FR3077612A3 - Train epicycloidal a geometrie variable - Google Patents

Abstract

L'avantage des trains épicycloïdaux à diamètre variable est qu'ils comportent de façon native un embrayage, un inverseur de marche et un frein sans friction et sans glissement permettant de récupérer l'énergie. Le train épicycloïdal selon l'invention est à géométrie variable et fonctionne sans friction ni glissement, pour être adapté à la transmission de puissances élevées. Il comporte des satellites dont l'ensemble forme un engrenage à circonférence variable selon la demande PCT/FR2017000174, constitués chacun d'un satellite primaire 33001 et d'un satellite secondaire 33002 coopérant entre eux, l'un des deux coopérant avec le soleil et l'autre avec la couronne 4003. L'ensemble forme un rotor bien équilibré et compact, alors que le stator est une couronne comprenant plusieurs portions dites arcs dentés coopérant chacune tour à tour avec un satellite. Une roue libre permet à un satellite secondaire de tourner à une vitesse différente pendant la phase d'approche d'un arc denté, pour être parfaitement synchronisé avec lui à l'issue de cette phase d'approche, cette synchronisation fait appel à un engrenage de synchronisation solidaire d'un satellite secondaire, coopérant avec des dents de synchronisation situées sur la partie amont de chacun des arcs dentés.

Description

Train épicycloïdal à géométrie variable

Domaine d’application L’invention est une transmission à variation continue utilisant des dents d’engrenages.

Problème posé L’objectif poursuivi par la présente invention est de perfectionner la conception des trains épicycloïdaux comme ceux décrits dans la demande PCT/LR2017000174 - Engrenage à géométrie variable - Lranck Guigan [LR] déposée le 21 septembre 2017, et en particulier de diminuer son encombrement, ainsi que d’améliorer l’équilibre de son fonctionnement pour éviter les vibrations, afin d’obtenir une transmission plus rustique ayant un excellent rendement.

Art antérieur

On connaît la demande PCT/LR2017000174 précitée et les documents cités dans cette demande et son rapport de recherche.

Cette demande décrit un train épicycloïdal dont le soleil, la couronne ou les satellites sont des engrenages à géométrie variable, mais aucun des modes de réalisation proposés n’offre les avantages d’équilibre de mouvement et de faible encombrement de la présente invention.

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 13 qui représentent toutes des dispositifs ou parties de dispositifs selon l'invention. La figure 1 montre une transmission complète.

La figure 2 montre une partie mobile 7000 de la transmission, munie de trois arcs dentés 31003, 32003 et 31003 qui coopèrent chacun avec un satellite dit secondaire du train épicycloïdal, ces éléments étant mieux visibles aux figures 4 et 5.

La figure 3 montre deux flasques 4004 et 4005 parallèles entre elles, dont une, appartenant à une partie mobile 6000 de la transmission, peut tourner autour de l’axe de rotation principal du train épicycloïdal, ci-après dénommé axe principal. La position angulaire de ces deux flasques est variable, et les flasques comportent des rainures 40041, 40042 et suivantes pour la flasque 4004, et 40051, 40052 et suivantes pour la flasque 4005.

Les figures 4 et 5 montrent deux états différents du train épicycloïdal qui est ici démuni des parties fixe 6000 et mobile 7000 pour que l’on puisse voir ses différents composants. Les trois arcs dentés 31003 32003 et 33003 de la couronne 4003 ont une courbure différente à la figure 4 et à la figure 5, de façon à pouvoir coopérer avec les satellites secondaires quel que soit leur rayon de giration.

Les figures 6 et 7 sont des vues de profil qui permettent de comprendre comment la géométrie du train épicycloïdal peut varier. On y distingue les dents de synchronisation 40011, 40012, 40013 et suivantes d’un arc denté, qui coopèrent avec l’engrenage de synchronisation 310 solidaire dsu satellite secondaire 31002 du satellite 31

La figure 8 montre un des trois sous-ensembles élémentaires du train épicycloïdal, démuni de sa couronne pour permettre de voir le détail.

La figure 9 montre le rotor du train épicycloïdal équipé de trois sous-ensembles identiques.

La figure 10 montre un moyen maintenant un arc denté au contact d’un satellite secondaire, qui est un élément pouvant tourner autour de l’axe principal. Il maintient chacun des satellites secondaires 31002, 32002 et 33002 à la même distance de cet axe.

