FR2990258A1 - Variateur de vitesse pour applications aéronautiques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un variateur de vitesse (AVSD) (12) comprenant un arbre d'entrée (20) raccordé pour recevoir une entrée mécanique en provenance d'un moteur thermique d'aéronef et un arbre de sortie (22) raccordé pour fournir une sortie mécanique à vitesse régulée. L'AVSD comprend un premier trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage fixe, un second trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage variable, et un différentiel couplé pour combiner l'énergie reçue en provenance du premier trajet d'énergie et du second trajet d'énergie pour fourniture à l'arbre de sortie. Une unité de commande (24) modifie le rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie afin de réguler l'arbre de sortie de l'AVSD à une vitesse souhaitée.

Description

Variateur de vitesse pour applications aéronautiques Contexte La présente invention concerne un variateur de vitesse, et en particulier un variateur de vitesse 5 employé dans des applications aéronautiques. Les applications aéronautiques présentent des considérations uniques variées concernant la distribution d'énergie et l'efficacité. Contrairement aux applications au sol, toute l'énergie consommée sur 10 un aéronef, qu'elle soit électrique, mécanique, hydraulique ou pneumatique, provient de l'énergie générée par les moteurs thermiques d'aéronef eux-mêmes. L'efficacité globale des moteurs thermiques d'aéronef (c'est-à-dire, la quantité de carburant 15 consommé) dépend de l'efficacité avec laquelle les systèmes de l'aéronef utilisent l'énergie générée. Par exemple, un certain nombre de systèmes d'aéronef traditionnels utilisent l'énergie pneumatique sous la forme d'air de prélèvement. Toutefois, l'air de 20 prélèvement représente une perte d'énergie du moteur thermique, et son utilisation diminue par conséquent l'efficacité globale du système d'aéronef. Une alternative à l'énergie pneumatique dérivée de l'air de prélèvement est l'énergie électrique dérivée de 25 générateurs couplés mécaniquement aux moteurs thermiques. L'énergie mécanique générée par les moteurs thermiques d'aéronef est convertie en énergie électrique par les générateurs, distribuée à une charge souhaitée, et convertie à nouveau en énergie mécanique via un 30 moteur électrique. Traditionnellement, l'énergie pneumatique et/ou électrique est utilisée pour alimenter des systèmes d'aéronef tels que les compresseurs employés conjointement avec des systèmes de régulation climatique (ECS) en raison du besoin d'entraîner les 5 compresseurs à des vitesses variables. Toutefois, l'utilisation d'énergie électrique nécessite la conversion d'énergie mécanique (générée par le moteur thermique d'aéronef rotatif) en énergie électrique pour la distribuer aux moteurs thermiques, et la conversion 10 ultérieure à nouveau en énergie mécanique pour une consommation par la charge (c'est-à-dire, le compresseur, la pompe, etc.). Le poids ajouté de ces composants diminue de façon similaire l'efficacité du moteur thermique d'aéronef. 15 Résumé Un variateur de vitesse avancé (AVSD) comprend un arbre d'entrée raccordé pour recevoir une entrée mécanique en provenance d'un moteur thermique d'aéronef 20 et un arbre de sortie raccordé pour fournir une sortie mécanique à vitesse régulée. L'AVSD comprend un premier trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage fixe, un second trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage variable, et un différentiel couplé pour combiner 25 l'énergie reçue en provenance du premier trajet d'énergie et du second trajet d'énergie pour fourniture à l'arbre de sortie. Une unité de commande modifie le rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie afin de réguler l'arbre de sortie de l'AVSD à une 30 vitesse souhaitée.

