FR3103868A3

FR3103868A3 - Transmission à impulsions

Info

Publication number: FR3103868A3
Application number: FR1913430A
Authority: FR
Inventors: Franck Guigan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-06-04

Abstract

L'invention est une transmission mécanique transformant un mouvement de rotation d'un arbre d’entrée à une bielle dont le mouvement d'oscillation est ensuite transformé en un mouvement de rotation d’un arbre de sortie. L’un au moins de ses constituants mécaniques est déformable de façon à modifier le rapport de transmission. L’innovation est la présence d’un moyen de modification des caractéristiques régissant sa déformation du constituant considéré en fonction des forces aux-quelles il est soumis. De telles transmissions peuvent être associées en série ou en parallèle. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 10

Description

Transmission à impulsions

L’invention est une transmission mécanique à impulsions dont le rapport de transmission varie par la déformation maîtrisée de l'un de ses éléments.

Problème technique

De nombreux ingénieurs ont conçu des transmissions dites à impulsions qui permettent de transformer le mouvement de rotation d’un moteur en un mouvement de va-et-vient puis ce mouvement de va-et-vient en un mouvement rotatif, après avoir fait varier l’amplitude du mouvement de va-et-vient pour obtenir une variation du rapport de transmission.

Certaines de ces transmissions ont un rapport de transmission qui peut varier automatiquement en fonction du couple résistant et/ou de la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée, parce que certains de leurs constituants peuvent se déformer élastiquement.

La présente invention pour objectif de permettre de modifier en temps réel les caractéristiques régissant cette déformation en fonction des forces auxquelles est soumise la transmission.

On connait la demande PCT-FR-2019-000030 de Franck Guigan [FR] déposée le 6 Mars 2019, qui propose d'utiliser un moyen mécanique permettant au maneton d'une manivelle de se rapprocher de son axe de rotation sous l’effet d’une force créée par le couple auquel est soumise la transmission, et/ou de s’en éloigner par sa vitesse et/ou par un rappel élastique, ce qui a pour effet de faire varier l'amplitude du mouvement de va et vient d'une bielle entraînée par ce maneton et commandant par une roue libre la rotation d'un arbre de sortie toujours dans le même sens.

On connait aussi les documents cités par cette demande, ceux cités dans son rapport de recherche ainsi que ceux cités dans le rapport de recherche de la demande de brevet FR1870485 de Franck Guigan [FR] déposée le 24 avril 2018.

On connait aussi le brevet 2,758,481 de Nicolas Mouravieff délivré le 14 Août 1956 qui décrit un une bielle élastique interposée entre un arbre d'entraînement et un arbre entraîné.

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 selon l'invention.

est une vue en perspective d'une transmission selon l'invention, comportant un arbre d'entrée 2 qui entraîne une manivelle, laquelle transmet un mouvement d'oscillation à une bielle déformable 20, cette oscillation étant transmise par une liaison mécanique 31 à un élément rotatif oscillant dit secteur 71 par une manivelle 61. La roue libre 80 ne transmet que l'une des deux phases de cette oscillation à l'arbre de sortie 3 qui tourne donc toujours dans le même sens.

est une vue en perspective d'un dispositif plus complexe dans lequel l'arbre moteur 1 entraîne deux arbres d'entrée 2 et 2b, chacun de ces deux arbres entraînant à tour de rôle le secteur 71 dans un sens de rotation et dans l'autre.

est une vue en perspective d'un dispositif plus complexe dans lequel l'arbre moteur 1 entraîne 4 arbres d'entrée 2, 2b, 2c et 2d, chacune de ces paires d'arbres entraînant à tour de rôle le secteur 71 dans le même sens de rotation.

est une vue en perspective d'un vélo muni d'une transmission selon la présente invention.

est une vue en perspective d’une transmission selon l’invention, par exemple pour un vélo, dont une bielle 21 est déplacée d’avant en arrière par la coopération entre des galets 321 322 solidaires du pédalier 11 et un chemin de roulement 320 dont une partie ressemble à un triangle de Reuleaux. Les deux bielles 20 et 21 sont entraînées de la même façon et entraînent à leur tour l’oscillation des leviers souples respectivement 51 et 52 qui sont des lames de ressort. Les coulisseaux rigides 56 et 57 peuvent être placés à différentes positions pour limiter la possibilité de déformation de la lame de ressort à laquelle il est fixé. On n’a pas représenté les câbles gainés qui permettent de commander cette modification de la position de ces coulisseaux rigides. Ces lames de ressort entraînent l’oscillation des roues libres 81 et 82 qui font toutes les deux tourner dans le même sens de rotation l’arbre de sortie 3. L’ensemble est maintenu par le bâti fixe 4.

est une vue en perspective montrant une solution de remplacement de la roue libre, qui est un mécanisme fragile. Il s’agit d’une crémaillère entraînée en oscillation par une bielle, directement ou indirectement. A gauche, le mouvement de gauche à droite de la crémaillère 61 fait empêche ses dents d’entraîner le pignon tenté 70, tandis qu’à droite, le mouvement de droite à gauche de la crémaillère 61 entraîne la rotation du pignon tenté 70. De telles crémaillères asymétriques sont mises en œuvre dans les transmissions illustrées par les figures suivantes.

est une vue en perspective d’une transmission selon l’invention partiellement équipée. Elle est munie d’un moteur 1 qui entraîne un vilebrequin 11. L’ensemble est disposé sur un châssis fixe 4 qui comprend une lame souple amovible qui empêche le bâti tournant 100 visible aux figures 9 et 10 de tourner dans le sens opposé au sens de rotation du moteur.