Les figures 11 à 13 montrent les différentes étapes de la synchronisation d’un satellite secondaire 31002 d’un satellite avec un arc denté.

Exposé de l’invention L’invention est un engrenage à circonférence variable comprenant : - un arbre de rotation dit axe principal 1 dont l’axe de rotation est dit axe principal, - une pluralité de dentures 31, 32 et le cas échéant suivantes pouvant être entraînées par ledit arbre principal, composées chacune d’un ou plusieurs éléments dits dents d’entraînement 311, 312 et le cas échéant suivants pour la denture 31, 321 322 et le cas échéant suivants pour la denture 32, etc., une desdites dentures étant liée mécaniquement audit arbre d’entrainement par une roue libre 3100 permettant un décalage angulaire d’une denture 31 dite denture suivante par rapport à une autre denture 32 dite denture embrayée, et comportant un moyen de synchronisation de dentures permettant de décaler angulairement une denture dite suivante par rapport à une autre denture dite embrayée, - une denture étant un composant d’un satellite d’un train épicycloïdal comportant aussi un porte-satellite 4001, et deux engrenages circulaires comme un soleil ou une couronne dits soleil/couronne A 4002 et soleil/couronne B 4003, - ledit satellite comportant deux engrenages 31001 et 31002 coopérant entre eux dont l’un dit satellite primaire coopère aussi avec ledit soleil/couronne A et l’autre dit satellite secondaire coopère aussi avec ladite soleil/couronne B, - ledit soleil/couronne A ou soleil/couronne B ayant une courbure variable pour s’adapter au rayon de giration du satellite primaire ou secondaire du satellite avec lequel il coopère, caractérisé en ce que : - lesdits satellites sont répartis de façon homogène autour dudit axe principal pour que le centre de gravité de l’ensemble desdits satellites reste placé sensiblement sur ledit axe principal, - et lesdits arcs dentés coopèrent successivement avec chacun desdits satellites, étant précisé que l’on entend ci-avant par engrenage un dispositif circulaire ou non muni d’un ou plusieurs éléments appelés dents transmettant un couple, c'est-à-dire une force sensiblement perpendiculaire à la surface de coopération dudit dispositif avec un autre moyen d’engrènement, et par denture un ensemble d’une ou plusieurs de telles dents.

Description détaillée de l’invention L'invention consiste à faire coopérer les trois satellites d’un train épicycloïdal avec les deux autres engrenages de ce train qui sont le soleil et le satellite, en faisant varier à volonté le rayon de giration de ces satellites.

Dans l’exemple illustré par les figures, le porte satellite 4001 fait tourner les satellites 31 32 et suivants. L’un des satellites secondaires 31002 coopère par l’intermédiaire d’une roue libre avec un arc denté 31003, cette coopération provoquant la rotation de ce satellite secondaire 31002 et donc celle de l’autre engrenage 31001 dit satellite primaire du satellite 31, ce qui entraîne in fine la rotation du soleil 4002.

Les satellites comprennent donc deux engrenages 31001 et 31002 coopérant entre eux, l’un coopérant avec le soleil 4002 et l’autre avec la couronne 4003.

En fait, chacun de ces deux éléments que sont le soleil et la couronne peuvent être aussi bien des soleils que des couronnes, chacun des engrenages 31001 et 31002 pouvant aussi bien coopérer par sa partie la plus proche de l’axe principal s’il s’agit d’un soleil que par sa partie la plus éloignée de cet axe s’il s’agit d’une couronne. C’est pour cette raison que l’on décrit ci-avant et ci-après chacun de ces éléments par l’expression soleil/couronne A 4003 pour ce qui est représenté dans les figures par un soleil, et soleil/couronne B 4003 pour ce qui est représenté dans les figures par une couronne. L’un de ces deux soleil/couronne peut avantageusement être fixe, ce qui est le cas de la couronne dans les figures. Cela permet d’en régler plus facilement la courbure par un moyen de commande 7001. Ce moyen permet de faire varier à volonté la courbure des trois arcs dentés simultanément. Cette courbure détermine également le rayon de giration de ceux des satellites dits primaires ou secondaires qui coopèrent avec les arcs dentés, dès lors qu’un rappel élastique 7500 tend à écarter les engrenages secondaires des satellites de l’axe du train épicycloïdal, jusqu’à ce qu’ils viennent coopérer avec les arcs dentés. Ce rappel élastique est ici un lien élastique tendant à rapprocher la manette 7001 du point fixe 6001 solidaire du bâti fixe 6000 de la transmission.. Lorsque l’on modifie la position angulaire de cette commande, la flasque mobile 4005 tourne avec la commande alors que la flasque fixe 4004 reste fixe solidaire du bâti 6000. Les éléments de guidage 40001, 40002 et suivants solidaires des arcs dentés traversent chacun une des séries de rainures de la flasque fixe et une des séries de rainures de la flasque mobile. L’homme de l’art peut aisément dessiner ces rainures pour que ces éléments de guidages restent ainsi toujours disposés à égale distance de l’axe principal, comme c’est le cas pour les figures 1 à 3.