Plus spécifiquement, un variateur de vitesse avancé (AVSD) comprend : un arbre d'entrée couplé avec faculté de rotation pour recevoir de l'énergie électrique en 5 provenance d'un moteur thermique ; un arbre de sortie couplé mécaniquement pour fournir de l'énergie mécanique à une sortie ; un premier trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage fixe couplé mécaniquement pour recevoir de 10 l'énergie en provenance de l'arbre d'entrée ; un second trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage variable couplé mécaniquement pour recevoir de l'énergie en provenance de l'arbre d'entrée ; un différentiel couplé mécaniquement au 15 premier trajet d'énergie, au second trajet et à l'arbre de sortie, où le différentiel combine l'énergie en provenance des premier et second trajets d'énergie pour fourniture à l'arbre de sortie ; et une unité de commande qui reçoit une commande 20 de vitesse, surveille la vitesse de l'arbre de sortie et commande sélectivement le rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie afin de réguler la vitesse de l'arbre de sortie. Le premier trajet d'énergie peut comprendre un 25 arbre porteur raccordant l'arbre d'entrée au différentiel. Le second trajet d'énergie peut comprendre : un premier engrenage raccordé à l'arbre porteur ; 30 une unité à déplacement variable couplée mécaniquement au premier engrenage qui convertit l'énergie mécanique fournie par le premier engrenage en énergie hydraulique ; un plateau oscillant raccordé à l'unité à déplacement variable ayant une position pouvant être commandée par l'unité de commande pour modifier un volume de fluide fourni par l'unité à déplacement variable pour chaque tour du premier engrenage ; une unité à déplacement fixe couplée hydrauliquement à l'unité à déplacement variable qui 10 convertit l'énergie hydraulique en énergie mécanique ; et un second engrenage couplé mécaniquement à la pompe à piston à déplacement fixe afin de communiquer l'énergie du second trajet d'énergie au différentiel. 15 L'AVSD peut en outre comprendre un générateur à aimant permanent couplé mécaniquement à l'arbre de sortie pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique qui est délivrée à l'unité de commande. L'unité de commande peut surveiller la vitesse 20 de l'arbre de sortie en surveillant une fréquence de l'énergie électrique fournie par le générateur à aimant permanent. Le différentiel peut être un différentiel interponts à train épicycloïdal qui peut comprendre une 25 couronne, un ou plusieurs engrenages planétaires, et une roue solaire, où le premier trajet d'énergie peut être couplé mécaniquement aux un ou plusieurs engrenages planétaires, le second trajet d'énergie peut être couplé mécaniquement à la couronne, et l'arbre de sortie peut 30 être couplé mécaniquement à la roue solaire. Un autre aspect est un système comprenant : un variateur de vitesse avancé (AVSD) ayant un arbre d'entrée raccordé pour recevoir une entrée mécanique et un arbre de sortie raccordé pour fournir une sortie mécanique, où l'AVSD comprend un premier 5 trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage fixe, un second trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage variable, et un différentiel couplé pour combiner l'énergie reçue en provenance du premier trajet d'énergie et du second trajet d'énergie pour fourniture 10 à l'arbre de sortie ; un compresseur raccordé pour recevoir l'énergie mécanique en provenance de l'arbre de sortie ; un capteur de vitesse raccordé pour surveiller la vitesse de l'arbre de sortie ; et 15 une unité de commande raccordée pour recevoir une commande de vitesse et un signal de réaction de vitesse en provenance du capteur de vitesse, où l'unité de commande modifie le rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie en se basant sur une comparaison 20 entre la commande de vitesse et le signal de réaction de vitesse afin de réguler la vitesse de l'arbre de sortie. Le premier trajet d'énergie peut comprendre un arbre porteur raccordant l'arbre d'entrée au différentiel. 