FR2997652A1 - Roue a diametre variable - Google Patents

Abstract

La roue comporte une couronne 1 munie d'une pluralité d'aubes 21, 22 et suivantes qui s'écartent de leur position de repos pour faire varier le diamètre extérieur ou intérieur de la roue. La longueur totale desdites surfaces de coopération entre les aubes et le support de roulement est supérieure à la circonférence maximale extérieure ou intérieure selon le cas de la roue en position de travail,. Cette roue remplace la transmission et les pneus des voitures par un dispositif plus simple, très robuste et susceptible de transmettre une puissance importante, et a de très nombreuses autres applications, dont la réalisation de mécanismes de transmission de mouvement dont la variation peut être continue.

Description

Roue à diamètre variable. Domaine d'application L'invention est une roue dont le diamètre peut varier en fonction de sa vitesse de rotation ou selon un autre paramètre. C'est aussi une transmission variable. 5 Problème posé L'objectif premier poursuivi par la présente invention est de remplacer la transmission et les pneus des voitures par un dispositif plus simple, très robuste et susceptible de transmettre une puissance importante, une roue dont le diamètre varie soit en fonction de sa propre vitesse de rotation soit selon un autre paramètre. 10 La roue objet de la présente invention a de très nombreuses autres applications, dont la réalisation de transmissions qui peuvent être à variation continue. Art antérieur On cornait plusieurs méthodes permettant de faire varier le diamètre d'une roue, comme celles décrites dans les documents EP0705629A1 (Expandable wheel assembly, 10 avril 1996 - Robert 15 L. Beck) et US4773889 (Wheel for a toy vehicle - 27 septembre 1988 - Donald A Rosenwinkel et Wayne A Kuna) par exemple. Ces méthodes ont deux inconvénients majeurs qui sont - d'une part que la surface de contact entre les dispositifs proposés et le sol s'éloigne très sensiblement de la forme d'une roue, ce qui provoque des chocs préjudiciables à la solidité du dispositif et au confort des utilisateurs lorsqu'il s'agit de roues de voitures, 20 - d'autre part de ne pas permettre la transmission de forces importantes. On connait aussi de très nombreuses transmissions à variation continue qui font coopérer un élément de traction flexible sans fin comme une chaine ou une courroie avec des éléments articulés sur un disque et susceptibles de s'en éloigner par pivotement ou coulissement. Le principal document décrivant ce type de solution est EP0112112A1 (Variable ratio transmission, 25 27 juin 1984 - Michael Deal). Description sommaire des dessins L'invention sera bien comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 23 qui représentent toutes des dispositifs ou parties de dispositifs selon l'invention. 30 La figure 1 est une vue plane de trois roues selon l'invention, chacune dans une configuration différente, les aubes 21 22 et suivantes étant dans une position dite de travail dans la roue du haut, dans une position dite de repos dans celle du bas et dans une position intermédiaire dans celle du milieu.

On distingue un élément complémentaire dit disque d'orientation des aubes 7 comprenant des chemins d'orientation 71, 72 et 73 déterminant chacun la position d'une aube, respectivement les aubes 21, 22 et 23. Ces chemins étant solidaires les uns des autres, le déploiement de toutes les aubes est sensiblement identique. Les aubes sont des demi-cercles qui s'écartent du plan médian 5 de la roue de leur axe d'aube à leur extrémité. La figure 2 est une vue en perspective des trois roues de la figure 1, dans les mêmes configurations. On peut ici voir la surface de coopération 211 de l'aube 21 avec le support de roulement 6. Cette surface est tangente à la périphérie de la roue à des emplacements différents selon la position angulaire de l'aube 21 autour de son axe 210. 10 Les figures 3, 4 et 5 sont des vues différentes de trois roues selon l'invention dans un mode perfectionné, dans lequel les aubes 21, 22 et suivantes sont des spirales. L'axe d'aube 210 de l'aube 21 est fixé sur une couronne 1. La figure 5 est un éclaté qui permet de voir le détail d'une aube 21 avec son axe d'aube 210 et sa surface de coopération 211 avec le support de roulement. On distingue aussi la liaison mécanique qui lie l'extrémité 216 de l'aube 21 avec l'extrémité 226 15 de l'aube 22. La figure 6 montre l'expansion du diamètre d'une roue selon l'invention, qui peut être obtenue avec des aubes en forme de spirale. la figure 7 est un ensemble des vues en perspective et en plan d'aubes selon l'invention, qui sont ici des roues à aube ayant une extrémité souple permettant de rouler aussi bien sur tous terrains 20 que sur l'eau. Elles assurent à la fois la portance dynamique et la propulsion. Les roues représentées tournent dans le sens des aiguilles d'une montre et le véhicule qui en serait équipé irait donc de gauche à droite. La figure 8 est une vue en perspective d'une variante de roue selon l'invention, dans laquelle les aubes 21, 22 et suivantes sont fixées à une couronne 1 par un axe tangent à la périphérie de cette 25 couronne. Une telle roue a l'avantage de permettre un appui continu d'au moins une aube sur le support de roulement. La figure 9 est une vue en perspective d'une transmission à variation continue selon l'invention. L'axe principal est l'axe primaire de la transmission. Il comporte 4 roues selon l'invention, qui coopèrent avec un arbre secondaire 6B par l'intermédiaire d'un arbre entraîné 6 fixé à l'extrémité 30 d'un bras pivotant 61. L'arbre entraîné 6 est appuyé sur les 4 roues selon l'invention par un moyen connu comme un rappel élastique (non représenté), et met en rotation l'arbre secondaire 6B, avec un rapport de transmission qui est fonction de la position angulaire des aubes des roues selon l'invention.

