul sens. La force globale moyenne générée par le su stère est donc positive et sollicite le chassis.According to a first characteristic, the device intended to produce mechanical forces and couples with inertia and with intensity and speed control is remarkable in that it consists in positioning on the same chassis: a motor member, a unidirectional vibration generator with variable unbalances. a phase shift system. and remove the vibration for a certain period of time per revolution of the vibrator
This vibration suppression is done by intervening on the phase shift system and has the effect. at each rotation, not to produce force in one direction. The average overall force generated by the ster is therefore positive and stresses the chassis.

Afin de répéter rigoureusement la même action de déphasage à chaque tour, le système de déphasage est synchronisé avec le moteur d'entraînement du vibrateur. In order to rigorously repeat the same phase shift action on each revolution, the phase shift system is synchronized with the vibrator drive motor.

Selon une autre caractéristique, le dispositif est remarquable en ce qu'il utilise un générateur dc vibration multidirectionnelle à balourds variables. According to another characteristic, the device is remarkable in that it uses a multidirectional vibration generator with variable unbalances.

Selon une autre caractéristique, le dispositif est remarquable en ce qu'il permet, à l'aide d'un générateur de v librations unidirectionnelles à balourds variables monté sur une platine équipée d'une roue libre. d'entraîner un arbre moteur, à contrôle de couple et de vitesse, sans embrayage, le moteur, ainsi que Ic générateur de vibration restant toujours en mouvement. According to another characteristic, the device is remarkable in that it allows, with the aid of a unidirectional variable liberation generator with variable unbalances mounted on a plate equipped with a free wheel. to drive a motor shaft, with torque and speed control, without clutch, the motor, as well as the vibration generator always remaining in motion.

Selon une autre caractéristique, le dispositif est remarquable en ce qu'il consiste à entraîner un arbre moteur en réducteur ou multiplicateur de vitesse, dans chacun des cas avec couple et vitesse variable. par l'intemlediaire d'un générateur de vibrations pluridirectionnelles, à balourds variables, montés sur supports élastiques, et dont l'excentration s'exerce directement sur un manchon solidaire de l'arbre de sortie. According to another characteristic, the device is remarkable in that it consists in driving a motor shaft as a speed reducer or multiplier, in each case with torque and variable speed. by means of a multidirectional vibration generator, with variable unbalances, mounted on elastic supports, and whose eccentricity is exerted directly on a sleeve integral with the output shaft.

Pour fixer l'objet de l'invention illustré non limitativement aux figures des dessins où
- La figure I est une vue d'ensemble du dispositif montrant le moteur, le vibrateur, et le
svstéme de déphasage monté sur un même chassis.To fix the object of the invention illustrated without limitation to the figures of the drawings where
- Figure I is an overview of the device showing the motor, the vibrator, and the
phase shift system mounted on the same chassis.

- La figure 2 montre l'arrangement des masselottes au cours d'une rotation de O à 21I
- La figure 3 est une représentation de la force générée dans le cas général, vue de gauche, et
la force générée dans le cas de l'invention, vue de droite
- La figure 4 est une représentation de la force générée par 2 systèmes couplés ensemble.- Figure 2 shows the arrangement of the weights during a rotation from O to 21I
FIG. 3 is a representation of the force generated in the general case, seen from the left, and
the force generated in the case of the invention, view from the right
- Figure 4 is a representation of the force generated by 2 systems coupled together.

- La figure 5 est une vue du dispositif d'entraînement d'un arbre à couple et vitesse variables,
à l'aide d'un générateur de vibrations unidirectionnelles et platine oscillante.FIG. 5 is a view of the drive device for a shaft with variable torque and speed,
using a unidirectional vibration generator and oscillating stage.

