WO2004106735A1 - Systeme de transformation d'energie a appareil volumetrique - Google Patents

Systeme de transformation d'energie a appareil volumetrique

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Publication number
WO2004106735A1
WO2004106735A1 PCT/EP2004/050841 EP2004050841W WO2004106735A1 WO 2004106735 A1 WO2004106735 A1 WO 2004106735A1 EP 2004050841 W EP2004050841 W EP 2004050841W WO 2004106735 A1 WO2004106735 A1 WO 2004106735A1
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WO
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axis
rotor
rotation
piston
movement
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PCT/EP2004/050841
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English (en)
Inventor
Claude Albert Waudoit
Original Assignee
Claude Albert Waudoit
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Publication date
Application filed by Claude Albert Waudoit filed Critical Claude Albert Waudoit
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/14—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B1/141—Details or component parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • F03C1/06—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F03C1/061—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F03C1/0615—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders distributing members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/122—Details or component parts, e.g. valves, sealings or lubrication means

Definitions

  • the present invention relates to an energy transformation system comprising a) a first enclosure which contains a fluid under high pressure, b) a second enclosure which contains a fluid under low pressure, and c) a volumetric device which comprises
  • stator two bodies, a stator and a rotor capable of carrying out relative to the stator a rotational movement, around an axis of rotation
  • a piston capable of carrying out a first reciprocating movement of the sinusoidal type, during a 360 ° rotation of the rotor, - force transmission means allowing a transformation of movement between the rotational movement of the rotor and said first back-and-forth movement,
  • distribution means capable of switching on and off each cylindrical cavity and its high pressure and low pressure conduits
  • Piston and back-and-forth distribution motors are known, such as those fitted to the first steam engines which are capable of transforming the energy of pressurized steam into mechanical energy but which are not reversible in the sense that they are unable to return the vapor to its initial state by the mere supply of external mechanical energy.
  • Hydraulic piston motors are known which are reversible and which are capable of operating both as a pump and as a motor. These motors are complex and always include a distribution glass to achieve communication between the cavity in which the piston moves and alternately the high pressure supply and the low pressure return. Due to the presence of the distribution glass, these motors are not compatible, without significant additional cost, with the use of a non-lubricating fluid such as water.
  • the distribution means are capable of carrying out a second reciprocating movement of the sinusoidal type, during a 360 ° rotation of the rotor, said at least one piston and said distribution means being supported by a first of said two bodies ,
  • control means act on said distribution means allowing a transformation of the rotational movement of the rotor into said second reciprocating movement of sinusoidal type, said control means and said force transmission means being supported by a second of said two bodies,
  • each piston presents during its first back-and-forth movement aforesaid first stroke 90 ° out of phase with respect to a second stroke presented by the distribution means corresponding to its cylindrical cavity, during their second aforementioned back and forth movement, and
  • the fluid contained in the two enclosures is of the same nature, the device carrying out a transfer of the fluid between the two enclosures, in a reversible manner.
  • This device is therefore of the motor and / or volumetric pump type, the pistons of which are fitted with supply and discharge shutter elements, which are mechanically controlled.
  • the device is capable, by a device mechanically controlled by the rotor, of communicating the cavity, in which the piston moves, with the high pressure conduit cyclically and the low pressure pipe.
  • the operation of the device is reversible, that is to say that it can work as well in pump as in engine. If the rotor is arranged as a drive shaft, the device functions as a pump. Yes fluid is supplied under high pressure in the high pressure duct, the device operates as a motor.
  • control means comprise a rotary element integral in rotation with the rotor, which has a pivoting axis which rotates around the axis of rotation of the rotor.
  • the pivoting axis of the rotary element is an axis inclined with respect to the axis of rotation of the rotor or it is off-center with respect to it.
  • the reciprocating movement of the distribution means is parallel or perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
  • the distribution means comprise a distribution drawer on which the control means act against a return element.
  • This manufacturing embodiment is particularly simple and its operation is also especially safe.
  • each piston is said distribution slide for a neighboring piston offset by 90 °
  • Figures 1 to 4 show a schematic view in longitudinal section of an embodiment of the apparatus according to the invention, in different operating positions.
  • Figure 5 shows the same view as Figure 1 of an alternative embodiment of the apparatus according to the invention.
  • FIG. 6 represents a sectional view along line ll of FIG. 5.
  • Figures 7 and 8 show views similar to Figure 5, in other displacement positions.
  • Figures 9 and 10 show two other alternative embodiments of apparatus according to the invention.
  • FIGS 11, 13, 15 and 17 show the different positions of another alternative embodiment of the invention.
  • Figures 12, 14, 16 and 18 are sectional views along lines II-II, III-III, IV-IV and V-V, respectively, of Figures 11, 13, 15 and 17 respectively.
  • FIG. 19 represents an embodiment of the invention intended for the control of a hydraulic cylinder.
  • FIG. 20 represents a view along line VI-VI of FIG. 19.
  • FIG. 21 represents a construction variant which generates a high pressure inside the rotor.
  • FIG. 22 represents an alternative construction which controls the rotation of a wheel.