25 Le second trajet d'énergie peut comprendre : un premier engrenage raccordé à l'arbre porteur ; une unité à déplacement variable couplée mécaniquement au premier engrenage qui convertit 30 l'énergie mécanique fournie par le premier engrenage en énergie hydraulique ; un plateau oscillant raccordé à l'unité à déplacement variable ayant une position pouvant être commandée par l'unité de commande pour modifier un volume de fluide fourni par l'unité à déplacement 5 variable pour chaque tour du premier engrenage ; une unité à déplacement fixe couplée hydrauliquement à l'unité à déplacement variable qui convertit l'énergie hydraulique en énergie mécanique ; et 10 une seconde couronne couplée mécaniquement à la pompe à piston à déplacement fixe afin de communiquer l'énergie du second trajet d'énergie au différentiel. Le système peut en outre comprendre un générateur à aimant permanent (PMG) couplé mécaniquement 15 à l'arbre de sortie pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique qui peut être délivrée à l'unité de commande. Le capteur de vitesse peut être mis en oeuvre par le PMG, qui peut fournir de l'énergie électrique 20 ayant une fréquence liée à la vitesse de l'arbre de sortie qui peut être surveillée par l'unité de commande. Le différentiel peut être un différentiel interponts à train épicycloïdal qui peut comprendre une couronne, un ou plusieurs engrenages planétaires, et une 25 roue solaire, où le premier trajet d'énergie peut être couplé mécaniquement aux un ou plusieurs engrenages planétaires, le second trajet d'énergie peut être couplé mécaniquement à la couronne, et l'arbre de sortie peut être couplé mécaniquement à la roue solaire. 30 Un autre aspect est un procédé de conversion d'une entrée mécanique à vitesse variable en une sortie mécanique à vitesse variable régulée tournant à une vitesse souhaitée, le procédé comprenant : la réception d'une entrée mécanique via un arbre d'entrée ; la communication de l'entrée mécanique reçue via l'arbre d'entrée à un premier trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage fixe et un second trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage variable ; la combinaison de l'énergie mécanique reçue en provenance du premier trajet d'énergie et de l'énergie mécanique reçue en provenance du second trajet d'énergie via un différentiel pour fourniture à un arbre de sortie ; la surveillance d'une vitesse de l'arbre de 15 sortie ; et la modification du rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie en se basant sur la vitesse surveillée de l'arbre de sortie afin de réguler la vitesse de l'arbre de sortie à la vitesse souhaitée. 20 La modification du rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie peut comprendre la modification d'une position d'un plateau oscillant associé à une unité à déplacement variable afin d'augmenter ou de diminuer sélectivement l'énergie 25 mécanique qui peut être fournie par le second trajet d'énergie. Le procédé peut en outre comprendre le raccordement de l'arbre d'entrée au différentiel avec un arbre porteur. 30 Le procédé peut en outre comprendre le couplage mécanique d'un générateur à aimant permanent à l'arbre de sortie afin de convertir l'énergie mécanique en énergie électrique, l'énergie électrique étant délivrée à l'unité de commande. La surveillance de la vitesse de l'arbre de 5 sortie peut en outre comprendre la surveillance d'une fréquence de l'énergie électrique fournie par le générateur à aimant permanent. Le procédé peut en outre comprendre le couplage mécanique du premier trajet d'énergie à un ou 10 plusieurs engrenages planétaires, le couplage mécanique du second trajet d'énergie à une couronne, et le couplage mécanique de l'arbre de sortie à une roue solaire. 15 Brève description des dessins La figure 1 est un schéma de principe d'un d'aéronef qui système vitesse (AVSD) variable selon 20 invention. emploie un variateur de pour fournir une sortie à vitesse un mode de réalisation de la présente La figure 2 mathématique de rapports hydraulique employés dans à vitesse variable selon 25 présente invention. La figure 3 est une représentation de transmission mécanique et l'AVSD pour fournir une sortie un mode de réalisation de la vue en coupe de l'AVSD la présente invention. est une selon un mode de réalisation de Description détaillée 30 La présente invention emploie un entraînement à vitesse variable avancé (AVSD) pour convertir une entrée mécanique à vitesse variable reçue en provenance du moteur thermique en une sortie à vitesse variable régulée. Un avantage de la présente invention est qu'elle permet de convertir une entrée mécanique à vitesse variable en une sortie à vitesse variable régulée sans nécessiter une conversion d'énergie mécanique de moteur thermique soit en énergie pneumatique, soit en énergie électrique. La figure 1 est un schéma de principe d'un système d'aéronef 10 selon un mode de réalisation de la présente invention. Le système d'aéronef 10 comprend un variateur de vitesse avancé (AVSD) 12, un compresseur d'air de cabine (CAC) 14, un pré-refroidisseur 16 et un système de régulation climatique ECS 18. L'arbre d'entrée 20 communique l'énergie mécanique en provenance du moteur thermique d'aéronef (non montré) à l'AVSD 12, qui convertit l'entrée mécanique à vitesse variable en une sortie mécanique à vitesse variable souhaitée fournie via l'arbre de sortie 22 au CAC 14.