- La figure 6 est une vue de l'entralnement d'un arbre à l'aide d'un vibrateur pluridirectionnel
à balourd variable à partir d'un alésage solidaire de l'arbre
- La figure 7 est une représentation d'une variante du dispositif précédent mais ici,
l'entraînement se fait directement sur l'arbre. - Figure 6 is a view of the entrainment of a tree using a multidirectional vibrator
with variable unbalance from a bore integral with the shaft
- Figure 7 is a representation of a variant of the previous device but here,
training takes place directly on the tree.

Le dispositif selon l'invention consiste à positionner un générateur de vibration unidirectionnelle ( I ) qui peuvent être ceux décrits dans le brevet 2713958 ou la demande 9411767 sur un chassis (8) à l'aide de moyens de fixation (10). The device according to the invention consists in positioning a unidirectional vibration generator (I) which can be those described in patent 2713958 or application 9411767 on a chassis (8) using fixing means (10).

Ce générateur de vibration (1) est entraîné par un organe moteur (3) à l'aide d'un moyen d'accouplement (2). ce moteur (3) étant solidaire du chassis (8), par moyens de fixations (4). This vibration generator (1) is driven by a motor member (3) using a coupling means (2). this motor (3) being secured to the chassis (8), by fixing means (4).

Le générateur de vibration (1) est également couplé à l'aide de moyens (5) à un dispositif de déphasage (6), fixé au chassis (8) par des moyens (7) et dont le but est de permettre le déphasage des masses balourdées du générateur de vibration en cours de rotation. The vibration generator (1) is also coupled by means (5) to a phase shift device (6), fixed to the chassis (8) by means (7) and whose purpose is to allow the phase shift of the unbalanced masses of the vibration generator during rotation.

En cours de fonctionnement, le vibrateur (1) génère une force vibrante dans une seule direction ct dont I'intensité est de fonne sinusoïdale. During operation, the vibrator (1) generates a vibrating force in a single direction and the intensity of which is of sinusoidal form.

L'idée de l'invention est de transfomler la force alternative en une force continue positive, de la même façon qu'une diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens et permet de transformer un courant alternatif en courant continu. The idea of the invention is to transform the alternating force into a positive continuous force, in the same way that a diode lets the current flow in only one direction and makes it possible to transform an alternating current into direct current.

Comme le générateur de vibration (1) est du t"pe à balourds variables, I'invention consiste à intervenir au cours du cycle sinusoïdal sur la position des balourds, à l'aide de l'organe de déphasage (6). et de mettre les balourds en opposition et donc de supprimer la force pendant une période déterminée du cycle. As the vibration generator (1) is of the variable unbalance type, the invention consists in intervening during the sinusoidal cycle on the position of the unbalances, using the phase shifting member (6). put the imbalances in opposition and therefore remove the force during a determined period of the cycle.

Sur la figure 2 et 3 sont représentés les actions du déphasage sur une période
- de O à f112 : force sinusoïdale dirigée vers l'axe positif des Y et passant du maxi à O - de #/2 à 3#/2 : force quasiment nulle par action rapide en f112 sur l'organe de déphasage de
tellc façon que les balourds soient en opposition de phase et produisent une vibration nulle - de 3/#/2 à 2f1 : force dirigée vers l'axe positif des Y et variant de O au maximum, les
balourds étant remis au maximum en 3#/2. In Figure 2 and 3 are shown the actions of the phase shift over a period
- from O to f112: sinusoidal force directed towards the positive axis of the Y and passing from the maximum to O - from # / 2 to 3 # / 2: almost zero force by rapid action in f112 on the phase shifting element of
so that the unbalances are in phase opposition and produce a null vibration - from 3 / # / 2 to 2f1: force directed towards the positive axis of the Y and varying from O to the maximum, the
unbalances being returned to a maximum of 3 # / 2.

L'effort résultant moyen est positif. The average resulting effort is positive.