est une vue en perspective de la même transmission qui est maintenant munie de son arbre de sortie, lequel entraîne un volant d’inertie 300. Cet arbre de sortie comprend trois pignons dentés 71 72 et 73.

est une vue en perspective de la même transmission comprenant ici l’une de ses trois transmissions élémentaires. Le vilebrequin entraîne la bielle 21 qui fait osciller la lame de ressort 51, laquelle entraîne l’oscillation du levier 611 qui fait à son tour osciller la crémaillère asymétrique 601, dont le mouvement entraîne pendant la moitié du cycle la rotation du pignon denté 71

est une vue en perspective de la même transmission munie de ses trois transmissions élémentaires.

est une vue en perspective de l’ensemble formé par l’arbre d’entrée 2 muni de son vilebrequin 11, et de l’arbre de sortie qui comprend deux parties amont 3A et aval 3B. Dans cette figure comme dans les figures 13 à 15, une partie amont de 3A l’arbre de sortie a été découpée pour que l’on puisse voir ce qui se passe à l’intérieur.

est une vue en perspective du dispositif de la figure 11 après que l’on ait démonté la partie aval 3B, pour voir le coulisseau qui, sur cette figure, reste enfiché dans le logement hexagonal de l’arbre d’entrée et tourne avec lui.

est une vue en perspective du même dispositif, montrant que le coulisseau s’est rapproché de la partie aval 3B, ce qui a pour effet de déconnecter le coulisseau de l’arbre d’entrée, lequel n’entraîne donc plus l’arbre de sortie.

est une vue sous une autre perspective du dispositif de la figure 13, montrant que le coulisseau n’est plus à l’intérieur de l’arbre d’entrée et que l’arbre de sortie n’est donc plus entraîné par l’arbre d’entrée.

est une vue en perspective du coulisseau 35.

La présente invention est une transmission mécanique comportant un arbre d’entrée (2), un arbre de sortie (3), ces deux arbres étant reliés mécaniquement par un sous-ensemble dit transmission élémentaire comprenant lui-même :
- un maneton entraîné en rotation par ledit arbre d’entrée par une liaison mécanique dite liaison d’entrée,
- une liaison mécanique dite bielle (20), entrainée en un mouvement de va-et-vient par ledit maneton,
- une liaison mécanique dite secteur (71) entraînée en une rotation oscillante par ladite bielle par l’intermédiaire d’un moyen mécanique permettant de transformer un mouvement de va et vient en un mouvement de rotation, dit moyen d’entraînement alternatif (61),
- un moyen d’embrayage unidirectionnel (80) dit roue libre entraîné en rotation par ledit secteur et entraînant à son tour par une liaison mécanique dite liaison de sortie la rotation dudit arbre de sortie dans un sens de rotation seulement,
- et un bâti (100) relié à un point fixe,
ladite bielle, et/ou ledit moyen d'entraînement alternatif, et/ou ledit secteur et/ou ladite liaison de sortie, et/ou la liaison mécanique entre deux quelconques de ces quatre éléments dits éléments de liaison autres que ladite liaison d’entrée, pouvant subir une déformation élastique modifiant d'au moins cinq pour cent l'amplitude du mouvement de rotation oscillante dudit secteur pour le même mouvement de rotation dudit maneton,
caractérisé en ce qu’elle comporte un moyen de modification des caractéristiques de déformation élastique d’au moins l’un desdits éléments de liaison autres que ladite liaison d’entrée.

Selon une autre caractéristique particulièrement importante, une transmission selon l’invention peut comporter un moyen dit moyen de prise directe reliant directement ou indirectement l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie selon un rapport de transmission fixe, et un moyen dit limiteur de couple débrayant ledit moyen de prise directe lorsque le couple transmis excède une valeur prédéterminée, de telle sorte que ledit moyen de prise directe est mis hors service lorsque le couple transmis excède ladite valeur prédéterminée, et que la transmission est alors assurée par ladite transmission élémentaire

Description détaillée de l’invention

Les deux principaux objectifs de la présente invention sont :
- de munir la transmission d’un moyen de modification des caractéristiques régissant la déformation d’un de ses éléments de liaison en fonction des forces auxquelles il est soumis, pour pouvoir faire varier les règles qui régissent la variation du rapport de transmission de la transmission en fonction du couple résistant et d’autres facteurs comme la puissance fournie par le moteur,
- et de faire passer la transmission en mode de prise directe tant qu’il n’est pas nécessaire de recourir à un rapport de transmission inférieur à 1.

Dans le document précité PCT-FR-2019-000030, l’élément de liaison pouvant subir une modification des caractéristiques régissant sa déformation est la liaison d’entrée, celle qui relie l’arbre d’entrée au maneton en permettant au maneton de s’éloigner ou se rapprocher de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée sous l’effet d’une force créée par le couple auquel est soumise la transmission et/ou par la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée et/ou d’un rappel élastique et/ou par un moyen motorisé qui peut être piloté par ordinateur. Le problème est qu’il est difficile de modifier la règle de modification du rayon de giration de ce maneton en fonction du couple auquel est soumise la transmission pendant que ce maneton tourne, alors qu’il est possible de rendre déformables en temps réel d’autres constituants d’une transmission, comme la bielle, et/ou le moyen d'entraînement alternatif, et/ou le secteur, et/ou la liaison de sortie, et/ou la liaison mécanique entre deux quelconques de ces éléments. L’avantage de déformer de tels constituants qui ne tournent pas est qu’il est beaucoup plus facile de modifier les règles de la déformation et donc du rapport de transmission en fonction du couple auquel est soumise la transmission. De telles modifications des caractéristiques régissant la déformation d’un élément de liaison peuvent ainsi être obtenues aussi bien à l'arrêt qu'en temps réel, sur la commande d'un utilisateur ou sur celle d'un ordinateur.