L'unité de commande 24 reçoit une commande de vitesse spd cmd qui représente la vitesse souhaitée de l'arbre de sortie 22. La commande de vitesse peut être fournie par le CAC 14, l'ECS 18 ou un autre système de commande d'aéronef basé sur des conditions de fonctionnement de l'aéronef. L'unité de commande 24 reçoit également un signal de réaction de vitesse spd fdbk en provenance du capteur de vitesse 26 qui représente la vitesse de l'arbre de sortie 22. En réponse aux différences entre le signal de commande de vitesse spd cmd et le signal de réaction de vitesse spd fdbk, l'unité de commande 24 fournit un signal de commande à l'actionneur 28 inclus à l'intérieur de l'AVSD 12 afin de réguler sélectivement, en boucle fermée, la vitesse de l'arbre de sortie 22. Comme décrit plus en détail par rapport aux figures 2 et 3, l'AVSD 12 est un dispositif hydromécanique qui comprend un premier trajet d'énergie à rapport d'engrenage fixe, un second trajet d'énergie à rapport d'engrenage variable, et un différentiel pour sommer les sorties de chaque trajet d'énergie. Le signal de commande fourni par l'unité de commande 24 à l'actionneur 28 fait varier le rapport d'engrenage du second trajet d'énergie, ajoutant ou soustrayant ainsi de la vitesse en provenance du premier trajet d'énergie afin de fournir une vitesse de sortie souhaitée.

Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 1, l'AVSD 12 est couplé mécaniquement au CAC 14 via l'arbre de sortie 22. L'énergie mécanique fournie via l'arbre de sortie 22 met en rotation la pluralité d'aubes de compresseur associées au CAC 14 pour comprimer l'air ambiant. La vitesse à laquelle le CAC 14 est entraîné détermine le débit d'air comprimé fourni au pré-refroidisseur 16, et varie selon l'application et des circonstances (par exemple, varie selon les conditions de vol). Le pré-refroidisseur 16 agit pour éliminer l'énergie thermique de l'air comprimé fourni par le CAC 14, et fournit de l'air comprimé refroidi à l'ECS 18 pour mélange et/ou distribution à la cabine d'aéronef. La figure 2 est une représentation mathématique de rapports de transmission mécanique et hydraulique employés dans l'AVSD pour fournir une sortie à vitesse variable selon un mode de réalisation de la présente invention. L'entrée N input représente la vitesse de l'arbre d'entrée 20. La sortie N output représente la vitesse de l'arbre de sortie 22 fournie au CAC 14 (illustrée dans la figure 1), et telle qu'illustrée dans le modèle mathématique, est basée sur la vitesse d'entrée N input. Dans ce modèle, les rapports de transmission sont représentés sous la forme de cases qui agissent sur la vitesse d'entrée pour générer la vitesse de sortie souhaitée. Par exemple, dans le mode de réalisation illustré dans la figure 2, la vitesse d'entrée N input est appliquée à la case de rapport d'engrenage 30, qui comprend un rapport d'engrenage de l/k i, de sorte que la sortie de la case de rapport d'engrenage 30 par rapport à l'entrée est représentée sous la forme Ninput*1/ki. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 3, la variable k i se voit attribuer une valeur de un, de sorte que la sortie de la case de rapport d'engrenage 30 est égale à la sortie de la case de rapport d'engrenage 30 (par exemple, rapport 1:1). Dans d'autres modes de réalisation, la valeur de k i peut varier selon l'application. Par exemple, dans le mode de réalisation illustré dans la figure 2, l'entrée N input varie entre 6 847 tours par minute (tr/min) et 13 545 tr/min, avec une sortie pouvant être commandée sur la plage de 41 874 tr/min - 50 821 tr/min. La sortie de la case de rapport d'engrenage 30 est divisée en des premier et second trajets 30 d'énergie (c'est-à-dire, un trajet d'énergie divisé). Le premier trajet d'énergie comprend des éléments d'engrenage mécanique comprenant des rapports de transmission fixe. Le second trajet d'énergie comprend une combinaison d'éléments d'engrenage mécanique et hydraulique capable de fournir des rapports de transmission variable qui permettent d'augmenter ou de diminuer sélectivement la vitesse comme on le souhaite. Le différentiel 32 est un dispositif mécanique destiné à sommer l'énergie fournie par le premier trajet d'énergie et l'énergie fournie par le second trajet d'énergie (c'est-à-dire, la somme de la vitesse de sortie fournie par le premier trajet d'énergie et de la vitesse de la sortie du second trajet d'énergie). Un exemple de mode de réalisation de différentiel 32 est illustré dans la figure 3, dans laquelle un différentiel interponts à train épicycloïdal employant une couronne, un engrenage planétaire et une roue solaire est employé pour sommer l'énergie fournie par les premier et second trajets d'énergie respectifs. Essentiellement, le différentiel 32 ajoute ou soustrait la vitesse du second trajet d'énergie à la vitesse du premier trajet d'énergie pour fournir une vitesse de sortie N output souhaitée. La représentation mathématique du différentiel 32 comprend une deuxième case de rapport d'engrenage 34 et une troisième case de rapport d'engrenage 38. La deuxième case de rapport d'engrenage est représentée sous la forme (k + 1)/1, la valeur de k étant sélectionnée en se basant sur l'application afin de fournir la sortie souhaitée. De façon similaire, le troisième rapport d'engrenage est représenté sous la forme 1/-k, la valeur de k étant sélectionnée en se basant sur l'application pour fournir la sortie souhaitée. La case de somme 36 illustre mathématiquement la combinaison énergie/vitesse fournie par le premier trajet d'énergie et énergie/vitesse fournie par le second trajet d'énergie. Le second trajet d'énergie comprend des composants mécanique et hydraulique, y compris un quatrième rapport d'engrenage 40, une unité à déplacement variable 42, une unité à déplacement fixe 44 et une cinquième case de rapport d'engrenage 46. La quatrième case de rapport d'engrenage 40 couple mécaniquement la sortie de la case de rapport d'engrenage 30 avec l'unité à déplacement variable 42, et applique un rapport d'engrenage de 1/k v. L'unité à déplacement variable 42 convertit l'entrée mécanique reçue en un flux variable d'énergie hydraulique qui est communiqué à l'unité à déplacement fixe 44 (tel qu'indiqué par les lignes ondulées raccordant l'unité à déplacement variable 42 et l'unité à déplacement fixe 44). L'unité de commande 24 (illustrée dans la figure 1) fait sélectivement varier le volume par tour de fluide hydraulique pompé par l'unité à déplacement variable 42 et communiqué à l'unité à déplacement fixe 44. L'unité à déplacement fixe 44 convertit le flux de fluide hydraulique en une sortie mécanique qui est communiquée à un différentiel 32 via la cinquième case de rapport d'engrenage 46, qui applique un rapport d'engrenage de 1/k f. De cette façon, le rapport d'engrenage et donc la vitesse de la sortie mécanique fournie par le second trajet d'énergie au différentiel 32 peuvent varier en régulant sélectivement le fonctionnement de l'unité à déplacement variable 42. Comme discuté ci-dessus, le différentiel 32 ajoute (ou soustrait) l'énergie fournie par le second 5 trajet d'énergie à l'énergie reçue en provenance du premier trajet d'énergie. La sortie est appliquée à une sixième case de rapport d'engrenage 48, représentée dans ce mode de réalisation sous la forme 1/k o, dont la sortie représente la vitesse de sortie N output de 10 l'arbre de sortie 22. Dans ce mode de réalisation, la valeur de la variable k o est établie égale à un, bien que dans d'autres modes de réalisation, la valeur de k o soit sélectionnée en se basant sur les exigences de l'application.