La commande du déphasage (6) se fait en continu et en synchronisme, cette commande de déphasage (6), peut être couplée mécaniquement, hydrauliquement, ou électriquement à l'organe moteur (3) pour assurer le synchronisme
En juxtaposant 2 systèmes déphasés de tI, I'effort résultant obtenu est plus régulier, figure 4
Le même principe peut être appliqué avec un générateur de vibrations pluridireetionnelles et cn supprimant l'action des balourds, par déphasage, pendant une demi-période.The phase shift control (6) is done continuously and in synchronism, this phase shift control (6), can be mechanically, hydraulically, or electrically coupled to the drive member (3) to ensure synchronism
By juxtaposing 2 phase-shifted systems of tI, the resulting effort obtained is more regular, figure 4
The same principle can be applied with a multidirectional vibration generator and cn suppressing the action of unbalances, by phase shift, for half a period.

De ce fait. les forces générés par le système sont toute dirigées dans un même sens, produisant une force moenne positive. Thereby. the forces generated by the system are all directed in the same direction, producing a positive moderate force.

Deux ou plusieurs systèmes peuvent également être juxtaposés afin d'obtenir une force nloyonne la plus élevée possible et la plus régulière possible. Two or more systems can also be juxtaposed in order to obtain the highest possible and most regular force possible.

Lc dispositif peut être utilisé pour entraîner un arbre (14), sur lequel sera fixé un récepteur, à couple variable et à vitesse variable. The device can be used to drive a shaft (14), to which a receiver, with variable torque and variable speed, will be attached.

L'arbre (14) reposant sur 2 paliers (15) est équipé d'une platine (12), la liaison entre cette platine (12) et l'arbre (14) étant assurée par une roue libre (18). The shaft (14) resting on 2 bearings (15) is equipped with a plate (12), the connection between this plate (12) and the shaft (14) being ensured by a free wheel (18).

La platine oscille autour de l'arbre (14) et la roue libre (18) filtre cette oscillation et n'entraîne l'arbre (14) que dans un seul sens. The plate oscillates around the shaft (14) and the freewheel (18) filters this oscillation and drives the shaft (14) only in one direction.

La roue (18) peut être du type à double sens à commande du sens par action extérieure et selon Ic sens choisi l'arbre (14) sera entraîné dans un sens ou dans un autre. The wheel (18) can be of the two-way type with direction control by external action and according to the chosen direction the shaft (14) will be driven in one direction or another.

Les paliers (15) sont solidaires d'un chassis commun (17) par l'intermédiaire de moyens (16). The bearings (15) are integral with a common chassis (17) by means (16).

La platine (12) reçoit en son extrémité un générateur de vibration unidirectionnelle (11) comprenant le moteur d'entraînement (I lA), le vibrateur proprement dit (1 lob) et le système de déphasage (I lC). The plate (12) receives at its end a unidirectional vibration generator (11) comprising the drive motor (I lA), the vibrator proper (1 lob) and the phase shift system (I lC).

Lorsque le moteur (liA) tourne et que les balourds du vibrateur sont en opposition de phase, il n' a pas de vibrations, et la platine (12) n'est pas sollicitée, et l'arbre (14) ne tourne pas. When the motor (liA) is running and the unbalances of the vibrator are in phase opposition, there is no vibration, and the plate (12) is not stressed, and the shaft (14) does not rotate.

Lorsque les balourds se mettent en phase, par action sur le système (11C), la platine reçoit une libration unidirectionnelle dont l'amplitude ct la force sont fonction du déphasage des balourds. When the unbalances are put in phase, by action on the system (11C), the plate receives a unidirectional release whose amplitude and force are a function of the phase shift of the unbalances.

La force maximale est obtenue par des balourds en phase totale. The maximum force is obtained by unbalances in total phase.

A une position donnée des balourds correspond un couple transniissible à l'arbre (14)
Lc ressort (13) n'a pour but que de supporter au repos l'extrémité de la platine (12) équipée dc son système de vibration (il). A given unbalance position corresponds to a torque that can be transmitted to the shaft (14)
The purpose of the spring (13) is only to support the end of the plate (12) equipped with its vibration system (il) at rest.