Une butée (non représentée) permet de limiter le mouvement du bras 61 de telle sorte que la roue entraînée 6 ne touche pas les aubes lorsqu'elles sont en position dite de repos. La transmission est alors débrayée. Les figures 10 à 12 sont des vues en perspective d'une roue selon l'invention, qui est munie d'une 5 enveloppe extérieure 6 cylindrique. Cette enveloppe constitue le support de roulement 6 et coopère à son tour avec le sol par sa face extérieure. Elle coopère avec les aubes par la partie basse de sa face intérieure. L'axe principal 10 monte ou descend selon que les aubes passent en position de travail ou en position de repos. La figure 11 permet de voir qu'un des flancs latéraux de cette enveloppe extérieure comporte un passage pour l'axe principal 10. Ce passage peut être 10 rendu étanche par des moyens connus. La roue selon l'invention est alors enfermée dans l'enveloppe extérieure cylindrique. Une moitié seulement de cette enveloppe est représentée pour permettre de voir l'intérieur. Les figures 13 à 15 sont des vues en perspective d'une transmission selon l'invention, munie d'une enveloppe extérieure cylindrique qui est ici la roue 6 entraînée par la transmission. Les 15 aubes 21, 22 et suivantes comprennent des dents d'engrenage, qui coopèrent avec la roue 6, laquelle en comporte également. Les dents d'engrenage sont asymétriques pour qu'une dent d'une aube entraîne dans la plupart des cas une dent de la roue entraînée 6. Les figures 16 à 19 sont des vues en perspective d'une transmission selon l'invention, composée de deux transmissions selon l'invention, qui sont associées en série. La roue entraînée 6 de la 20 première est solidaire d'une seconde couronne munie d'une seconde série d'aubes, lesquelles coopèrent avec une seconde roue entrainée 6B. L'axe 10 de la première couronne 1 est fixe, ainsi que celui de la seconde roue entraînée 6B. Ils sont ici parfaitement alignés. Les figures 21 et 22 montrent les positions extrêmes possibles, qui conduisent à une variation très importante du rapport de transmission entre l'arbre primaire d'axe 10 et l'arbre secondaire qu'est la roue 6B. 25 La figure 20 est une vue en plan d'un sous-ensemble d'une transmission selon l'invention, dans laquelle les aubes ont une position inversée : leur partie utile est située à l'intérieur de la couronne 1, et l'arbre entraîné 6 est également situé à l'intérieur de cette couronne 1. Une aube 21 est ici rectiligne et comporte des dents 2101, 2012 et suivantes dont la surface de coopération avec les dents 601, 602 et suivantes de la roue 6 est optimisée de telle sorte que la possibilité 30 d'un conflit entre une dent 2101 d'une aube 21 et une dent 601 de l'arbre entraîné 6 soit minimale. Une aube 21 comporte un axe d'aube 210, un contrepoids 2110 situé à l'opposé de la partie de l'aube comportant des dents, par rapport à son axe d'aube 210, et est munie d'une tige 2130 reliant un axe de tige 2120 situé à l'opposé de la partie de l'aube comportant des dents à une couronne dite élément de synchronisation 7 par un axe 2140. Lorsque l'on fait varier la position angulaire d'une aube 21 quelconque par rapport à la couronne 1, la couronne de synchronisation 7 tourne ainsi autour de l'axe de rotation de la couronne 1, ce qui provoque la même modification angulaire des autres aubes 22, 23 et suivantes par rapport à la couronne 1. La figure 21 est une vue grossie d'un détail de la figure 20, montrant la géométrie d'une dent 2201 de l'aube 22, et celle d'une dent 601 de l'arbre entraîné 6. Chaque dent comprend une surface dite de coopération (respectivement 21011 et 6011), une extrémité (respectivement 21012 et 6012) et une surface dite de retour (respectivement 21013 et 6013). Il est à noter que les deux extrémités sont pointues - les surfaces de coopération et de retour formant entre elles un angle aigu - et que l'inclinaison des surfaces de coopération donne naissance à un couple horaire de l'aube 22 par rapport à son axe d'aube 220, qui a tendance à écarter l'aube 22 de l'arbre entraîné 6. La force centrifuge s'appliquant à la masse 2210 donne lieu à un couple inverse qui est plus fort et assure la coopération des dents. Les figures 22 et 23 sont des vues en perspective d'une transmission comportant plusieurs sous-ensembles tels que celui représenté à la figure 20, d'abord dans une position de forte démultiplication, et ensuite dans une position où la couronne 10 et l'arbre entraîné 6 tournent à la même vitesse. La transmission est alors en prise directe, sans aucun frottement. Exposé de l'invention L'invention est une roue constituée d'une structure centrale dite couronne 1 tournant autour d'un axe dit axe principal 10, munie d'une pluralité d'éléments dits aubes 21, 22 et suivantes coopérant avec une surface dite support de roulement 6 comme le sol, la surface intérieure ou extérieure d'un arbre entraîné, un engrenage, une courroie ou une chaîne, une aube 21 pouvant prendre une pluralité de positions allant d'une position dite de repos à une position dite de travail, caractérisée par le fait que la longueur totale desdites surfaces de coopération possibles 211, 221 et suivantes de la totalité des aubes est supérieure à la circonférence maximale de la roue lorsque lesdites aubes sont en position de travail, étant précisé que, dans le cas où une aube est munie de dents ou a une surface irrégulière, on entend par longueur d'une surface de coopération 211 d'une aube 21 la longueur de la ligne reliant entre elles les extrémités des dents considérées ou de toutes autres protubérances. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : une aube 21 est située dans un plan unique qui est perpendiculaire à l'axe d'aube 210; un point d'une aube 21 distant de son axe d'aube 210 est relié mécaniquement à un élément 7 dit de synchronisation ; un point d'une aube 21 distant de son axe d'aube 210 est relié mécaniquement à un point d'une autre aube 22; une aube 21 est reliée par son extrémité 216 à l'extrémité 226 d'une aube 22, chaque extrémité 216 et 22 b étant située à l'opposé de l'axe 210 ou 220 de l'aube considérée ; le coefficient de friction statique entre la surface de l'aube coopérant avec le support de roulement 6, et la surface du support de roulement 6 mise en contact avec l'aube est supérieur à 0.5; une aube 21 comporte une extrémité avant 215 et une extrémité arrière 216 situées à des distances différentes d'un plan perpendiculaire audit axe principal 10; une aube 21 est déformable entre sa position dite de repos et sa position dite de travail ; - une aube 21 est reliée à ladite couronne 1 par un axe de rotation solidaire de ladite couronne 1, dit axe d'aube 210; une aube 21 coulisse le long un chemin solidaire de ladite couronne 1; le profil d'une aube 21 est une spirale dont l'origine est située sur l'axe d'aube 210; - la surface de coopération 211 d'une aube 21 avec ledit support de roulement comporte au moins un point aligné avec ledit axe principal 10 et l'axe d'aube 210; ladite surface de coopération 211 est une portion de cylindre de même rayon que celui de la roue selon l'invention ; ladite surface de coopération 211 comporte au moins une droite sensiblement parallèle audit axe principal 10; l'enveloppe virtuelle de l'ensemble des aubes dans la même position de repos ou de travail ou intermédiaire est un polygone sensiblement régulier dont le nombre de sommets est égal au nombre d'aubes 21, 22 et suivantes et dont le centre de symétrie coïncide avec l'axe de ladite couronne 1; la roue comprend un moyen de rappel élastique des aubes ; une aube 21 comporte des dents 2101, 2102 et suivantes qui coopèrent avec des dents 601, 602 et suivantes du support de roulement 6; l'extrémité des dents 2101, 2102 et suivantes d'une aube 21 est un angle aigu ; - la surface extérieure d'une dent d'une aube 21 ou d'un arbre secondaire 6 est inférieure à 20% de la distance totale entre la dent considérée et la dent suivante ; le nombre d'aubes est suffisant pour que le support de roulement 6 coopère par au moins l'une de ses dents avec une dent d'une aube ; la roue comporte une enveloppe extérieure 6; ladite enveloppe extérieure 6 est cylindrique et son diamètre intérieur est au moins égal à la distance entre ledit axe principal 10 et la partie la plus éloignée de ladite surface de coopération 211 entre ladite aube 21 et ledit support de roulement lorsque ladite aube 21 est en position dite de travail ; - un moteur est situé à l'intérieur de ladite enveloppe extérieure 6; - ladite enveloppe extérieure 6 est une chenille ; ladite enveloppe extérieure 6 comporte deux flancs latéraux dont l'un 32 comporte un passage 320 pour l'axe principal ; l'invention est un mécanisme de transmission ; l'arbre secondaire 6 du mécanisme de transmission est situé à l'intérieur de la couronne 1; - deux variateurs de couple sont assemblés en série, et l'arbre de sortie 6 du variateur amont est solidaire de la couronne 1 du variateur aval ; l'invention est un engin automobile. Description détaillée de l'invention La roue selon l'invention comporte constituée d'une structure centrale tournante autour d'un axe dit axe principal, dite couronne 1 qui est munie d'une pluralité d'éléments dits aubes 21, 22, lesquels coopèrent avec le sol ou avec tout autre support de roulement. Le diamètre de la roue est variable, et dépend de la position des aubes 21, 22 et suivantes. Il varie de sa plus petite valeur lorsque les aubes sont dans une position dite de repos à sa plus grande valeur lorsqu'elle sont dans une position dite de travail.