15 La figure 3 est une vue en coupe d'un variateur de vitesse avancé (AVSD) 12 selon un mode de réalisation de la présente invention, qui reçoit une entrée mécanique via l'arbre d'entrée 20 et fournit une sortie de vitesse variable régulée via l'arbre de 20 sortie 22. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 3, l'AVSD 12 inclut un raccord d'embrayage de face 50, un arbre porteur 51, un solénoïde de raccord thermique/électrique 52, des engrenages 54 et 56, un différentiel interponts à train épicycloïdal 58, une 25 unité à déplacement fixe 60, une unité à déplacement variable 62, un plateau oscillant 64, des pompes accessoires 66 et 68 et un capteur de vitesse 70. Le raccord d'embrayage de face 50 est raccordé entre l'arbre d'entrée 20 et l'arbre porteur 51, et agit 30 à la fois pour coupler mécaniquement l'arbre d'entrée 20 à l'arbre porteur 51 et pour désaccoupler l'arbre d'entrée 20 de l'arbre porteur 51 en réponse à des conditions de défaillance afin de protéger les composants internes de l'AVSD 12. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 3, un solénoïde de raccord thermique/électrique 52 est le mécanisme permettant de mettre hors de prise l'embrayage de face 50 dans le cas d'une défaillance. L'arbre porteur 51 communique l'énergie mécanique reçue en provenance de l'arbre d'entrée 20 via l'embrayage de face 50 au différentiel interponts à train épicycloïdal 58 comme partie du premier trajet d'énergie. De plus, l'arbre porteur 51 est raccordé pour communiquer l'énergie mécanique à l'engrenage 54, définie par le rapport d'engrenage 1/k v, qui communique l'énergie mécanique à une pompe à piston à déplacement variable 62 comme partie du second trajet d'énergie. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 3, l'engrenage 54 communique également l'énergie mécanique à des pompes accessoires 66. L'énergie mécanique fournie à la pompe à piston à déplacement variable 62 provoque le déplacement du piston à la vitesse/fréquence définie par l'engrenage 54. Toutefois, le volume de fluide pompé par l'unité à déplacement variable 62 par tour dépend de la position du plateau oscillant 64 (également appelé « plateau cyclique »). C'est-à-dire que le volume de fluide pompé peut être augmenté ou diminué en réglant sélectivement la position du plateau oscillant 64. Dans un mode de réalisation, l'actionneur 28 (illustré dans la figure 1) est configuré pour modifier la position du 30 plateau oscillant 64 en se basant sur le signal de commande fourni par l'unité de commande 24 (également illustré dans la figure 1). De cette façon, le débit de sortie associé à l'unité à déplacement variable 62 est régulé sélectivement pour augmenter ou diminuer le volume de fluide pompé par l'unité à déplacement variable 62. L'unité à déplacement fixe 60 est couplée hydrauliquement à l'unité à déplacement variable 62. Le volume de fluide fourni par l'unité à déplacement variable 62 est fourni à l'unité à déplacement fixe 60, qui convertit l'énergie hydraulique reçue fournie par la pompe à piston à déplacement variable 62 en énergie mécanique qui est communiquée via la couronne 56 définie par le rapport d'engrenage 1/k f. De plus, la couronne 56 est raccordée pour délivrer de l'énergie mécanique aux pompes accessoires 68. En réglant la position du plateau oscillant 64, le volume de fluide pompé par l'unité à déplacement variable 62 varie, et par conséquent l'énergie mécanique générée par l'unité à déplacement fixe 60 est régulée sélectivement. De cette façon, le second trajet d'énergie fournit un rapport d'engrenage variable qui permet d'augmenter ou de diminuer sélectivement la vitesse de l'engrenage 56. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 3, le différentiel interponts à train épicycloïdal 58 est employé pour ajouter (ou soustraire) de l'énergie fournie par le second trajet d'énergie (comprenant les unités à déplacement fixe et variable 60 et 62) à l'énergie fournie par le premier trajet d'énergie (communiqué via l'arbre porteur 51). Le différentiel interponts à train épicycloïdal 58 comprend une couronne, des engrenages planétaires et une roue solaire, où le premier trajet d'énergie est raccordé aux engrenages planétaires, le second trajet d'énergie est raccordé à la couronne et la roue solaire est raccordée à l'arbre de sortie 22. L'énergie fournie à la couronne est ajoutée ou soustraite (selon le fonctionnement de la pompe à déplacement variable) à l'énergie fournie aux engrenages planétaires, la sortie sommée étant fournie via la roue solaire à l'arbre de sortie 22. Dans d'autres modes de réalisation, d'autres différentiels bien connus peuvent être employés pour combiner l'énergie fournie via le premier trajet d'énergie et le second trajet d'énergie, tel qu'un différentiel non solaire. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 3, un générateur à aimant permanent (PMG) 70 est couplé mécaniquement à l'arbre de sortie 22, et convertit l'énergie mécanique fournie par l'arbre de sortie 22 en énergie électrique qui est délivrée à l'unité de commande 24. En outre, la fréquence d'énergie fournie par le PMG 70 est utilisée par l'unité de commande 24 pour surveiller la vitesse de l'arbre de sortie 22. De cette façon, le PMG 70 fonctionne à la fois en tant que source d'énergie pour l'unité de commande 24 et en tant que capteur de vitesse pour surveiller la vitesse de l'arbre de sortie 22. De cette façon, l'AVSD 12 fournit une sortie mécanique régulée qui peut être utilisée pour fair& varier sélectivement la vitesse des charges attachées sans nécessiter une conversion d'énergie mécanique en énergie pneumatique et/ou électrique. Un avantage de cet agencement est une réduction du poids et du coût associé aux systèmes de conversion d'énergie typique (par exemple, des générateurs pour la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, des moteurs pneumatiques pour la conversion d'énergie mécanique en énergie pneumatique). Bien que l'invention ait été décrite en référence à un ou plusieurs exemples de mode(s) de réalisation, l'homme du métier comprendra que divers changements peuvent être effectués et que des équivalents peuvent remplacer des éléments de cette dernière sans s'éloigner de la portée de l'invention. De plus, de nombreuses modifications peuvent être apportées pour adapter une situation ou un matériau particulier aux enseignements de l'invention sans s'éloigner de sa portée essentielle. Ainsi, il faut comprendre que l'invention n'est pas limitée au(x) mode(s) de réalisation particulier(s) divulgué(s), mais que l'invention comprendra tous modes de réalisation relevant de la portée des revendications annexées.20