Cela n’empêche pas de combiner la déformation d’un de ces éléments non tournants avec la variation du rayon de giration du maneton :
- le maneton peut être éloigné élastiquement de l'axe de rotation de l'arbre d'entrée, mais conçu de telle sorte qu'il se rapproche de cet axe sous l'effet du couple auquel est soumise la transmission, et à l'inverse, la liaison mécanique entre le maneton et l'arbre d'entrée peut avoir un centre de gravité placé de telle sorte que son rayon de giration augmente avec la vitesse de rotation ; le maneton est alors avantageusement rappelé élastiquement vers l'axe de rotation de l'arbre d'entrée ;
- dans le cas où la déformation possible de la liaison mécanique entre l'arbre d'entrée et le maneton est suffisante pour que le rayon de giration du maneton puisse devenir nul, la transmission passe dans une configuration débrayée ; cela peut être obtenu aussi bien dans le cas où est insuffisant pour cela, que dans celui où le couple résistant est faible par comparaison avec celui fourni par le moteur, ce qui peut être le cas par exemple lorsque le moteur tourne au ralenti.

Les moyens de modification des caractéristiques régissant la déformation de la liaison d’entrée peuvent être par exemple la force du rappel élastique du maneton soit vers l’axe de rotation de l’arbre d’entrée soit dans la direction inverse, la position de son centre de gravité, ou la trajectoire qu’il suit lorsqu’il s’éloigne ou se rapproche de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée.

Les moyens de modification des caractéristiques régissant la déformation de la bielle peuvent être par exemple sa longueur au repos, sa longueur maximale et/ou minimale, la force du rappel élastique vers une distance entre ses deux extrémités, celle le liant au le maneton et celle le liant au moyen d’entraînement alternatif.

Les moyens de modification des caractéristiques régissant la déformation du moyen d’entraînement alternatif dépendent de la nature de ce moyen
- s’il s’agit de l’enroulement d’un câble sur une roue, ce peut par exemple être l’élasticité du câble ou du rayon de la roue,
- s’il s’agit de la coopération entre d’une part un pignon denté ou une portion de pignon denté et d’autre part une chaîne d’entrainement ou une crémaillère, ce peut être par exemple l’élasticité de la déformation élastique d’un ou plusieurs de ces éléments ; ce peut aussi être la force du rappel élastique rapprochant ou éloignant l’un de ses éléments de l’une ou l’autre de ses positions possibles.
- s’il s’agit d’un moyen de friction, ce peut être par exemple l’élasticité du moyen de résistance à la friction
- s’il s’agit d’un moyen comportant des éléments poussants ou tirants, des cames, des crans, des dents d’engrenages, des aimants ou électro-aimants, ce peut être l’élasticité de la résistance à la déformation d’un ou plusieurs de ces éléments.

Les moyens de modification des caractéristiques régissant la déformation du secteur peuvent être par exemple la force de son rappel élastique vers sa forme d’origine s’il s’agit d’un levier déformable ou la force de sa résistance élastique à une déformation angulaire.

Les moyens de modification des caractéristiques régissant la déformation de la liaison de sortie peuvent être par exemple la force de sa résistance élastique à une déformation angulaire.

Dans une version perfectionnée, le moyen de modification des caractéristiques régissant la déformation d’un élément de liaison peut avoir un état dans lequel l’élément de liaison considéré peut se déformer librement, c’est à dire sans qu’une contrainte significative s’oppose à sa déformation. Une transmission selon l’invention dispose ainsi d’une première configuration dans laquelle elle peut être débrayée.

Pour citer quelques exemples, la liaison d’entrée peut comporter un moyen libérant l’écartement de la bielle de l’axe de l’arbre d’entrée ou débrayant la liaison mécanique entre elle et la bielle ; la bielle peut comporter un moyen libérant la modification de sa longueur ou débrayant la liaison mécanique entre elle et le moyen d’entrainement alternatif ; le moyen d’entraînement alternatif peut comporter un moyen annulant la transformation du mouvement alternatif de la bielle en un mouvement rotatif, ou débrayant la liaison mécanique entre elle et le secteur ; le secteur peut comporter un moyen lui permettant de se déformer sans résistance ou débrayant la liaison mécanique entre lui et la liaison de sortie ; et la liaison de sortie peut comporter un moyen débrayant sa liaison mécanique avec l’arbre de sortie.

Dans le cas où, par construction, le moyen d’entrainement alternatif comporte une crémaillère, il est avantageux que cette dernière puisse changer de position angulaire par rapport à l’arbre de sortie, et qu’elle puisse donc pivoter autour de l’axe de rotation de l’arbre de sortie sans que cela nuise à son fonctionnement.

De nombreuses transmissions connues comportent un certain niveau de déformation qui peut être provoquée par leur élasticité ou même par le jeu dû à l'usure. Cette déformation a pour conséquence que l'angle de giration de l'arbre de sortie diminue ponctuellement lors de la déformation. Cela ne conduit pas à une modification durable du rapport de transmission.

L'usure comme la déformation élastique involontaire d'une transmission à impulsions - une transmission transformant le mouvement de rotation en un mouvement de va-et-vient puis ce mouvement de va-et-vient en un mouvement rotatif - peuvent en théorie provoquer une légère variation de l’amplitude du mouvement de va-et-vient, et donc une variation légère et involontaire du rapport de transmission, mais ce n'est pas de cela qu'il s'agit ici puisque l'on se donne les moyens de faire varier de façon significative et durablement le rapport de transmission.