La géométrie des aubes Les aubes peuvent coulisser le long un chemin solidaire de ladite couronne 1, mais la solution préférée est celle dans laquelle une aube 21 pivote autour d'un axe d'aube 210 situé sur la couronne 1. Pour que la surface de coopération 211 entre les aubes et le support de roulement 6 ait une forme la plus régulière possible, quelles que soit la position des aubes, pour limiter les irrégularités susceptibles de provoquer du bruit et des chocs préjudiciables à la solidité du dispositif et au confort des utilisateurs lorsqu'il s'agit de roues de voitures, pour permettre la transmission de forces importantes, il faut que les aubes 21, 22 et suivantes soient les plus allongées possibles dans le sens de roulement de la roue selon l'invention.

Dans le cas où la position de travail des aubes est à l'extérieur de la couronne 1, comme c'est le cas pour les figures 1 à 19, la surface de coopération entre une aube 21 et le support de roulement comme le sol doit être convexe pour que l'enveloppe de l'ensemble des aubes se rapproche le plus possible d'un cercle. Dans le cas contraire, les aubes sont avantageusement rectilignes pour que la ligue de tangence d'une aube 21 avec l'arbre entraîné 6 soit sensiblement aligné avec l'axe 210 de l'aube considérée, ce qui a pour conséquence que l'aube peut être munie de dent qui coopèrent toutes de la même façon avec l'arbre entraîné 6. Avantageusement, les aubes sont réparties uniformément sur le pourtour de la couronne, et l'enveloppe virtuelle de l'ensemble des aubes dans la même position de repos ou de travail ou intermédiaire est un polygone courbe sensiblement régulier dont le nombre de sommets est égal au nombre d'aubes 21, 22 et suivantes et dont le centre de symétrie coïncide avec l'axe de ladite couronne 1. Il faut aussi que la longueur totale desdites surfaces de coopération possibles 211, 221 et suivantes de la totalité des aubes est avantageusement supérieure à la circonférence maximale de la roue lorsque lesdites aubes sont en position de travail. Cette condition est nécessaire pour que l'on puisse avoir une coopération la plus permanente possible entre l'ensemble des aubes d'une part et le support de roulement 6 d'autre part, et ceci pour plusieurs positions d'aube correspondant à différents diamètres de la roue selon l'invention. Cela peut être mis en oeuvre de nombreuses façons différentes.

Selon un premier mode de mise en oeuvre, une aube 21 peut être située dans un plan unique qui est perpendiculaire à l'axe d'aube 210, comme représenté aux figures 13 à 23. Selon un second mode de mise en oeuvre représenté aux figures 3 à 5, une aube 23 comporte une extrémité avant 235 et une extrémité arrière 236 situées à des distances différentes d'un plan perpendiculaire audit axe principal 10, et que au moins dans une des positions possibles allant de la position dite de repos à la position dite de travail une portion d'une aube 21 est située en vis à vis d'une portion d'une autre aube 22 selon ledit axe principal 10. Selon un troisième mode de mise en oeuvre, représenté à la figure 7, une partie au moins d'une aube 21 est déformable entre sa position dite de repos et sa position dite de travail. On joue alors sur cette déformation pour pouvoir passer d'une position à l'autre. Dans la position dite de repos, l'extrémité de l'aube peut ainsi être rangée sous une aube voisine. Cette version particulière de l'invention est aussi recommandée pour réaliser avec l'invention une turbine ou bien un ventilateur. L'axe d'une telle turbine est avantageusement vertical pour ventiler uniformément toute une pièce en aspirant l'air au sol et au plafond, avec un encombrement minimal replié au repos, sans danger en fonctionnement.

