FR3078379A3 - Train epicycloidal a geometrie variable - Google Patents

Abstract

L'avantage des trains épicycloïdaux à diamètre variable selon l'invention 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 engrenages dits connecteurs coopérant chacun avec la couronne dont le rayon est variable. L'ensemble de ces connecteurs forme un engrenage à circonférence variable selon la demande PCT/FR2017000174, ces connecteurs coopérant chacun également avec le soleil par l'un des satellites. L'ensemble des satellites et des connecteurs forme un rotor bien équilibré et compact, alors que le stator est une couronne comprenant une ou plusieurs portions dites arcs dentés coopérant chacune tour à tour avec un connecteur. La principale innovation est qu'une roue libre permet à un connecteur 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 connecteur, coopérant avec des dents de synchronisation situées sur la partie amont de l'arc denté.

Description

Train épicvcloïdal 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/FR2017000174 - Engrenage à géométrie variable - Franck Guigan [FR] 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 connait la demande PCT/FR2017000174 précitée et les documents cités dans cette demande et dans son rapport de recherche.

Cette demande décrit notamment 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 15 qui représentent toutes des dispositifs ou parties de dispositifs selon l'invention. La figure 1 montre en perspective une transmission complète comportant un bâti 100 supportant un arbre principal 1. La figure 2 montre en perspective la partie de la transmission qui est cachée sur la figure 1, et permet de voir les trois engrenages dits connecteurs 31 32 et 33 qui coopèrent lors de leur rotation autour de l’arbre 1 avec une partie de couronne à rayon variable dite arc denté 4003, ce qui provoque leur rotation, laquelle est transmise au soleil d’un train épicycloïdal par l’intermédiaire de ses satellites.

Les figure 3 à 7 montrent en perspective les détails du rotor du train épicycloïdal constituant la transmission représentée aux figures précédentes, permettant de voir successivement le soleil 4002, les satellites 3101 3201 et 3301, puis les satellites secondaires 3101B 3201B et 3301B tournant avec eux, et les connecteurs primaires 3102A 3202A et 3302A coopérant respectivement avec les satellites secondaires 3101B 3201B et 3301B, chacun de ces connecteurs primaires étant muni d’une roue libre, respectivement 3100, 3200 et 3300, qui coopère lui-même avec l’arc denté 4003, le liant en rotation avec un connecteur, respectivement 31 32 et 33.

Les figures 6 et 7 montrent également les engrenages dits de synchronisation 310, 320 et 330 qui assurent la synchronisation d’un connecteur avec la couronne à courbure variable 4003 juste avant que ce connecteur n’entre en coopération avec cette couronne.

Elles montrent également que les connecteurs 31 32 et 33 sont supportés par des éléments de liaison 319, 329 et 339 comportant chacun une denture, et que ces trois dentures des éléments de liaison coopèrent avec le même engrenage 350 qui assure le maintien de leurs positions angulaires autour de l’axe principal. Ceci a pour effet que les distances entre les axes de rotation des connecteurs et l’axe principal du dispositif sont identiques, et qu’un connecteur qui n’est pas en coopération avec l’arc denté arrive en contact avec lui à la bonne distance de l’axe principal. Les figures 8 et 9 montrent le moyen de maintien de la circularité de la couronne 4003, constitué par deux flasques 403 et 404 munies de rainures coopérant avec des ergots solidaires de la couronne 4003. La rotation de l’une des flasques par rapport à l’autre définit des intersections entre les rainures 4041, 4042 et 4043 de la flasque 404 et les rainures 4051, 4052 et 4053 de la flasque 405.

On voit sur la figure 9 un lien élastique qui a pour fonction de déterminer l’écart angulaire entre les deux flasques 403 et 404 de telle sorte que la courbure de la couronne prenne une valeur déterminée.

Les figures 10 et 11 sont des vues de profil qui permettent de comprendre comment la géométrie du rotor du train épicycloïdal s’adapte à la courbure de la couronne 4003. On y distingue les dents de synchronisation 40011, 40012, 40013 et suivantes de l’arc denté, qui coopèrent avec l’engrenage de synchronisation 310 solidaire du connecteur 31.

La figure 12 montre une variante de mise en œuvre de l’invention, dans laquelle le train épicycloïdal est muni de deux arcs dentés à courbure variable. Cette disposition a pour avantage d’équilibrer en rotation les masses de la couronne dans le cas où sa rotation est envisagée.

Les figures 13 à 15 montrent les différentes étapes de la synchronisation d’un connecteur 3102 d’un satellite avec un arc denté.