Le mouvement de va et vient de la bielle peut être entraîné par un moteur 1 qui peut tourner dans le sens dit moteur ou alternativement dans le sens moteur et dans le sens inverse, d'un angle quelconque. L'arbre d'entrée peut donc aussi bien tourner en permanence dans le même sens qu'osciller dans un mouvement de va et vient. Les transmissions selon l’invention ont d’ailleurs pour la plupart une caractéristique un peu étonnante qui est que la rotation de l’arbre de sortie est entraînée, toujours dans le même sens, aussi bien par une rotation horaire de l’arbre d’entrée que par une rotation de sens inverse puisque dans les deux cas, la rotation de l’arbre d’entrée entraîne l’oscillation des éléments plus en aval.

En rendant possible une déformation d’un élément de liaison telle que le mouvement de l’arbre d’entrée n'entraîne pas celui de l’arbre de sortie, la transmission peut être débrayée. Au contraire, en diminuant la possibilité de sa déformation, on peut embrayer progressivement la transmission, sans frottement et donc avec un excellent rendement.

Une transmission selon l’invention dispose ainsi d’une seconde configuration dans laquelle elle peut être débrayée.

Dans de nombreux cas d’usage, il est avantageux de permettre à l’utilisateur ou à un ordinateur de commander une modification en temps réel des caractéristiques mécaniques d’un élément de liaison, afin de s’adapter à une variation de puissance du moteur. Une automobile peut ainsi avoir un comportement plus sportif ou plus économiques, et un vélo peut s’adapter au poids du cycliste ainsi qu’à l’effort qu’il souhaite fournir.

Pour éviter que le couple transmis soit trop démultiplié, il peut être envisagé de limiter la variation possible des caractéristiques d’un élément de liaison. Il est ainsi possible d’empêcher tout débrayage de la transmission.

Il peut être avantageux que le moyen d’entraînement alternatif 61 soit une manivelle dont le rayon est inférieur au rayon de giration maximal du maneton, car cela a pour conséquence que le secteur ne peut pas avoir de mouvement autre qu'alternatif.

Cependant, dans un mode de réalisation particulier, la géométrie et ou les capacités de déformation des différents éléments de liaison peuvent permettre, à partir d’une certaine vitesse, que le secteur 71 cesse d’avoir un mouvement alternatif pour tourner à la même vitesse que l’arbre d’entrée. La transmission dispose ainsi d’une troisième configuration de fonctionnement dans laquelle elle est en prise directe, en supplément de la configuration à variation continue et des configurations à variation continue et débrayées décrites plus haut.

Une transmission peut comporter plusieurs éléments de liaison qui sont munis d’un moyen de modification de leurs caractéristiques régissant leur déformation en fonction des forces auxquelles ils sont soumis.

Chacune des déformations d’éléments de liaison peut être obtenue soit en fonction de la vitesse de rotation de l’arbre primaire ou de l’arbre secondaire, soit du couple auquel est soumise la transmission, soit par un moyen motorisé qui peut être piloté par ordinateur, de telle sorte que l'on peut automatiser à la fois le passage dans une configuration à une autre (embrayée, variation continue ou prise directe, débrayée) et la modification automatique de la variation du rapport de transmission en fonction du couple auquel est soumise la transmission ou de la vitesse de rotation de l'un de ses éléments.

Transmission compensée par un rappel élastique

Lorsque qu’une transmission selon l’invention ne comporte une phase d’entraînement de l’arbre de sortie que pendant une partie du cycle, il peut être avantageux de la doter d’un rappel élastique emmagasinant de l’énergie pendant cette partie du cycle recevant de l’énergie de l’arbre d’entrée, pour la restituer par un rappel élastique pendant le reste du cycle.

Liaison d’entrée par coopération entre un maneton et un chemin de roulement.

Dans une version particulièrement facile à construire, la transmission selon l’invention comporte au moins un maneton coopérant avec un chemin de roulement lié mécaniquement à la bielle.

Avantageusement, ce chemin de roulement n’est pas circulaire, de telle sorte que, pour un tour complet du maneton, la bielle effectue plusieurs oscillations.

Dans une version préférée, la transmission comporte au moins deux manetons, et le chemin de roulement est constitué au moins partiellement de courbes de Reuleaux.

Il est évidemment possible, pour diminuer les acyclismes, de munir la transmission de deux dispositifs de ce type décalés angulairement de 90° , comme illustré à la figure 5,, ou de n dispositifs décalés de 2xPI/n.

Volant d’inertie en aval

Une transmission selon l’invention est avantageusement munie d’un volant d’inertie 3000 situé en aval pour réguler voire supprimer les acyclismes sans perte d’efficacité.

Variante simplifiée de l’embrayage unidirectionnel

Pour simplifier la conception d’une transmission selon l’invention, l’embrayage unidirectionnel dit roue libre 80 peut avantageusement être constitué par le fait que la crémaillère ne coopère avec la roue finale que pendant l’un de ses mouvements d’aller ou de retour, et en est écartée pendant l’autre partie du cycle.

Ceci peut être obtenu par de nombreux moyens, mais le plus facile est d’utiliser des crémaillères asymétriques comme celles représentées à la figure 6. Plus l’angle entre la tangente de la primaire de la crémaillère 61 avec la primaire du pignon denté 70 se rapproche de 90°, plus naturellement la crémaillère se rapproche naturellement du pignon denté dans l’un des sens de son oscillation, et plus elle s’en éloigne naturellement dans l’autre sens. L’autre avantage d’un tel angle est d’augmenter la vitesse de rotation du pignon denté pour un même déplacement de la crémaillère.

Il est bien évidemment possible de doter une première crémaillère d’une denture fonctionnant dans un sens de son oscillation avec un premier pignon denté, comme représenté, et d’une autre fonctionnant dans l’autre sens avec un autre pignon denté concentrique du premier. L’homme de l’art peut ajuster la courbure de ces crémaillères et le rayon des pignons dentés pour que le rapport de transmission soit le même à l’aller et au retour.