Les flasques fixe 4004 et mobile 4005 sont parallèles entre elles. La flasque mobile peut tourner autour de l’axe principal, ce qui constitue un moyen de maintien de circularité des arcs dentés. Les intersections des rainures d’une des flasques avec celles de l’autre constituent en effet des séries de guides circulaires à géométrie variable coopérant avec des éléments de guidage 40001, 40002 et suivants solidaires des arcs dentés.

En déplaçant cette commande 7001, on peut ainsi modifier à volonté la géométrie de la couronne. On pourrait utiliser une méthode similaire dans le cas où cet élément serait un soleil. Lorsqu’on installe un lien élastique 7500 entre cette commande et un élément fixe 6001. Cela a un avantage important qui est que la géométrie du train épicycloïdal varie automatiquement en fonction du couple résistant imposé à la transmission. On obtient ainsi une transmission entièrement automatique.

La demande PCT/LR2017000174 précitée a expliqué que l’avantage d’une telle modification géométrique est que l’on peut faire varier le rapport de transmission en passant par une valeur nulle ou infinie. C’est le cas dans l’exemple des figures selon que l’arbre moteur est le porte-satellite ou le soleil. Pour un rayon de courbure particulier des arcs dentés, le porte satellite peut tourner librement, alors que le soleil reste fixe. Les applications sont innombrables aussi bien pour transférer la puissance d’un moteur à des roues d’un véhicule, ou d’une turbine à alternateur d’énergie, mais il faut aussi comprendre que cette transmission dispose ainsi de façon native d’une fonction d’embrayage sans friction et de marche arrière, et/ou d’une fonction de freinage sans friction, ce qui est très nouveau. Des transmissions selon la présente invention permettent donc aussi de lutter efficacement contre la pollution atmosphérique provoquée par les garnitures de frein et d’embrayage, tout en récupérant de l’énergie.

Ce soleil/couronne qui vient d’être décrit comme fixe peut aussi ne pas l’être. H peut être relié à un arbre de sortie par une roue libre, ce qui permet par exemple à un véhicule de continuer à avancer lorsque le rapport de transmission est nul. H peut aussi tourner pour entraîner un autre arbre de sortie, par exemple relié à un dispositif de freinage qui peut très bien être un alternateur. Dans une version perfectionnée, ce soleil/couronne peut aussi être relié à une autre transmission à géométrie variable, par exemple de même nature mais dont l’entrée et la sortie sont inversées de telle sorte que le réglage de la seconde transmission constitue un dispositif de freinage par récupération d’énergie. Le mouvement peut en effet aussi bien être transféré du porte satellite au soleil/couronne A ou au soleil/couronne B, que du soleil/couronne A ou du soleil/couronne B au porte satellite.

Le dispositif selon l’invention comporte un moyen de synchronisation de dentures qui permet de décaler angulairement un des satellites secondaires qui coopère avec un des arcs dentés (par rapport à un autre des satellites secondaires déjà embrayé. Ce moyen est un engrenage dit de synchronisation (310) qui a le même nombre de dents que ce satellite secondaire considéré mais un diamètre différent, et est solidaire en rotation avec ce satellite secondaire. H coopère avec une ou plusieurs dents dites de synchronisation (40011, 40012 et le cas échéant suivantes ou 40021, 40022 et le cas échéant suivantes selon le cas) qui sont solidaires de l’arc denté auquel il est associé, de telle sorte que le satellite tourne à une vitesse différente des autres avant qu’il n’entre en contact avec cet arc denté.