Selon un quatrième mode de mise en oeuvre, représenté à la figure 2, les aubes sont séparées en deux branches dans leur partie la plus éloignée de l'axe d'aube, et chacune des deux branches s'éloigne de l'axe médian perpendiculaire à l'axe d'aube considéré.

Les méthodes ci-dessus peuvent évidemment être combinées pour obtenir un allongement maximal des aubes 21, 22 et suivantes et une grande surface totale de coopération entre les aubes et le support de roulement 6. Dans tous les cas, lorsque l'on veut transmettre de la puissance (accélération ou freinage), il est important que la surface de contact de l'aube avec le support ne se limite pas à un point comme c'est le cas pour certains dispositifs de l'art antérieur, même dans le cas d'une déformation de la surface extérieure de ladite aube. Ceci veut dire que la seule géométrie de l'aube suffit pour que la surface de contact soit supérieure à un point et qu'il n'est pas nécessaire d'écraser un matériau souple pour obtenir une surface de coopération 211 suffisante.

Cette caractéristique est essentielle parce qu'elle permet la transmission de couples et d'efforts importants. La surface de coopération 211 comporte avantageusement une droite, laquelle est de préférence parallèle à l'axe de rotation de la couronne 1, dit axe principal. Lorsque le support de roulement est une surface cylindrique, cette droite est parallèle à l'axe du cylindre considéré.

La modification de la géométrie de la roue Plusieurs méthodes sont proposées pour faire passer les aubes 21, 22 et suivantes de leur position de repos à leur position dite de travail et réciproquement, en passant par une multitude de positions intermédiaires. La position d'une aube peut être déterminée par la force centrifuge qui s'applique à sa masse en 20 rotation, par un rappel élastique vers sa position de repos, ou vers sa position de travail ou vers toute position intermédiaire, selon l'emplacement de son centre de gravité, lequel est déterminé librement par l'homme de l'art. Selon un mode simplifié de réalisation de l'invention recommandé pour des applications ludiques, optimisée pour maximiser la force centrifuge, la simplicité d'assemblage, le 25 déploiement sans pertes ni friction, les aubes sont de profil semi plan épaisses, et découpées en chevron pour s'encastrer les unes dans les autres. Dans ce mode de réalisation, la bande de roulement n'est plus parfaitement circulaire quand le diamètre augmente avec l'écartement des aubes de leur position de repos, et n'est pas optimisée pour réduire ni les vibrations ni la fluidité du roulement. 30 Une version perfectionnée palie cet inconvénient : dans ce cas, la surface de coopération 211 entre ladite aube 21 et ledit support de roulement est une portion de cylindre de même rayon que celui de la roue selon l'invention. Ceci favorise la qualité de la coopération entre une aube 21 et le support de roulement avec lequel elle coopère.

Une façon s'approcher de ce résultat est que le profil d'une aube 21 soit une spirale dont l'origine est située sur l'axe d'aube 210. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, les aubes sont ainsi des extrusions dans l'axe de la roue d'une surface de spirale ayant pour origine le dit axe d'aube.

Le rayon peut ainsi ne varier le long de la bande de roulement que de 1 à 2% pour 9 aubes, cette variation étant une fonction inverse du carré du nombre d'aubes. Les figures 3 à 6 montrent tout l'avantage qu'il y a à utiliser des aubes ayant la forme de spirales, et l'important développement qui en résulte. Le nombre de segments de spirales détermine le défaut de circularité résiduel, il est observé que 9 spirales réduisent ce défaut à 1% pour un roulement sur surface plate, et 18 spirales font tomber sous le 1% par un effet de réduction quadratique. Dans une mise en oeuvre particulièrement adaptée à des roues devant transmettre de la puissance, soit en accélération soit en freinage, l'axe d'aube 210 est parallèle ou sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la roue.

Dans d'autres modes de mise en oeuvre, l'axe d'aube 10 peut aussi être dans un plan perpendiculaire à l'axe dit principal. Ceci permet d'obtenir une continuité de l'ensemble formé par les surfaces de coopération 211, 221 et suivantes de toutes les aubes 21, 22 et suivantes. Ce mode de mise en oeuvre est plus adapté aux roues selon l'invention n'ayant pas pour objectif de transmettre de la puissance, mais uniquement de supporter une charge (par exemple pour réaliser des roues pliantes pour une poussette d'enfants). Il est recommandé d'associer en parallèle des roues selon l'invention pour améliorer la continuité de cet ensemble de surfaces de coopération. Il est possible de combiner les deux modes de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits, et aussi de relier mécaniquement des aubes selon le premier mode avec des aubes selon le second, pour positionner les aubes de la façon la plus adaptée au terrain sans aucun choc d'une aube sur le support de roulement. Dans une version préférée, les aubes se replient pratiquement sans jeu entre elles. Elles peuvent être d'épaisseur sensiblement constante, ou avoir une épaisseur qui diminue vers leur extrémité la plus lointaine de l'axe d'aube.