Il est important de dessiner la crémaillère de telle sorte que le pignon denté puisse tourner plus vite que ne l’entraîne la crémaillère, et donc de prévoir un espace suffisant entre la denture et la face opposée lisse, ou entre les deux dentures s’il en existe deux comme décrit au paragraphe précédent.

Il peut être envisagé d’ajouter une roue libre classique en aval de ces dispositifs, pour être certain qu’une vibration par exemple ne vienne pas entraîner l’arbre de sortie dans le mauvais sens.

Il est recommandé d’équilibrer les masses d’une crémaillère de telle sorte que son centre de gravité soit le plus proche possible de sa liaison mécanique avec l’élément qui entraîne son oscillation.

Arbres d’entrée et de sortie alignés

L’axe de rotation de l’arbre d’entrée et celui de l’arbre de sortie peuvent avantageusement être confondus comme illustré par les figures 2 et 3. Cela permet de limiter l’encombrement et de simplifier la conception, mais présente aussi d’autres avantages comme celui de permettre facilement la configuration de prise directe décrite ci-après.

Seconde configuration de prise directe, l’embrayage entre l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie

Les arbres d’entrée et de sortie peuvent être embrayés directement l’un sur l’autre, ce qui constitue une configuration supplémentaire dans laquelle elle est aussi en prise directe

Cela peut être obtenu par exemple par un embrayage centrifuge se déclenchant à partir d’une certaine vitesse de l’arbre d’entrée ou de l’arbre de sortie. Un second moyen d’embrayage, qui peut lui aussi être centrifuge, peut débrayer simultanément la transmission élémentaire de l’arbre d’entrée pour éviter les vibrations et améliorer le rendement.

Dans une solution préférée, l’embrayage entre l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie s’opère automatiquement en dessous d’une certaine valeur du couple auquel est soumise la transmission. La transmission comporte un moyen dit moyen de prise directe reliant directement ou indirectement l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie selon un rapport de transmission fixe, et un moyen dit limiteur de couple débraye le moyen de prise directe lorsque le couple transmis excède une valeur prédéterminée. C’est en particulier le cas avec le dispositif illustré aux figures 11 à 15. L’arbre de sortie comporte deux parties, une partie amont et une partie aval, qui peuvent s’écarter angulairement comme si cet arbre était une barre de torsion. Ces deux parties peuvent se décaler angulairement sous l’effet du couple auquel est soumise la transmission. Ce décalage angulaire entraîne le déplacement d’un coulisseau 35 vers la partie aval, un ressort non représenté le rappelant dans le sens inverse. Ainsi, l’augmentation du couple auquel est soumise la transmission a pour effet de déconnecter ce coulisseau 35 de l’arbre d’entrée. La section du coulisseau est hexagonale. Il tourne toujours à la vitesse de la partie aval 3B mais se déconnecte automatiquement de la partie amont 3A au-delà d’un certain couple que l’homme de l’art peut choisir librement.

Troisième configuration de prise directe : la rotation limitée du bâti

Dans la configuration dans laquelle l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie sont alignés et ont le même sens de rotation, supportés par un même bâti 100, un mode de mise en œuvre préféré consiste à permettre la rotation de ce bâti dans le seul sens moteur, c'est-à-dire à le lier mécaniquement en rotation à un point fixe par une roue libre l’empêchant de tourner dans le sens inverse du sens moteur, car dans cette configuration :
- lorsque le couple résistant est suffisamment faible pour qu’il n’y ait aucune déformation élastique de la transmission et que l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie tournent à la même vitesse, le bâti tourne aussi à cette vitesse commune à l’arbre d’entrée et à l’arbre de sortie, et la transmission est en prise directe, ne produisant aucune vibration ni aucun frottement,
- mais lorsque le couple résistant augmente, la transmission se déforme élastiquement selon l’invention pour permettre à l’arbre de sortie de tourner moins vite que l’arbre d’entrée, ce qui arrête la rotation du bâti et met automatiquement le ou les sous-ensemble(s) unitaire(s) de transmission en service.
Ceci est obtenu lorsque la démultiplication de la transmission, lorsqu’elle est en configuration à variation continue, est inférieure à 1.

Il est évidemment possible d’empêcher par un moyen complémentaire toute rotation du bâti. Le ou les sous-ensemble(s) unitaire(s) de transmission sont alors en service en permanence et permettent à l’arbre de sortie de tourner plus vite ou moins vite que l’arbre d’entrée, selon la valeur du couple résistant.

Pour diminuer les acyclismes et la fatigue des arbres d’entrée et de sortie, on peut laisser le bâti osciller élastiquement autour de sa position moyenne pendant un cycle.

On peut aussi intégrer le principe de la présente invention pour créer un train épicycloïdal. On peut par exemple considérer que le bâti est le porte-planètes d’un train épicycloïdal dont l’arbre d’entrée est le soleil ou la couronne et les manetons les planètes transférant leur mouvement à un soleil ou une couronne qui sont l’arbre de sortie. Le mouvement d’entrée peut dans ce cas être donné au bâti, tandis que l’arbre d’entrée est fixe. Ceci ouvre un grand nombre d’autres possibilités que celles déjà décrites, comme par exemple l’addition de deux énergies par deux moteurs différents, l’un entrainant la rotation de l’arbre d’entrée et l’autre celle du bâti.

L’homme de l’art peut mettre en œuvre des moyens mécaniques connus pour modifier l’architecture du dispositif en fonction du sens de rotation, de telle sorte que la transmission fonctionne aussi bien en marche avant qu’en marche arrière.