Si l'on applique le dispositif à L'entraînement des roues d'un véhicule, le fonctionnement serait le snisallt
- Avant démarrage. le moteur (i lA) tourne à une vitesse N, les balourds étant en opposition
de phase, le véhicule est à l'arrêt.If we apply the device to the wheel drive of a vehicle, the operation would be snisallt
- Before starting. the motor (i lA) rotates at a speed N, the unbalances being in opposition
phase, the vehicle is stopped.

- Au démarrage, on actionne le déphasage. le vibrateur exerce une force unidirectionnelle sur
la platine et entraîne le véhicule
- Après démarrage, lorsque le couple de démarrage décroît jusqu'au couple nominal, une
nouvelle action sur le déphasage pour diminuer les balourds, calera le véhicule à sa vitesse
nominale et à son couple nominal.- At start-up, the phase shift is activated. the vibrator exerts a unidirectional force on
the plate and drives the vehicle
- After starting, when the starting torque decreases to the nominal torque, a
new action on the phase shift to reduce imbalances, will stall the vehicle at its speed
nominal and its nominal torque.

- En cas de surcharge, cote para exemple, une augmentation des balourds par action sur le
déphasage, augmentera le couple moteur
- Pour modifier la vitesse, on pourra agir sur la vitesse du moteur (11A)
En cas de blocage des roues, par exemple, le vibrateur continuera à tourner au couple illaximum mais sans entraîner l'arbre (14) et donc les roues, et sans frottement puisqu'il n'y a pas dans le systênie ni embrayage ni coupleur, à poudre, hydraulique, ou autre.- In the event of overload, for example, an increase in unbalance by action on the
phase shift, will increase the motor torque
- To modify the speed, you can act on the motor speed (11A)
In the event of wheel locks, for example, the vibrator will continue to rotate at the maximum torque but without driving the shaft (14) and therefore the wheels, and without friction since there is no clutch or coupler in the system , powder, hydraulic, or other.

Le dispositif peut également utiliser un générateur de vibrations pluridirectionnelles à balourds variables (21) pour entraîner directement un arbre de transmission (25). The device can also use a multidirectional variable unbalance vibration generator (21) to directly drive a drive shaft (25).

La vibrateur (21) est fixé à un support (27) par l'intennédiaire de ressorts flexibles (24), cette tlexibllite pennet au vibrateur (21) d'évoluer, par excentration, à l'intérieur d'un alésage (22), solidaire de l'arbre à entraîner. The vibrator (21) is fixed to a support (27) by means of flexible springs (24), this tlexibllite allows the vibrator (21) to evolve, by eccentricity, inside a bore (22) , secured to the shaft to be driven.

Le manchon comprend une denture (23A) et la vibrateur également (23B). The sleeve includes a toothing (23A) and the vibrator also (23B).

Lorsque le générateur de vibration (21 ) est en fonctionnement, l'excentration produite provoque l'engrènement de la denture (23), et la rotation de l'ensemble arbre (25) et manchon (22). When the vibration generator (21) is in operation, the eccentricity produced causes the teeth (23) to mesh, and the shaft (25) and sleeve (22) assembly to rotate.

Lc diamètre du manchon (22) est supérieur à celui du vibrateur (21) et il y aura en conséquence réduction de vitesse dans le rapport des diamètres. The diameter of the sleeve (22) is greater than that of the vibrator (21) and there will consequently be a reduction in speed in the ratio of diameters.

Comme pour le dispositif précédent, unc variation des balourds variera le couple transmissible a l'arbre (25). As for the previous device, a variation of the unbalances will vary the torque transmissible to the shaft (25).

Le générateur de vibration pluridirectiolltlelle à balourds variables (31) peut être à arbre creux Ct an variante du principe précédent, le vibrateur (31) peut entrainer directement l'arbre (34) posé sur paliers (35). The multidirectional vibration generator with variable unbalances (31) can be with hollow shaft Ct an alternative to the previous principle, the vibrator (31) can directly drive the shaft (34) placed on bearings (35).