Totalement déployées, ces aubes augmentent par exemple le diamètre de la roue d'un facteur compris entre 2 et 3 dans le cas où leur position de travail est située à l'extérieur de la couronne 1, et beaucoup plus dans le cas contraire illustré aux figures 20 à 23. Un rappel élastique des aubes en position de repos ou dans une position intermédiaire est recommandé, mais il est avantageux que le débattement d'une aube entre sa position dite de travail et une position intermédiaire ne mette pas en jeu ce rappel élastique, de façon à ne pas dégager inutilement de chaleur. Synchronisation des aubes Le déploiement des aubes peut être synchronisé par un mécanisme 7 dit de synchronisation, ce 5 qui a pour avantage de réduire le choc lors de l'arrivée d'une aube sur le support de roulement, l'aube étant déjà dans une position optimisée. Ce mécanisme peut être volontairement un peu élastique ou imprécis, de façon à permettre un ajustement automatique de la position de l'aube lorsqu'elle rencontre le support de roulement 6. Dans ce cas, la force centrifuge qui s'applique à toutes les aubes s'additionne pour être transmise 10 à l'aube qui est en contact avec le support de roulement 6. Il existe de nombreuses façons de réaliser un tel mécanisme 7 en mettant en oeuvre un engrenage, une bielle, un came, un mécanisme à pivot ou un chemin de roulement coopérant avec un élément solidaire de l'aube. Un point d'une aube 21 distant de son axe d'aube 210 peut être relié mécaniquement à un point d'une aube 22. En particulier, une aube 21 peut être reliée par son 15 extrémité 216 à l'extrémité 226 d'une aube 22, chaque extrémité 216 et 22 b étant située à l'opposé de l'axe 210 ou 220 de l'aube considérée. Une autre solution consiste à ce que un point d'une aube 21 distant de son axe d'aube 210 soit relié mécaniquement à l'élément de synchronisation 7. Cet élément peut être un disque comprenant un ensemble de guides coopérant avec un élément 20 d'une aube 21, la position angulaire de cet élément de synchronisation 7 par rapport à la couronne 1 déterminant la position des aubes 21, 22 et suivantes. Un tel élément de synchronisation 7 par guides est représenté aux figures 1 et 2. Cet ensemble de guides 7 peut être mis en rotation par un moteur indépendant de celui mettant en rotation la couronne 1. L'élément de synchronisation 7 peut aussi être une couronne 7 relié par des tiges 2130, 2230 et 25 suivantes respectivement aux aubes 21, 22 et suivantes, comme représenté aux figures 20 à 22. Une telle couronne 7 peut être située à l'intérieur ou à l'extérieur de la couronne 1, ou être accolé à elle dans la direction de l'axe de rotation de la couronne 1. Les figures 3 à 5 montrent un exemple de mise en oeuvre d'une roue optimisée pour sa circularité et sa simplicité de fabrication et d'assemblage comportant 18 profils de spirale similaires 30 enroulés en hélice, reliées à une couronne 1 et à une couronne de synchronisation 7 similaires. Les aubes sont reliés 2 par 2 à leur extrémité par un axe sensiblement parallèle à celui de la roue. Une telle roue peut augmenter son diamètre d'un facteur proche de 2.5 en étant parfaitement plan compactée et présenter des défauts de circularité mineurs ensuite. Du fait des liaisons axiales, l'expansion des aubes entraîne la rotation de la couronne de synchronisation 7 par rapport à la couronne 1. Avec 18 aubes similaires, les aubes étant reliées entre elles par une pluralité d'axes parallèles à l'axe de rotation de la couronne 1, une roue selon l'invention a un diamètre qui varie d'un facteur jusqu'à 2.5 en fonction de l'angle relatif entre les deux couronnes 1 et 7. La coopération entre les aubes et le support de roulement L'interface est de préférence une surface réglée d'axe parallèle à celui de la roue, susceptible de transmettre des efforts et des couples sans déformation à toute autre surface réglée dont l'axe de courbure local est également parallèle à celui de roue. Cette roue non déformable et non élastique est donc adaptée à la transmission de couples et d'efforts centripètes importants sans déformation ni perte de roulement. Elle présente pourtant à 10 volonté une fonction de suspension et d'amortissement sans friction. Une aube 21 peut comporter des dents 2101, 2102 et suivantes qui coopèrent avec les dents 601, 602 et suivantes du support de roulement 6. Le nombre d'aubes est préférablement suffisant pour que le support de roulement 6 coopère par au moins l'une de ses dents avec une dent d'une aube. La question de la forme des dentures est particulièrement sensible. En effet, la denture du 15 support de roulement 6 peut coopérer avec celle d'une aube 21, mais se retrouver en conflit avec celle de l'aube suivante, pour une position d'aube dans laquelle le nombre de dents du support de roulement 6 correspondant à un tour complet de la couronne 1 n'est pas un multiple du nombre d'aubes. Ces conflits peuvent être acceptés en augmentant le nombre d'aubes, pour qu'une aube en conflit 20 soit suivie d'une autre à une distance d'une demi-dent du support de roulement. Une solution préférée consiste à minorer la partie périphérique 22011 des dents d'une aube 22 et la partie extérieure des dents du support de roulement 6, en rendant ces parties périphériques pointues. Le fait que l'extrémité des dents 2101, 2102 et suivantes d'une aube 21 forme un angle aigu a 25 pour effet de diminuer les possibilités d'un conflit qui ne plus se produire que lorsque deux parties pointues se retrouvent face à face. Pour obtenir une coopération continue entre les aubes et le support de roulement 6, il suffit alors d'augmenter un peu le nombre d'aubes. On peut aussi se satisfaire d'une coopération qui est presque continue. Avantageusement, la surface extérieure d'une dent d'une aube 21 ou d'un arbre secondaire 6 est 30 inférieure à 20% de la distance totale entre la dent considérée et la dent suivante. L'inclinaison entre d'une part la droite reliant le point de contact de l'aube avec l'axe d'aube, et d'autre part la zone de coopération entre la surface de coopération 22011 de l'aube 22 qui se confond sensiblement avec la surface de coopération 6011 du support de roulement 6 peut être perpendiculaire à la surface du support de roulement, comme représenté aux figures 16 à 19. Il peut en résulter de petits à-coups dans l'entraînement, mais ceux-ci sont facilement neutralisés par l'inertie du système. Cette inclinaison peut aussi être telle qu'elle donne naissance - comme représenté aux figures 20 à 23, à un couple de l'aube 22 par rapport à son axe d'aube 220 qui ait tendance à écarter l'aube 5 22 de l'arbre entraîné 6. Cela paraît de prime abord un mauvais choix parce que ça nuit à la coopération entre les dents de l'aube et celle du support de roulement, mais l'homme de l'art peut concevoir l'aube de telle sorte que la force centrifuge s'appliquant à son centre de gravité donne lieu à un couple inverse qui soit plus fort. La force centrifuge est en effet très importante. L'avantage de cette solution est que les dents coopèrent dans pratiquement tous les cas, la dent de 10 l'aube s'enfonçant simplement plus ou moins fortement dans la denture du support de roulement 6. Une autre solution consiste à ne pas utiliser de dent. Il faut dans ce cas que le coefficient de friction statique entre les surfaces de coopération entre l'aube et l'élément entraîné mises en contact soit élevé. L'aube peut par exemple être rigide et coopérer avec un support de roulement 15 en caoutchouc ou un autre élastomère de synthèse. La solution préférée consiste à ce que ces deux éléments soient en aluminium car dans ce cas le coefficient de friction statique (relié à la force nécessaire pour commencer le mouvement de glissement) se situe entre 1.05 et 1.35, et le coefficient de friction (force moyenne mesurée durant le mouvement) est de 1.4. En règle générale, il est avantageux que le coefficient de friction statique entre la surface de l'aube 20 coopérant avec le support de roulement 6, et la surface du support de roulement 6 mise en contact avec l'aube soit supérieur à 0.5. Le rappel élastique Le changement de position des aubes 21, 22 et suivantes peut répondre à de très nombreuses règles que l'homme de l'art peut combiner à volonté. 25 Ce changement peut répondre à une commande extérieure, mais aussi être déterminé par la vitesse de rotation, selon la force cinétique centrifuge qui s'applique aux aubes, ou encore par la combinaison d'un couple moteur ou résistant. Une roue selon l'invention comprend avantageusement un moyen de rappel élastique des aubes dans une position particulière, qui dépend de l'objectif poursuivi. Par exemple, lorsqu'il s'agit de 30 roues d'une automobile, il peut être souhaitable d'avoir une garde au sol minimale, ou constante quelle que soit la vitesse de rotation des roues. Le rappel élastique permet de placer les aubes dans une position intermédiaire. Il est avantageux que le rappel élastique cesse d'être en fonction lorsque les aubes sont dans une position entre cette position intermédiaire et la position de travail, afin que les changements de position des aubes entre ces deux positions ne génère aucune déperdition d'énergie par dégagement de chaleur du rappel élastique. En effet, l'une des caractéristiques des roues selon l'invention est que la force centrifuge qui s'applique aux aubes peut - si leur masse est suffisante - permettre à elle seule de sustenter la roue d'un véhicule au dessus du sol. On obtient ainsi une suspension qui durcit avec la vitesse, et qui ne consomme aucune énergie. Une diminution du rayon de la roue, due à une bosse sur la route par exemple, donne en effet lieu à un transfert d'énergie dans la roue elle-même qui accélère. Cette énergie est transmise au moteur, et restituée sous forme d'énergie cinétique dans le cas d'une augmentation du rayon de la roue.