Exposé de l’invention L’invention est un engrenage à circonférence variable comprenant : - un arbre de rotation 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, une denture 31 étant liée mécaniquement audit arbre d’entrainement par une roue libre 3100 permettant un décalage angulaire de cette 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 denture dite embrayée, - ladite denture 31 étant un engrenage dit connecteur assurant la coopération entre le satellite 3101 d’un train épicycloïdal et un engrenage circulaire comme un soleil ou une couronne dit soleil/couronne A 4002 ayant une courbure variable pour s’adapter au rayon de giration dudit connecteur avec lequel il coopère, - ledit train épicycloïdal comportant aussi un porte-satellite 4001, et des satellites coopérant avec un autre soleil/couronne B 4003, caractérisé en ce que ledit soleil/couronne A est constitué par une portion d’engrenage circulaire dite arc denté dont le rayon est variable et est muni un moyen de maintien de sa circularité, 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 avec le soleil ou la couronne d’un train épicycloïdal trois engrenages dits connecteurs coopérant chacun en rotation avec l’un de ses satellites, en faisant varier à volonté le rayon de giration de ces connecteurs ainsi que la courbure du soleil ou de la couronne, selon le cas.

Dans l’exemple illustré par les figures, le porte satellite 4001 fait tourner autour de l’axe principal les satellites 3101 3201 et 3301 du train épicycloïdal et les connecteurs 31 32 et 33. Ces connecteurs sont ainsi entraînés en rotation autour de leur axe propre par la coopération avec la portion de couronne dite arc denté 4003, ce qui entraîne par voie de conséquence la rotation des satellites et in fine celle du soleil 4002. Le mouvement est également possible dans le sens inverse, la rotation du soleil entraînant in fine celle du porte satellite.

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 connecteurs 31 et 32 pouvant aussi bien coopérer avec cet élément 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 4002 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.

Le soleil/couronne B4003 peut être fixe, ce qui est le cas de la couronne dans certaines figures autre que la figure 1. Cela permet d’en régler plus facilement la courbure par un moyen de commande 5000. Ce moyen permet de faire varier à volonté la courbure de l’arc denté. Cette courbure détermine également le rayon de giration des connecteurs qui coopèrent avec l’arc denté.

Ce moyen de commande 5000 peut être un rappel élastique qui tend à écarter ou à rapprocher les connecteurs de l’axe du train épicycloïdal. Cela procure 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.

Lorsque l’on modifie la position angulaire de la flasque 405 par rapport à la flasque 404. Les ergots solidaires de l’arc denté qui traversent chacun une rainure de la flasque fixe et une de rainure de la flasque mobile sont déplacés. L’homme de l’art peut aisément dessiner ces rainures pour que ces ergots restent ainsi toujours disposés à égale distance de l’axe principal. Ceci constitue un moyen simple de maintenir la circularité de l’arc denté, et aussi de régler à volonté la valeur de son rayon. On pourrait utiliser une méthode similaire dans le cas où cet élément est un soleil.

De très nombreux autres moyens mécaniques peuvent être mis en œuvre pour maintenir la circularité d’un arc denté. 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 les dents d’une couronne que celles d’un soleil.

La demande PCT/FR2017000174 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 de l’arc denté, le porte satellite peut tourner librement, alors que la transmission bloque le soleil. Cela peut être utilisé pour freiner un véhicule, mais il est aussi possible de laisser dans ce cas l’arc denté tourner, et d’utiliser cette rotation pour entraîner en rotation un moyen de stockage d’énergie. Cette option est représentée à la figure 1 qui montre qu’un engrenage 101 solidaire en rotation de l’arc denté entraîne un autre engrenage 102 qui peut lui-même être relié à tout dispositif de stockage connu d’énergie comme un ressort, un volant d’inertie, ou un alternateur.

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.

Il est également possible d’utiliser cet engrenage 101 pour relier le dispositif à un moteur venant compléter la puissance du moteur principal entraînant le porte satellite ou le soleil.

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 du rapport de transmission 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. Tous les modes d’association en série et en parallèle de transmissions selon l’invention peuvent être envisagés par l’homme de l’art pour parvenir à de nombreux modes d’utilisation différents.

Le dispositif selon l’invention comporte un moyen de synchronisation de dentures qui permet de décaler angulairement un des connecteurs qui coopère avec un arc denté par rapport à un autre des connecteurs déjà embrayé. Ce moyen est un engrenage dit de synchronisation (310) qui a le même nombre de dents que le connecteur considéré mais un diamètre différent, et est solidaire en rotation avec ce connecteur. Π coopère avec une ou plusieurs dents dites de synchronisation (40011, 40012 et 40013 sur la figure 10) qui sont solidaires de l’arc denté auquel il est associé, de telle sorte que le connecteur tourne à une vitesse différente des autres avant qu’il n’entre en contact avec cet arc denté.