Les figures 11 à 13 permettent de comprendre le mécanisme de synchronisation des dentures, qui est au cœur de l’invention décrite dans la demande PCT/LR2017000174 précitée. Le satellite secondaire est relié à l’engrenage primaire par l’intermédiaire d’une roue libre qui permet à un satellite qui ne coopère pas avec la couronne de tourner moins vite que les autres.

Une telle roue libre peut être située en tout point d’un satellite, mais il est particulièrement avantageux que la partie d’un satellite dont la vitesse de rotation peut varier par rapport à celle des autres satellites secondaires soit la plus légère possible. En conséquence, le meilleur emplacement est entre le satellite primaire et le satellite secondaire, ou bien lorsque le satellite secondaire comporte deux parties différentes, l’une coopérant avec le satellite primaire et l’autre avec l’arc denté, entre ces deux parties comme cela est représenté à la figure 10.

Une denture est située en amont de chaque arc denté, et comporte des dents dites de synchronisation 40021, 40022 et suivantes qui sont plus éloignées de l’axe principal que les autres dents de l’arc principal. Ces dents de synchronisation coopèrent avec un engrenage 310 dit de synchronisation qui a un diamètre supérieur à celui du satellite secondaire correspondant, mais le même nombre de dents. En conséquence, le satellite secondaire tourne plus lentement par rapport à l’arc denté que les autres satellites secondaires du train épicycloïdal pendant la phase d’approche de l’arc denté, et se synchronise avec les dents de cet arc denté avant d’entrer en contact mécanique d’entraînement avec lui. La synchronisation se fait ainsi en douceur et élimine tout risque de conflit de denture. Avantageusement, les dents de synchronisation 40021, 40022 et suivantes sont pointues et leur support a une légère souplesse dans sa partie la plus en amont. Il suffit d’un nombre de dents de synchronisation très faible pour que la synchronisation soit garantie.

Il est avantageux de munir le train épicycloïdal d’un moyen de synchronisation des rayons de giration des satellites secondaires dont le rayon de giration est variable, pour éviter que la force centrifuge n’éloigne un satellite secondaire de sa position d’origine pendant qu’il ne coopère pas avec le soleil/couronne. Un tel moyen est illustré à la figure 10 : un élément tournant 4 tourne autour de Taxe principal lorsqu’un satellite secondaire change de rayon de giration, et la rotation de cet élément tournant impose la même modification de rayon aux autres satellites secondaires. Ce moyen mécanique constitue aussi un moyen de maintien de coopération maintenant une denture, ici un satellite secondaire, au contact d’un engrenage avec lequel elle coopère, ici l’arc denté.

On a décrit plus haut la coopération entre les rainures des flasques 4004 et 4005 avec les éléments de guidage 40001 40002 et suivants solidaires des arcs dentés, mais de très nombreux autres moyens mécaniques peuvent être mis en œuvre pour maintenir la circularité de ces arcs dentés. Tous les moyens décrits dans la demande PCT/FR2017000174 peuvent être utilisés, ainsi par exemple qu’un ressort spiral sur lequel on peut faire s’appuyer aussi bien une des dentures que tout autre engrenage.

Applications L'invention s’applique en particulier : a) aux transmissions mécaniques de toutes natures, comme par exemple les palans, les crics, les treuils, les winches, les boites de vitesse et les variateurs continus ou par étages, b) aux réducteurs et réducteurs variables, c) aux régulateurs de vitesse ou de couple y compris les réducteurs variables, d) aux turbines, e) aux éoliennes et aux hydroliennes, et d'une façon plus générale à la régulation de la rotation des générateurs d'énergie électrique. f) aux broyeurs et concasseurs de minerais et aux mélangeurs, g) aux tapis roulants et ascenseurs, remonte-pentes, téléphériques, etc., h) aux appareils électroménager et à l'outillage, i) aux moulinets de cannes à pêche j) aux engins à pédales, voiturettes et bicyclettes en solo ou en tandem. k) aux jouets, l) et d'une façon générale à tous les cas où un moteur doit, pour rester efficace, s’adapter à la variation du couple résistant.