L'enveloppe extérieure Pour éviter que les aubes 21, 22 et suivantes soient en contact direct avec une route qui peut être boueuse ou sale, ainsi que pour constituer une couche d'usure et améliorer la continuité de la surface de roulement, il est dans certains cas avantageux de munir la roue d'une enveloppe extérieure 6. Cette enveloppe peut aussi constituer l'arbre entraîné 6 d'un mécanisme de transmission de mouvement. Dans le cas où cette enveloppe extérieure 6 est cylindrique, son diamètre intérieur de cette enveloppe est au moins égal à la distance entre ledit axe principal 10 et la partie la plus éloignée de ladite surface de coopération 211 entre ladite aube 21 et ledit support de roulement lorsque ladite aube 21 est en position dite de travail, pour que les aubes puissent être toutes simultanément en position de travail.

Dans le même objectif, l'enveloppe extérieure 6 cylindrique comporte avantageusement deux flancs latéraux. Lorsque la roue est motorisée, ou doit pouvoir être freinée par un système de freinage extérieur à ladite enveloppe extérieure 6 cylindrique, un passage 320 est pratiqué dans Fun de ces flancs 32 pour permettre le passage de l'axe principal. Dans une version perfectionnée, une telle roue comporte un moteur qui est situé à l'intérieur de ladite enveloppe extérieure 6 (version non représentée). L'enveloppe extérieure 6 peut aussi ne pas être cylindrique. Il peut par exemple s'agir d'une chenille coopérant avec une roue selon l'invention. L'homme de l'art peut concevoir de nombreux types de chenille compatibles, comportant ou non des flancs latéraux servant pour le guidage, ou pouvant être réduits à un simple fil ou à un filet.

Les mécanismes de transmission de mouvement La présente invention rend possible la réalisation de transmissions à variation capables de transférer des efforts importants dans les meilleures conditions d'économie d'énergie. La variation peut être continue ou proposer une pluralité de rapports de transmission prédéterminés par le concepteur du dispositif De telles boites transmissions peuvent être associées en série pour obtenir des démultiplication très importantes. Un mécanisme de transmission de mouvement selon l'invention comporte une roue selon l'invention, munie ou non d'une enveloppe virtuelle, qui coopère avec un support de roulement 6 5 qui peut être une courroie ou la partie intérieure ou extérieure d'un cylindre, ou une seconde roue selon l'invention. La surface de chaque surface de coopération 211 d'une aube 21 peut présenter un coefficient de frottement important ou bien des dents formant un engrenage pour engrener sur une roue réceptrice 6 elle-même pourvue d'engrenages. Dans ce cas, il est possible qu'une aube 21 10 rencontre une dent avec laquelle elle n'est pas synchronisée, c'est-à-dire que et que ses dents se retrouvent face à face avec une dent de la roue réceptrice 6. Cela résulte de la variabilité de la circonférence de la roue selon l'invention. Plusieurs méthodes sont proposées pour palier cet inconvénient. Les deux premières sont expliquées plus haut au chapitre consacré à la coopération entre les 15 aubes et le support de roulement 6. Elles consistent respectivement à adopter une forme de denture adaptée, et à ne pas utiliser de dent en choisissant pour le aubes et pour le support de roulement 6 des matériaux ayant entre eux un faible coefficient de friction statique. Une troisième méthode consiste à donner un degré de liberté supplémentaire à l'aube 21, par exemple en lui permettant de tourner autour de son axe longitudinal. Les dents de l'aube 21 sont 20 dans ce cas situées à des distances différentes de l'axe d'aube selon l'orientation de l'aube autour de cet axe. L'homme de l'art peut orienter les dents de l'aube 21 pour que la pression de l'aube sur le support de roulement provoque la rotation de l'aube jusqu'à ce que les dents de l'aube puissent coopérer efficacement avec celles de la roue réceptrice. Une quatrième méthode consiste à munir l'arbre récepteur 6 d'une pluralité de secteurs angulaires 25 dont la juxtaposition forme un engrenage cylindrique comprenant le nombre total N de dents qu'il faut pour coopérer avec une l'aube à la distance considérée du plan parallèle à ladite couronne 1, mais auquel il manque un secteur angulaire correspondant à un angle égal à 2/7/N. Deux secteurs angulaires juxtaposés par un rayon sont reliés entre eux par un moyen de rappel leur permettant de se décaler angulairement par rapport à une position d'équilibre. 30 La position d'équilibre est celle dans laquelle deux secteurs voisins sont synchronisés par rapport à deux dents d'aubes 21 et 22 qui se succèdent par dans le même plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la couronne 1 lors de la coopération des dents de l'aube avec celles de l'arbre récepteur 6.