D’une façon plus générale, on peut limiter la rotation du bâti dans un seul sens de rotation par rapport soit à un point fixe supportant la transmission, soit à l’arbre d’entrée, soit à l’arbre de sortie.

Assemblage en série ou en parallèle

Plusieurs transmissions mécaniques selon la présente invention peuvent être assemblées en série ou en parallèle. Elles sont alors dites transmissions élémentaires.

Une transmission selon l’invention peut par exemple comprendre au moins deux transmissions dites transmissions élémentaires entraînant avantageusement l’arbre de sortie successivement au cours d’un cycle pour lisser l’évolution du rapport de couple au cours du cycle. Elle comporte par exemple plusieurs manetons de deux transmissions élémentaires qui sont disposés symétriquement par rapport à l’axe de l’arbre d’entrée, comme représenté à la figure 2.

Lorsque l’on associe plusieurs transmissions en parallèle, il est particulièrement avantageux que le moyen de modification de la capacité de déformation d’un élément de liaison puisse avoir un état dans lequel il se déforme librement sans qu’une contrainte significative s’oppose à sa déformation, parce qu’il devient alors possible de faire tourner l’arbre de sortie en marche arrière. Cela ne peut être obtenu que par un débrayage complet de la transmission. En effet, un secteur est entraîné en marche arrière par une roue libre lorsque l’arbre de transmission tourne en marche arrière, ce qui entraîne un mouvement de rotation de l’arbre d’entrée, alors que cette rotation aurait pour effet d’entraîner une autre transmission à entraîner l’arbre de sortie en marche avant puisque toute rotation de l’arbre d’entrée fait tourner l’arbre de sortie dans le même sens.

Boite de vitesses étagée

Un assemblage en parallèle particulièrement avantageux permet de réaliser une boite de vitesses automatique étagée à plusieurs rapports. Les arbres d’entrée des transmissions élémentaires selon l’invention sont solidaires entre eux, et leurs arbres de sortie entraînent un arbre de sortie dit global par l’intermédiaire d’engrenages dit engrenages de sortie ayant des rapports de transmission différents, et de roues libres, de telle sorte que l’arbre de sortie global est entraîné par la transmission élémentaire lui transmettant la plus grande vitesse de rotation. Lorsque le couple auquel est soumise une des transmissions élémentaires excède la valeur pour laquelle cette transmission élémentaire passe en configuration débrayée, l’arbre de sortie global est entraîné par la transmission élémentaire lui transmettant une vitesse de rotation moins élevée.

Dans une version perfectionnée, une des transmissions constituant la boite de vitesses, peut être bloquée en configuration débrayée, par exemple par un moyen électromagnétique. Un tel blocage peut être provoqué automatiquement – par exemple sur commande d’un ordinateur – lorsque la transmission qui procure un rapport de transmission immédiatement inférieur est en configuration de prise directe.

Il est particulièrement avantageux que les deux conditions provoquant l’une la configuration débrayée d’une des transmissions et l’autre sa configuration de prise directe soient proches l’une de l’autre. La configuration à variation continue n’est donc que brièvement en service, et ne sert qu’à remplacer le synchro d’une boite de vitesses classique de l’art antérieur. L’avantage par rapport à un synchro classique de boite de vitesses est que la transmission selon l’invention remplaçant un tel synchro ne provoque pas de friction et améliore sensiblement le rendement et la robustesse de la boite de vitesses.

Dans une version particulièrement avantageuse, l’une des transmissions élémentaires entraîne l’arbre de sortie en marche arrière. Elle n’est embrayée que lorsque les autres transmissions élémentaires sont débrayées et réciproquement. La boite de vitesses comporte alors une marche arrière.

Transmission réciproque

Dans une version perfectionnée, la transmission peut être rendue réciproque, ce qui lui permet par exemple de disposer d’un frein moteur, ou de faire démarrer un moteur à explosion. Pour cela, un moyen de transmission mécanique supplémentaire transfère le mouvement de rotation de l’arbre de sortie en un mouvement de rotation de l’arbre d’entrée. De tels moyens sont connus comme les systèmes d'engrenages, les systèmes pignon-crémaillère, les systèmes à cames ou les systèmes bielle-manivelle. Ce moyen de transmission mécanique supplémentaire ne doit pas pouvoir se substituer à la transmission de mouvement par la transmission élémentaire et il doit être muni d’une roue libre permettant à la transmission élémentaire de faire tourner l’arbre de sortie à une vitesse supérieure à celle qui serait obtenue par lui.

Stockage d’énergie - freinage

L’une des applications de la transmission selon l’invention est le stockage d’énergie. L’arbre de sortie fait dans ce cas tourner un dispositif de stockage d’énergie. Le dispositif de stockage d’énergie peut être un volant d’inertie ou un dispositif de stockage d’électricité relié à un générateur d’électricité, ou encore un volant d’inertie dont l’énergie peut être récupérée ensuite par un générateur d’électricité.

Une boite de vitesse comme celle qui vient d’être décrite est avantageusement complétée par une transmission supplémentaire selon l’invention, dont l’arbre d’entrée est son arbre de sortie, et dont l’arbre de sortie est un alternateur et/ou un dispositif de stockage d’énergie. Une commande permet d’augmenter le rapport de transmission de cette transmission supplémentaire pour constituer un moyen de freinage. L’alternateur, utilisé en moteur électrique, peut être utilisé pour doter la transmission d’une marche arrière électrique.

Dans une version particulièrement avantageuse permise par la présente invention, ce générateur peut être programmé pour être mis en service à partir d’une vitesse de rotation légèrement supérieure à celle à laquelle ledit générateur d’électricité a l’efficacité maximale. C’est à cette vitesse de rotation seulement que le générateur freine le volant d’inertie. On peut utiliser pour cela un embrayage mécanique ou magnétique ou encore l’électronique de puissance gérant le générateur d’électricité.