Le vibrateur est également solidaire d'un chassis (36) par l'intermédiaire de tiges flexibles (33). The vibrator is also secured to a frame (36) by means of flexible rods (33).

L'entraînement se fait par l'intermédiaire d'engrenages (32)
Dans ce cas, le système est multiplicateur de vitesse, dans le rapport des diamètres intérieurs du vibrateur et extérieur de l'arbre. et à variation de couple.The drive takes place via gears (32)
In this case, the system is a speed multiplier, in the ratio of the inside diameters of the vibrator and the outside of the shaft. and torque variation.

En variante, l'entraînement du vibrateur sur l'arbre peut se faire par fnction. Alternatively, the drive of the vibrator on the shaft can be done by fnction.

Claims

1 - Device for generating a mechanical force with inertia characterized in that it comprises a

unidirectional variable unbalance vibration generator (l), driven by a drive member (3) and

coupling means (2), said vibration generator (l) being coupled to a phase shift control

(6) by coupling means (5). the drive member (3), the vibration generator (1), the phase shift member (6) being integral with a plate (8), itself capable of being fixed by means (9) to the

elements to which the device applies,

and cn that the phase shift acts during each rotation and in synchronism with the driving member (3)

in order to modify the amplitude of the vibration, and not to generate a vibrating force for a given time

dc this period or rotation, the overall force obtained being positive and thus in a desired direction.

2 - Device according to claim I characterized in that this vibration generator (I) and of the type

multidirectional with amplitude vibration (1).

3 - Device according to claim 1 or 2 characterized in that several vibration generators (1) can be coupled together and phase shifted so as to obtain a most positive resultant force

regular possible.

4 - Device for transforming an oscillating movement of a turntable into a rotary movement of a

shaft coupled to the plate by means of a free wheel, characterized in that the movement

oscillating stage is produced by a force generation device according to claims I to 3

arranged on the plate,

the plate resting on the casings (17) by means of an elastic element (13),

The action of the vibration causing the plate (12) to oscillate, this same plate rotating the shaft (14) in

only one direction per action of the freewheel (l8), ct in that the variation of the unbalanced masses (island) allows the control of the transmissible torque by

the shaft (14) as a function of the load on the shaft (14),

and in that, in the event of blockage by overload of the receiver on the shaft (14), the generator (il) continues to

turn safely without induced friction.

5 - Device according to claim 4 characterized in that the vibrator assembly (11) is entralné by

variable speed motor for controlling the torque delivered to the output shaft (14) by acting on

the unbalanced masses (lic) for any desired speed.

6 - Device according to claim 4 or 5 characterized in that the free wheel (18) can be two-way by external action on this said wheel, allowing a change of direction of the drive shaft (14).

7 - Device according to claim 4 to 6 characterized in that two or more vibration generators

(11) can be juxtaposed and out of phase with each other to obtain the most rotation

possible continuous drive shaft (14).

8 - Device for transforming an oscillating movement of an element comprising a toothing into a

rotary movement of a shaft also having teeth, arranged one inside the other without

meshing at rest, characterized in that the oscillating movement is produced by a device for

force generator according to claims I to 3, fixed by elastic means (24, 33) to a support

(27, 36), the vibration of the generator (21, 31) causing by eccentricity the meshing of its teeth with that of the shaft (25, 34) and thus the rotation of the shaft.

9 - Device according to claim 8, characterized in that the force generator (21), evolves

the interior of a sleeve disposed at one end of the shaft (25), the speed of rotation of the shaft (25) being reduced relative to the excitation speed of the vibration generator (21) in the ratio respective diameters of generator and sleeve.

10 - Device according to claim 8 or 9 characterized in that the drive between the generator and the sleeve is done by friction.