La figure 5 permet de comprendre le mécanisme de synchronisation des dentures, qui est au cœur de l’invention décrite dans la demande PCT/FR2017000174 précitée. Le connecteur est relié à l’engrenage primaire par l’intermédiaire d’une roue libre qui permet à un connecteur 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 ensemble mécanique comprenant un satellite et un connecteur, mais il est particulièrement avantageux que la partie d’un connecteur dont la vitesse de rotation peut varier par rapport à celle des autres soit la plus légère possible. En conséquence, le meilleur emplacement est situé entre le satellite secondaire 3102A et le connecteur 31.

Une denture est située en amont de chaque arc denté, et comporte avantageusement des dents dites de synchronisation 40021, 40022 et suivantes qui sont plus éloignées de l’axe principal que les autres dents de l’arc denté. Ces dents de synchronisation coopèrent avec un engrenage 310 dit de synchronisation qui a un diamètre supérieur à celui du connecteur correspondant, mais le même nombre de dents. En conséquence, le connecteur tourne plus lentement par rapport à l’arc denté que les autres connecteurs 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 élastique dans sa partie la plus en amont. Il suffit d’un nombre de dents de synchronisation très faible pour que la synchronisation soit garantie. Π est avantageux de munir le train épicycloïdal d’un moyen de synchronisation des rayons de giration des connecteurs, pour éviter que la force centrifuge n’éloigne un connecteur de sa position d’origine pendant qu’il ne coopère pas avec le soleil/couronne considéré. Un tel moyen est illustré à la figure 7 : un élément tournant 350 tourne autour de l’axe principal lorsqu’un connecteur change de rayon de giration, et la rotation de cet élément tournant impose la même modification de rayon de giration aux autres connecteurs. Ce moyen mécanique constitue aussi un moyen de maintien de coopération maintenant une denture, ici un connecteur, au contact d’un engrenage avec lequel elle coopère, ici l’arc denté.

Pour augmenter la plage de variation du rayon de l’arc denté, il est possible de ne pas placer dans un même plan les ensembles formés par un soleil, un satellite et un connecteur, mais au contraire de les juxtaposer. Ils peuvent dans ce cas coopérer avec le même arc denté ou avec une pluralité d’arcs dentés séparés. Cette disposition n’est pas représentée.

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, 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 électroménagers 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) aux robots, m) 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 (6)

1. Revendications

   1. Engrenage à circonférence variable comprenant : - un arbre de rotation (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, une denture (31) étant liée mécaniquement audit arbre d’entrainement par une roue libre (3100) permettant un décalage angulaire de cette 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 denture dite embrayée pour éviter un conflit de denture, ladite denture (31) étant un engrenage dit connecteur assurant la coopération entre le satellite (3101) d’un train épicycloïdal et un engrenage circulaire comme un soleil ou une couronne dit soleil/couronne A (4002) ayant une courbure variable pour s’adapter au rayon de giration dudit connecteur avec lequel il coopère, ledit train épicycloïdal comportant aussi un porte-satellite (4001), et des satellites coopérant avec un autre soleil/couronne B (4003), caractérisé en ce que ledit soleil/couronne A est constitué par une portion d’engrenage circulaire dite arc denté dont le rayon est variable, et est muni un moyen de maintien de sa circularité, 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 selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen de commande de la courbure d’un arc denté,
3. 3. Train épicycloïdal selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite courbure détermine le rayon de giration d’un desdits connecteurs qui coopère avec ledit arc denté.
4. 4. Train épicycloïdal selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen de synchronisation de dentures permettant de décaler angulairement un desdits connecteurs (31) par rapport à un autre connecteur dit embrayé (32), est un engrenage dit de synchronisation (310) de même nombre de dents que ledit connecteur (31) considéré mais de diamètre différent, et entraîné en rotation avec ledit connecteur, 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 (4003) auquel il est associé, de telle sorte que ledit satellite peut tourner à une vitesse différente des autres avant qu’il n’entre en contact avec cet arc denté.
5. 5. Train épicycloïdal selon Tune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen de commande de la courbure dudit soleil/couronne A (4002)
6. 6. Train épicycloïdal selon Tune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est associé en série ou en parallèle à un autre train épicycloïdal selon Tune quelconque des revendications précédentes, par l’intermédiaire d’un soleil-couronne ou d’un porte satellite.