Claims (10)

1. Revendications

   1. Engrenage à circonférence variable comprenant : un arbre de rotation dit axe principal 1 dont l’axe de rotation est dit axe principal, une pluralité de dentures 31, 32 et le cas échéant suivantes pouvant être entraînées par ledit arbre principal, composées chacune d’un ou plusieurs éléments dits dents d’entraînement 311, 312 et le cas échéant suivants pour la denture 31, 321 322 et le cas échéant suivants pour la denture 32, etc., un axe de rotation dit axe principal (1) une desdites dentures étant liée mécaniquement audit arbre d’entrainement par une roue libre (3100) permettant un décalage angulaire d’une denture (31) dite denture suivante par rapport à une autre denture (32) dite denture embrayée, et comportant un moyen de synchronisation de dentures permettant de décaler angulairement une denture dite suivante par rapport à une autre denture dite embrayée, une denture étant un composant d’un satellite d’un train épicycloïdal comportant aussi un porte-satellite (4001), et deux engrenages circulaires comme un soleil ou une couronne dits soleil/couronne A (4002) et soleil/couronne B (4003), ledit satellite comportant deux engrenages (31001) et (31002) coopérant entre eux dont l’un dit satellite primaire coopère aussi avec ledit soleil/couronne A et l’autre dit satellite secondaire coopère aussi avec ladite soleil/couronne B, ledit soleil/couronne A ou soleil/couronne B ayant une courbure variable pour s’adapter au rayon de giration du satellite primaire ou secondaire du satellite avec lequel il coopère, caractérisé en ce que : lesdits satellites sont répartis de façon homogène autour dudit axe principal pour que le centre de gravité de l’ensemble desdits satellites reste placé sensiblement sur ledit axe principal, et lesdits arcs dentés coopèrent successivement avec chacun desdits satellites, étant précisé que l’on entend ci-avant par engrenage un dispositif circulaire ou non muni d’un ou plusieurs éléments appelés dents transmettant un couple, c'est-à-dire une force sensiblement perpendiculaire à la surface de coopération dudit dispositif avec un autre moyen d’engrènement, et par denture un ensemble d’une ou plusieurs de telles dents.
2. 2. Train épicycloïdal comportant un satellite selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits arcs dentés sont fixes.
3. 3. Train épicycloïdal selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen de commande de la courbure desdits arcs dentés, et que ce cette courbure détermine le rayon de giration de ceux des satellites dits primaires ou secondaires qui coopèrent avec lesdits arcs dentés.
4. 4. Train épicycloïdal selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de synchronisation de dentures permettant de décaler angulairement un des satellites secondaires (31001 ou 31002 selon le cas) qui coopère avec un desdits arcs dentés (par rapport à un autre desdits satellites secondaires (32001 ou 32002 selon le cas) dit embrayé, est un engrenage dit de synchronisation (310) de même nombre de dents que ledit satellite secondaire considéré mais de diamètre différent, et solidaire en rotation avec ledit satellite dit primaire ou secondaire coopérant avec une ou plusieurs dents dites de synchronisation (40011, 40012 et le cas échéant suivantes ou 40021, 40022 et le cas échéant suivantes selon le cas) solidaires de l’arc denté auquel il est associé, de telle sorte que ledit satellite tourne à une vitesse différente des autres avant qu’il n’entre en contact avec cet arc denté.
5. 5. Train épicycloïdal selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mouvement est transféré du porte satellite audit soleil/couronne A ou audit soleil/couronne B.
6. 6. Train épicycloïdal selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mouvement est transféré dudit soleil/couronne A ou dudit soleil/couronne B audit porte satellite.
7. 7. Train épicycloïdal selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen de synchronisation des rayons de giration desdits satellites dits secondaires dont le rayon de giration est variable.
8. 8. Train épicycloïdal selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen de maintien de circularité desdits arcs dentés.
9. 9. Train épicycloïdal selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moyen de maintien de circularité desdits arcs dentés comporte au moins deux flasques parallèles entre elles (4004 et 4005, dont au moins une peut tourner autour de Taxe de rotation principal dudit train épicycloïdal (celui qui est celui du soleil/couronne A, et/ou du porte satellite et/ou du soleil/couronne B), la position angulaire de l’une par rapport à l’autre étant variable, lesdites flasques comportant des rainures (40041, 40042 et suivantes pour la flasque 4004, et 40051, 40052 et suivantes pour la flasque 4005), et les intersections des rainures d’une desdites flasques avec celles de l’autre constituant des séries de guides circulaires coopérant avec des éléments de guidage (40001, 40002 et suivants) solidaires desdits arcs dentés.
10. 10. Train épicycloïdal selon l’une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu’il est associé en série à un autre train épicycloïdal selon l’une quelconque des revendications 2 à 6.