Ainsi, quelle que soit la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée, l’arbre de sortie est accéléré, et ce n’est que lorsqu’il a accumulé assez d’énergie pour atteindre la vitesse de rotation optimale du générateur d’énergie que cette énergie est transformée en électricité par ce générateur.

Dans le cas où une transmission selon l’invention est munie d’une configuration de prise directe comme celle décrite ci-avant, la vitesse à laquelle la transmission passe en configuration de prise directe est avantageusement celle à laquelle ledit générateur d’électricité a l’efficacité maximale.

Pour une éolienne, par exemple, La transmission peut donc être en prise directe lorsque le vent est suffisant, et le pas des pales permet dans ce cas d’ajuster la vitesse du générateur. L’entraînement par crémaillères n’est mis en service que lorsque la vitesse du vent ne permet pas de faire tourner le générateur à sa vitesse optimale. Le générateur ne fonctionne dans ce cas que par intermittence, mais toujours à la bonne vitesse.

Vélo

Une transmission selon l’invention est particulièrement adaptée à un vélo. L’arbre d’entrée est entraîné en rotation par le pédalier et entraîne une bielle dont la longueur varie sous l’effet d’une force créée par le couple résistant de l’arbre de sortie.

La figure 4 montre un exemple d’un tel vélo. Le moteur 1 est le pédalier qui entraîne une bielle qui est un lien élastique 20, lequel fait osciller un moyen d’entraînement alternatif 61 qui est une manivelle entraînant elle-même la roue arrière 3 par une roue libre 80. Un ressort de rappel 30 replace la bielle dans sa position de repos à la fin de la partie du cycle pendant laquelle le lien élas tire la bielle.

Avantageusement, pour diminuer les dimensions des constituants représentés sur la figure 4, la roue libre n’entraîne pas directement la roue arrière mais le porte planète d’un train épicycloïdal situé dans le moyeu de la roue arrière. Les planètes coopèrent avec un soleil fixe par rapport au vélo et font tourner à plus grande vitesse que le porte planète lui-même une couronne solidaire de la roue. Un tel dispositif est connu et présent dans de nombreux modèles de vélos à boite de vitesse intégrée au moyeu. Il n’est pas nécessaire de munir ce dispositif de plusieurs vitesses, mais cela peut aussi être fait.

Plus généralement, une transmission selon l’invention est particulièrement adaptée lorsque son arbre d’entrée est entraîné par une manivelle actionnée au pied ou à la main, parce que la poussée du pied ou de la main produisent des acyclismes qui peuvent être synchronisés avec le mouvement de va et vient de la bielle, et donc neutralisés.

L'avantage par rapport à la solution décrite dans la demande PCT-FR-2019-000030 précitée est que l'effort maximal peut être toujours produit lorsque la pédale ou la manivelle est perpendiculaire à la force produite par la jambe ou le bras de l’utilisateur, ce qui n'était pas le cas dans cette solution antérieure.

Moteur à pistons

Dans le cas où la transmission selon l’invention est associée à un moteur à piston(s), le mouvement de d’aller ou retour d’un piston provoque avantageusement un mouvement d’aller ou de retour de la bielle. L’un des avantages supplémentaires apportés par la présente invention est la possibilité de faire varier la course du piston et donc la cylindrée du moteur et son taux de compression, mais aussi de résoudre les problèmes liés aux acyclismes des moteurs à pistons.

Outillage tournant

La configuration de prise directe par roue libre exposée plus haut permet de réaliser des outillages tournants. L’arbre d’entrée 2 est entraîné en rotation par la main de l’homme ou par un moteur, et l’arbre de sortie 3 entraîne un outil tournant comme un tournevis par exemple.

Avantageusement, le bâti 100 s’appuie sur un élément externe par une roue libre, pour s’immobiliser lorsque le couple résistant excède celui fourni par l’arbre d’entrée. Il est alors démultiplié par la transmission. L’un des exemples d’application est la manivelle qui sert à dévisser l’écrou d’une roue de voiture. Le bâti peut être prévu pour s’appuyer sur une partie de la jante pour ne pas pouvoir tourner avec la manivelle, et la démultiplication s’obtient alors automatiquement lorsque c’est nécessaire.

L’appui du bâti sur un élément extérieur, dans un sens de rotation ou dans l’autre, peut provoquer le déplacement de crémaillères par rapport aux roues de sortie, et ainsi l’inversion du sens de rotation de l’arbre de sortie. Le moteur peut continuer à tourner dans le même sens. Une inversion de direction de la roue libre reliant le bâti à l’élément extérieur peut être provoquée mécaniquement par l’inversion du sens de rotation de l’arbre d’entrée, de telle sorte que le dispositif serve aussi bien en marche avant qu’en marche arrière.

Lanceur séparé

Une disposition particulière consiste à séparer une machine contenant un moyen de stockage d’énergie comme le volant d’inertie servant à emmagasiner l’énergie dans la machine considérée, d’une transmission selon l’invention qui est placée dans un élément séparé amovible dit lanceur.

Dans une version perfectionnée, la séparation de cette machine du lanceur entraîne l’embrayage du moyen de stockage d’énergie au moyen d’entraînement de la machine.

La machine est par exemple une toupie, un avion un bateau ou une voiture à inertie.

A la différence des jouets à inertie de l’art antérieur, dans lesquels la vitesse du volant d’inertie correspond exactement à la vitesse à laquelle on a entraîné le jouet avant de le laisser prendre sa vitesse, le volant d’inertie accélère chaque fois que l’on entraîne le jouet, ce qui permet de lui faire prendre une vitesse bien supérieure.