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1.- Variateur de vitesse avancé (AVSD) (12) comprenant : un arbre d'entrée (20) couplé avec faculté de rotation pour recevoir de l'énergie mécanique en provenance d'un moteur thermique ; un arbre de sortie (22) couplé mécaniquement pour fournir de l'énergie mécanique à une sortie ; un premier trajet d'énergie ayant un rapport 10 d'engrenage fixe couplé mécaniquement pour recevoir de l'énergie en provenance de l'arbre d'entrée (20) ; un second trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage variable couplé mécaniquement pour recevoir de l'énergie en provenance de l'arbre d'entrée (20) ; 15 un différentiel (32) couplé mécaniquement au premier trajet d'énergie, au second trajet d'énergie et à l'arbre de sortie, dans lequel le différentiel combine l'énergie en provenance des premier et second trajets d'énergie pour fourniture à l'arbre de sortie ; et 20 une unité de commande (24) qui reçoit une commande de vitesse, surveille la vitesse de l'arbre de sortie-et commande sélectivement. le rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie afin de régliler la vitesse de l'arbre de sortie. 25

   2.- AVSD selon la revendication 1, dans lequel le premier trajet d'énergie comprend un arbre porteur (51) raccordant l'arbre d'entrée (20) au différentiel (32).

   3.- AVSD selon la revendication 1 ou 2, clams 30 lequel le second trajet d'énergie comprend :un premier engrenage (54) raccordé à l'arbre porteur ; une unité à déplacement variable (42, 62) couplée mécaniquement au premier engrenage qui convertit 5 l'énergie mécanique fournie par le premier engrenage en énergie hydraulique ; un plateau oscillant (64) raccordé à l'unité à déplacement variable ayant une position pouvant être commandée par l'unité de commande afin de modifier un 10 volume dé fluide fo-11=i par l'unité à déplacement variable pour chaque tour du premier engrenage ; une unité à déplacement fixe (44, 60) couplée hydrauliquement à l'unité à déplacement variable qui convertit l'énergie hydraulique en énergie mécanique ; 15 et un second engrenage (56) couplé mécaniquement à une pompe à piston à déplacement fixe afin de communiquer une énergie en provenance du second trajet d'énergie au différentiel. 20

   4.- AVSD selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre : un générateur à aimant permanent (70) couplé mécaniquement à l'arbre de sortie pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique qui est 25 fournie à l'unité de commande.

   5.- AVSD selon la revendication 4, dans lequel l'unité de commande (24) surveille la vitesse de l'arbre de sortie en surveillant une fréquence de l'énergie électrique fournie par le générateur à aimant permanent. 30

   6.- AVSD selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le différentiel (32)est un différentiel interponts à train épicycloïdal (58) qui comprend une couronne, un ou plusieurs engrenages planétaires et une roue solaire, dans lequel le premier trajet d'énergie est couplé mécaniquement aux un ou plusieurs engrenages planétaires, le second trajet d'énergie est couplé mécaniquement à la couronne, et l'arbre de sortie est couplé mécaniquement à la roue solaire.

   7.- Système comprenant : 10 un variateur de vitesse avancé (AVSD) (12) ayant un arbre d'entrée (20) raccordé pour recevoir une entrée mécanique et un arbre de sortie (22) raccordé pour fournir une sortie mécanique, dans lequel l'AVSD comprend un premier trajet d'énergie ayant un rapport 15 d'engrenage fixe, un second trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage variable et un différentiel (32) couplé pour combiner l'énergie reçue en provenance du premier trajet d'énergie et du second trajet d'énergie pour fourniture à l'arbre de sortie ; 20 un compresseur (14) raccordé pour recevoir de l'énergie mécanique en provenance de l'arbre de sortie (22) ; un capteur de vitesse (26) raccordé pour surveiller la vitesse de l'arbre de sortie ; et 25 une unité de commande (24) raccordée pour recevoir une commande de vitesse et un signal de réaction de vitesse en provenance du capteur de vitesse, dans lequel l'unité de commande modifie le rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie en se 30 basant sur une comparaison entre la commande de vitesseet le signal de réaction de vitesse afin de réguler la vitesse de l'arbre de sortie.