Le débattement entre un secteur angulaire et l'arbre récepteur est limité mécaniquement par une butée, de telle sorte qu'un moment appliqué à un secteur angulaire l'écarte de sa position d'équilibre jusqu'à ce qu'il devienne solidaire en rotation avec l'arbre récepteur. Le rapport de transmission est déterminé par la différence de diamètre entre les deux arbres 5 primaire 1 et secondaire 6 du dispositif. Il peut varier entre deux valeurs extrêmes quelconques librement déterminées par l'homme de l'art. Le dispositif peut aussi faire fonction d'embrayage, à la condition que ladite seconde roue ne soit pas en contact avec les aubes lorsque celles-ci sont en position de repos, et ne vienne en contact avec elles que sur commande de l'utilisateur ou à partir d'une certaine vitesse de rotation dans le 10 cas où l'écartement des aubes est obtenu par la force centrifuge. Il est possible de faire varier le rapport de transmission automatiquement en hausse comme en baisse selon la vitesse de l'arbre muni d'une roue selon l'invention. Cette roue a un diamètre qui augmente automatiquement en fonction de la vitesse de rotation si le centre de gravité d'une aube 21 est situé entre son axe d'aube 210 et sa surface de coopération 211, et un diamètre qui diminue 15 automatiquement en fonction de la vitesse de rotation si le centre de gravité d'une aube 21 est situé à l'opposé de sa surface de coopération 211 par rapport à l'axe d'aube 210. La roue selon l'invention peut être aussi bien l'arbre primaire que l'arbre secondaire de la transmission obtenue. Dans le premier cas, le rapport de transmission est déterminé par la vitesse du moteur, et dans l'autre par celui de l'arbre secondaire. 20 Une méthode particulière permet de déterminer le rapport de transmission automatiquement en fonction de la résistance de l'arbre secondaire même dans le cas où la roue selon l'invention est sur l'arbre primaire. Il faut pour cela que le couple de résistance de l'arbre secondaire augmente la pression de ladite seconde roue sur la roue selon l'invention. Dans le cas où la faible vitesse de l'axe moteur ou bien l'objectif de limiter la masse des segments ne permet pas de recourir à la 25 force d'inertie centrifuge pour déployer l'aube 21, le déploiement de l'aube peut résulter de l'effet du couple résistant en opposition au couple moteur. Une aube 21 en rotation transmet à la fois un couple mais aussi un effort centrifuge par effet de levier au point de contact, ayant pour conséquence un équilibrage automatique équivalent à celui obtenu par l'effet de la force d'inertie centrifuge. Dans ce cas, l'entraînement des spirales doit se faire dans le même sens que leur 30 déroulement. Cela est particulièrement adapté pour les boites de vitesse de puissance de véhicules lents. Les mécanismes de transmission de mouvement selon l'invention peuvent avoir un arbre secondaire 6 situé à l'extérieur de la couronne 1 comme illustré aux figures 9 à 19, ou à l'intérieur comme illustré aux figures 20 à 23.

Deux variateurs de couple sont assemblés en série, l'arbre de sortie 6 du variateur amont étant par exemple solidaire de la couronne 1 du variateur aval comme illustré aux figures 16 à 19. Les engins automobiles La présente invention est de remplacer la transmission et les pneus des voitures par un dispositif 5 unique plus simple, très robuste et susceptible de transmettre une puissance importante, une roue dont le diamètre varie soit en fonction de sa propre vitesse de rotation soit selon un autre paramètre. Même en l'absence d'enveloppe extérieure cylindrique, la bande de roulement reste presque parfaitement plan quelque soit la valeur de son diamètre. 10 Les aubes agissent également comme suspension, la force centrifuge opposant une raideur proportionnelle à la vitesse tangentielle donc par exemple celle du véhicule, ce qui est requis pour une meilleure tenue de route mais n'est obtenu avec l'art antérieur qu'au prix d'asservissements coûteux. Cette suspension est sans perte ni usure car la force centrifuge ne travaille pas, ne s'use pas, et ne 15 génère aucune fatigue de matériaux. Au contraire d'un pneu soumis à des cycles de compression et décompression et déformations élastiques permanents, cette suspension sans perte réduit la puissance nécessaire au roulement et réduit donc la puissance consommée Enfin les aubes assurent un amortissement, car la vitesse et la variation de diamètre apparent sont 20 reliées à la variation de la vitesse de rotation de l'axe, lui-même connecté au moteur. C'est donc le moteur lui-même qui assure la fonction d'amortissement sans perte d'énergie. Un véhicule muni de roues selon l'invention a une garde au sol qui varie en fonction du diamètre variable de la roue. Dans le cas où les aubes s'écartent en fonction de la vitesse de rotation de la roue, la garde au sol du véhicule augment avec sa vitesse linéaire. 25 Les jouets et les véhicules ludiques Lorsque le déploiement est contrôlé par l'utilisateur, un déploiement sans perte par friction à une vitesse élevée soumet le véhicule à une force ascensionnelle, qui se combine avec un effet de perche et peut permettre de le projeter en hauteur si le véhicule est assez léger au regard de l'énergie cinétique libérée. Cela s'applique à des jouets télécommandés, et à des véhicules 30 ludiques dont le saut est contrôlé à volonté et ne dépend que de la survitesse en mode replié. Selon l'invention, le saut est déclenché par la libération du mécanisme reliant les aubes par moyen mécanique ou électromécanique. Une fois déployées, les aubes augmentent le rayon apparent de la roue d'un facteur 2,5 environ. Ce déploiement agit corne un changement de vitesse automatique.

Les engins amphibies Une roue selon l'invention peu équiper un véhicule amphibie, son déploiement dans l'eau réalise une fonction conjointe de turbine centrifuge assurant une portance dynamique de propulsion par réaction.