L’invention est ici aussi bien le lanceur que la machine motorisée par ce lanceur, comme une toupie, un avion, un bateau ou une voiture à inertie.

Dispositions et combinaisons particulières

Toutes les dispositions et combinaisons décrites dans le document PCT-FR-2019-000030 précité peuvent évidemment être mises en œuvre dans le cadre de la présente invention, dont en particulier
- le blocage et déblocage de la variation du rayon de giration du maneton,
- la limitation de la variation pendant une partie du cycle,
- l’amortissement de toute déformation élastique d’un élément de liaison,
- la limitation de la déformation élastique d’un élément de liaison,
- la modification de l’orientation d’une crémaillère,
- la mise en œuvre de formes conjuguées entre crémaillère et secteur,
- l’utilisation d’une double crémaillère fonctionnant à l’aller et au retour,
- l’utilisation de crémaillères interchangeables,
- l’inversion de la transmission,
- le blocage de la transmission,
- la limitation de la course de la crémaillère et/ou du secteur,
- le rappel élastique en fin de la course d’un élément de liaison,
- la multiplication des transmissions élémentaires,
- l’équilibrage d’une transmission par disposition de plusieurs transmissions élémentaires symétriquement par rapport à l’axe de l’arbre d’entrée et/ou de l’arbre de sortie,
- la rotation limitée du bâti,
- l’utilisation d’un levier moteur,
- le fonctionnement réciproque, permettant de disposer d’un frein moteur ou de faire démarrer un moteur à explosion,
- le stockage d’énergie et le freinage,
- les applications aux moteurs à piston,
- les applications aux moteurs à chaleur externe,
- les applications aux outillages tournants,
- l’utilisation de lanceur séparé

Machines

La présente invention est aussi une machine comme par exemple un moyen de transport muni d’une transmission comme l’une quelconque de celles décrites ci-avant, ou transmettant sa puissance à une telle transmission, ou mise en mouvement par une telle transmission.

Procédé

La présente invention est aussi un procédé de transmission de mouvement d'un arbre d’entrée 2 à un arbre de sortie 3 par l’utilisation d’une transmission mécanique selon l'invention/ Elle est aussi le procédé de modification du rapport de transmission entre un arbre d’entrée et un arbre de sortie avec une transmission selon l'invention.

Applications

Les principales applications sont les suivantes :
- les transmissions à variation continue à engrenages
- les transmissions à variation continue dont le rapport de transmission s’adapte automatiquement au couple résistant, ce qui concerne tous les véhicules et en particulier les bateaux dont le couple résistant dépend des vagues et courants rencontrés,
- les boites de vitesses étagées à changement de vitesse automatique en fonction du couple résistant et/ou du régime moteur,
- les embrayages centrifuges sans déperdition d’énergie,
- les synchro de boites de vitesses,
- les limiteurs de couple,
- le transfert de puissance à une pluralité de roues motrices par une pluralité de transmissions selon l’invention, en remplacement des différentiels,
- la combinaison de plusieurs sources d’énergie, chacune étant reliée à un même arbre de sortie par une transmission selon l’invention,
- les moteurs à pistons comportant une transmission selon l’invention en lieu et place du système bielle-vilebrequin,
- les moteurs électriques munis d’une transmission selon l’invention pour supporter tout couple supérieur à celui fourni par le moteur lors de son fonctionnement normal, par exemple celui qui est nécessaire au démarrage ou en cas de surcharge mécanique,
- la récupération d’énergie au freinage, par l’accouplement des roues à un moyen de stockage d’énergie, en faisant varier le rapport de transmission pour doser l’énergie stockée et donc l'importance du freinage,
- l’adaptation en temps réel du rapport de transmission des éoliennes et des hydroliennes à la vitesse optimale de leur générateur électrique
- le stockage d’énergie dans des volants d’inertie de jouets et d’autres machines
- la propulsion des vélos et autres véhicules ou machines mus par un pédalier ou des manivelles,
- les winches, crics et treuils dont le rapport de transmissions s‘adapte automatiquement au couple résistant,
- les outillages tournants.

Claims

Transmission mécanique comportant un arbre d’entrée (2), un arbre de sortie (3), ces deux arbres étant reliés mécaniquement par un sous-ensemble dit transmission élémentaire comprenant lui-même :
- un maneton entraîné en rotation par ledit arbre d’entrée par une liaison mécanique dite liaison d’entrée,
- une liaison mécanique dite bielle (20), entrainée en un mouvement de va-et-vient par ledit maneton,
- une liaison mécanique dite secteur (71) entraînée en une rotation oscillante par ladite bielle par l’intermédiaire d’un moyen mécanique permettant de transformer un mouvement de va et vient en un mouvement de rotation, dit moyen d’entraînement alternatif (61),
- un moyen d’embrayage unidirectionnel (80) dit roue libre entraîné en rotation par ledit secteur et entraînant à son tour par une liaison mécanique dite liaison de sortie la rotation dudit arbre de sortie dans un sens de rotation seulement,
- et un bâti (100) relié à un point fixe,
ladite bielle, ou ledit moyen d'entraînement alternatif, ou ledit secteur ou ladite liaison de sortie, ou la liaison mécanique entre deux quelconques de ces quatre éléments dits éléments de liaison autres que ladite liaison d’entrée, pouvant subir une déformation élastique modifiant d'au moins cinq pour cent l'amplitude du mouvement de rotation oscillante dudit secteur pour le même mouvement de rotation dudit maneton,
caractérisé en ce qu’elle comporte un moyen de modification des caractéristiques de déformation élastique d’au moins l’un desdits éléments de liaison autres que ladite liaison d’entrée.