   8.- Système selon la revendication 7, dans lequel le premier trajet d'énergie comprend un arbre porteur (51) raccordant l'arbre d'entrée au différentiel.

   9.- Système selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le second trajet d'énergie comprend : un premier engrenage (54) raccordé à l'arbre 10 porteur ; une unité à déplacement variable (42, 62) couplée mécaniquement au premier engrenage qui convertit l'énergie mécanique fournie par le premier engrenage en énergie hydraulique ; 15 un plateau oscillant (64) raccordé à l'unité à déplacement variable ayant une position pouvant être commandée par l'unité de commande afin de modifier un volume de fluide fourni par l'unité à déplacement variable pour chaque tour du premier engrenage ; 20 une unité à déplacement fixe (44, 60) couplée hydrauliquement à l'unité à déplacement variable qui convertit l'énergie hydraulique en énergie mécanique ; et une seconde couronne (56) couplée 25 mécaniquement à la pompe à piston à déplacement fixe afin de communiquer une énergie en provenance du second trajet d'énergie au différentiel.

   10.- Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, comprenant en outre : 30 un générateur à aimant permanent (PMG) (70) couplé mécaniquement à l'arbre de sortie pour convertirl'énergie mécanique en énergie électrique qui est délivrée à l'unité de commande.

   11.- Système selon la revendication 10, dans lequel le capteur de vitesse est mis en oeuvre par le PMG (70), qui fournit une énergie électrique ayant une fréquence liée à la vitesse de l'arbre de sortie (22) qui est surveillée par l'unité de commande (32).

   12.- Système selon l'une quelconque revendications 7 à 11, dans lequel le différentiel 10 un différentiel interponts à train épicycloïdal (58) comprend une couronne, un ou plusieurs engrenages planétaires et une roue solaire, dans lequel le premier trajet d'énergie est couplé mécaniquement aux un ou plusieurs engrenages planétaires, le second trajet des est qui 15 d'énergie est couplé mécaniquement à la couronne, et l'arbre de sortie est couplé mécaniquement à la roue solaire.

   13.- Procédé de conversion d'une entrée mécanique à vitesse variable en une sortie mécanique à 20 vitesse variable régulée tournant à une vitesse souhaitée, le procédé comprenant : la réception d'une entrée mécanique via un arbre d'entrée (20) ; la communication de l'entrée mécanique reçue 25 via l'arbre d'entrée à un premier trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage fixe et un second trajet d'énergie ayant un rapport d'engrenage variable ; la combinaison de l'énergie mécanique reçue en provenance du premier trajet d'énergie et de l'énergie 30 mécanique reçue en provenance du second trajet d'énergievia un différentiel (32) pour fourniture à un arbre de sortie (22) ; la surveillance d'une vitesse de l'arbre sortie ; et la modification du rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie en se basant sur la vitesse surveillée de l'arbre de sortie afin de réguler la vitesse de l'arbre de sortie à la vitesse souhaitée.

   14.- Procédé selon la revendication 13, dans 10 lequel la modification du rapport d'engrenage variable du second trajet d'énergie comprend la modification d'une position d'un plateau oscillant (64) associé à une unité à déplacement variable (42, 62) afin d'augmenter ou de diminuer sélectivement l'énergie mécanique fournie 15 par le second trajet d'énergie.

   15.- Procédé selon la revendication 13 ou 14, comprenant en outre le raccordement de l'arbre d'entrée au différentiel (32) avec un arbre porteur (51).

   16.- Procédé selon l'une quelconque des 20 revendications 13 à 15, comprenant en outre le couplage mécanique d'un générateur à aimant permanent (70) à l'arbre de sortie afin de convertir l'énergie mécanique énergie électrique, l'énergie électrique étant délivrée à l'unité de commande. 25

   17.- Procédé selon la revendication 16, dans lequel la surveillance de la vitesse de l'arbre de sortie comprend en outre la surveillance d'une fréquence de l'énergie électrique fournie par le générateur à aimant permanent. 30 -

   18.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, comprenant en outre le couplagemécanique du premier trajet d'énergie à un ou plusieurs engrenages planétaires, le couplage mécanique du second trajet d'énergie à une couronne et le couplage mécanique de l'arbre de sortie à une roue solaire.5