La force centrifuge MNP/r, (V vitesse tangentielle de la roue et r distance du centre de gravité à l'axe), appliquée à l'ensemble des aubes de masse globale M et transmise aux aubes en contact avec l'eau équilibre pour une vitesse suffisante le poids du véhicule Mv par une relation Mv g = M V2/r. L'équilibre est trouvé à rayon r dépendant de V vitesse tangentielle de la roue, régulant le 10 volume apparent de la roue, donc sa flottaison. La flottaison de la roue dépend donc de sa vitesse de rotation. Cette roue peut équiper un véhicule qui roule sur l'eau, même s'il n'a pas de flottaison intrinsèque, aussi longtemps que les roues tournent à une vitesse suffisante. Cette version de roue à aube de forme sensiblement spirale peut être optimisée pour rouler aussi 15 bien sur tous terrains solides ou fluides et pour assurer à la fois la portance dynamique et la propulsion. La roue selon l'invention a aussi la fonction d'une suspension variable sans dissipation ni fatigue, d'un amortissement par transmission, et celle de boite de vitesse automatique dans la mesure ou l'augmentation de la vitesse tangentielle s'accompagne spontanément d'une augmentation du 20 développement. Elle transmet par effet du couple gyroscopique au véhicule pendant un tournant à haute vitesse un couple stabilisateur qui compense l'effet de la force centrifuge du véhicule. Cette roue contribue donc aussi à la tenue de route du véhicule pour éviter les tonneaux résultant d'une perte de contrôle. 25 Elle agit par elle-même comme une boite de vitesse automatique et permet de faire l'économie d'une boite de vitesses. Sa vitesse de rotation propre et la force centrifuge augment son diamètre, celui-ci peut être réduit par l'effet du couple résistant du secondaire, converti par différents moyens en force centripète. En conséquence, une augmentation du couple résistant contracte la roue et afin de diminuer le 30 développement, pour plus de puissance et de vitesse de l'arbre moteur. Une réduction du couple résistant autorise la dilatation centrifuge de la roue, augmentant le développement et évitant le surrégime. Ceci s'apparente à une boite de vitesse à rapport continument variable commandée par un régulateur de Watt.

Le diamètre de la roue étant régulé par l'angle entre les deux disques d'orientation, cet angle peut être converti en mouvement linéaire dans l'axe de la roue par une vis. Le diamètre de la roue est donc aussi un paramètre mesurable contrôlable et susceptible d'être commandé par un actionneur longitudinal parallèle à l'axe de la roue.

Lorsque les aubes tournent à rebrousse poil, elles convertissent la différence entre les couples moteur et récepteur en une force centrifuge ayant le même effet que celle inertielle. Le couple résistant réduit le diamètre, la baisse de ce couple autorise le déploiement, sans plus recourir à la force centrifuge pour les transmissions lentes de forte puissance. Enfin, une roue selon l'invention est increvable.

Applications L'invention s'applique en particulier : a) aux roues et pneus équipant des patins à roulettes, des trottinettes motorisées ou non, des fauteuils roulants, des voitures de golf, des chariots, des tracteurs agricoles, des engins de chantier ou militaires, des automobiles, des camions, des bateaux et remorques de bateaux, des avions, des jouets, etc., b) aux transmissions mécaniques de toutes natures, comme par exemple les palans, les crics, les winches, les boites de vitesse et les variateurs continus ou par étages, c) aux suspensions, amortisseurs, embrayages, réducteurs et réducteurs variables, d) aux régulateurs de vitesse ou de couple y compris les réducteurs variables, e) aux turbines, et donc à la ventilation, f) aux stabilisateurs de trajectoire pour les automobiles, g) aux moyens de transport flottant, h) et aux jouets

Claims (2)

1. REVENDICATIONS1. Roue constituée d'une structure centrale dite couronne 1 tournant autour d'un axe dit axe principal 10, munie d'une pluralité d'éléments dits aubes 21, 22 et suivantes coopérant avec une surface dite support de roulement 6 comme le sol, la surface intérieure ou extérieure d'un arbre entraîné, un engrenage, une courroie ou une chaîne, une aube 21 pouvant prendre une pluralité de positions allant d'une position dite de repos à une position dite de travail, caractérisée par le fait que la longueur totale desdites surfaces de coopération possibles 211, 221 et suivantes de la totalité des aubes est supérieure à la circonférence maximale de la roue lorsque lesdites aubes sont en position de travail, étant précisé que, dans le cas où une aube est munie de dents ou a une surface irrégulière, on entend par longueur d'une surface de coopération 211 d'une aube 21 la longueur de la ligne reliant entre elles les extrémités des dents considérées ou de toutes autres protubérances.
2. 2. Roue selon la revendication 1 caractérisé par fait que le coefficient de friction statique entre la surface de l'aube 21 coopérant avec le support de roulement 6, et la surface du support de roulement 6 mise en contact avec l'aube 21 est supérieur à 0.5. 3_ Roue selon la revendication 1 caractérisé par fait qu'une aube 21 comporte une extrémité avant 215 et une extrémité arrière 216 situées à des distances différentes d'un plan perpendiculaire audit axe principal 10. 4. Roue selon la revendication 1 caractérisé par fait qu'une aube 21 comporte des dents 2101, 2102 et suivantes qui coopèrent avec des dents 601,602 et suivantes du support de roulement 6. 5. Roue selon la revendication 4 caractérisé par fait que l'extrémité des dents 2101, 2102 et suivantes d'une aube 21 est un angle aigu. 6. Roue selon la revendication 4 caractérisé par fait que la surface extérieure d'une dent d'une aube 21 ou d'un arbre secondaire 6 est inférieure à 20% de la distance totale entre la dent considérée et la dent suivante. 7. Roue selon la revendication 1 caractérisé par fait qu'elle comporte une enveloppe extérieure 6. 8. Mécanisme de transmission de mouvement comportant une roue selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Mécanisme de transmission selon la revendication 8 caractérisé par fait que l'arbre secondaire 6 est situé à l'intérieur de la couronne 1.10. Mécanisme de transmission selon la revendication 8 caractérisé par fait que deux variateurs de couple sont assemblés en série, et que l'arbre de sortie 6 du variateur amont est solidaire de la couronne 1 du variateur aval.