  • FIG. 23 graphically shows the coordination between the movement of a piston and the movement of the distribution means which is associated with it.
  • the apparatus which is the subject of the invention is capable of operating both as a motor and as a pump and can therefore be called either motor or pump.
  • the device will be called simply a pump in the description of its operation as a pump, and a motor in the description of its operation as a motor.
  • FIG. 1 represents a hydraulic pump with axial pistons of fixed displacement and bias plate mounted in a barrel.
  • This pump consists of a body 12 serving as a stator and a rotor 71 which has a drive shaft 1, free to rotate about its axis 72.
  • This shaft comprises a cylindrical bearing surface 2, the oscillation axis 73 of which is inclined relative to the axis of rotation 72 of the shaft 1.
  • a barrel 3 is mounted to rotate freely around the cylindrical bearing surface 2 of the shaft 1.
  • the barrel 3 is in connection with pistons 4 via spherical ball joints 5 and it is thus prevented from rotating because of this connection.
  • the rotation of the shaft 1 therefore causes the barrel to oscillate around its center, that is to say the intersection between the axis of the barrel, which coincides with that 73 of the inclined cylindrical seat 2, and the axis 72 of the shaft 1, the axis of the barrel describing a cone around the axis 72 of the rotor 71.
  • This oscillation movement controls the reciprocating movement of a plurality of pistons 4.
  • a hollow spherical ball 5 free to pivot in a cavity 6 of the barrel 3, receives the end 7 of the piston.
  • the point of contact between the end 7 of the piston 4 and the internal face of the hollow spherical ball joint 5 is located beyond the center of the external surface of the spherical ball joint 5 to allow a natural tilting of the ball joint around its point contact with the end 7 of the piston.
  • the tilting of the spherical ball joint 5 around its point of contact with the end 7 of the piston 4 is necessary to take account of the relative movement between the end 7 of the piston 4 and the center of the cavity 6 of the barrel 3 which receives the ball joint 5.
  • Each piston 4 is held in abutment against the bottom of a hollow spherical ball joint 5 by a spring 8 and it moves in a cylindrical cavity 9.
  • One end of each cylindrical cavity 9 is closed by a double valve constituted by the assembly d 'A driving valve 10 and a driven valve 11 which slide freely in the body 12 of the pump.
  • a spring 13 keeps the driven valve 11 in contact with a seat 14 formed in the body 12 of the pump.
  • the external face of each led valve 1 1 delimits a cavity 15 which communicates with the reservoir 16 via a low pressure conduit 17.
  • the led valve 11 cylindrical and concentric with the driving valve 10 forms with it a cavity 18 forming a passage which communicates with the high pressure conduit 19.
  • the pressure in the cavity 18 exerts a force on the annular surface of the driven valve 11 to push it against the seat 14 of the body 12 and a force on the annular surface of the driving valve 10 to push it back against its control means and simultaneously close the passage 18 by pressing on the led valve 11.
  • the outside diameter of the driving valve 10 and its annular surface in contact with the high pressure are greater than the outside diameter of the driven valve 11 and its surface in contact with the high pressure so that, when the two valves are in contact, the pressure in the cavity 18 generates a resultant force directed towards the control means of the driving valve 10.
  • the shaft 1 rotates a control disc 20 which has a face 21 perpendicular to the axis of rotation of the shaft 1, this face bearing, via a ball bearing, on a cover 22 secured to the body 12 of the pump, and an inclined control face 23.
  • This inclined face has at its center an axis 77 which is perpendicular thereto, therefore being inclined relative to the axis of rotation 72. During the rotation of the rotor, this axis 77 rotates around the axis of rotation 72.
  • the control face 23 is divided in two by a line of larger angle 74 passing through the axis 77 and it is capable of repelling, via a ball bearing and the disc 24, of which the two faces are parallel and which is free to rotate, the leading valves 10 in a direction parallel to the axis of rotation 72.
  • the plane formed by the intersection of the axis of rotation 72 of the rotor 71 with the inclined axis 77, therefore with the line of greatest angle 74 of the inclined face 23, is p erpendicular to the plane formed by the intersection of the oscillation axis 73 of the cylindrical bearing surface 2 of the shaft 1 with the axis of rotation 72 of the shaft 1.
  • the above-mentioned first plane therefore corresponds to the cutting plane of the disc 20 in the case of FIGS.
  • FIG. 2 shows a piston 4 located at the top dead center of its course.
  • the contact of the driven valve 11 with the seat 14 of the body 12 of the pump and the contact of the seat 25 of the driving valve 10 with the internal seat 26 of the driven valve 11 completely seal the cylindrical cavity 9.
  • FIG. 2 shows a piston 4 at middle of its run towards bottom dead center.
  • the rotation of the disc 20 allows, under the effect of the thrust of the spring 8 and the pressure prevailing in the cavity 18, the valve 10 leading to move towards the disk 20 by driving the led valve 1 1, which has the effect of putting the cylindrical cavity 9 into communication with the reservoir via the passage between the driven valve 11 and the body 12 of the pump and via the low pressure conduit 17.
  • the driven valve 11 remains in contact with the driving valve 10 under the effect of the spring 13 and of the pressure which reigns in the cavity 18.
  • Figure 3 shows a piston 4 located at the bottom dead center of its stroke.
  • the contact of the driven valve 11 with the seat 14 of the body 12 and the contact of the seat 25 of the driving valve 10 with the internal seat 26 of the driven valve 1 1 completely seal the cylindrical cavity 9.
  • Figure 4 shows a piston 4 in the middle of its stroke towards top dead center.
  • the control disc 20 pushes the driving valve 10 in the direction of the piston 4 to put the cylindrical cavity 9 into communication with the high pressure via the passage between the driving valve 10 and the driven valve 1 1, the cavity 18 and the conduit 19.
  • the driven valve 11 is limited in its movement by its contact with the body 12 and is kept in contact with the body 12 under the effect of the spring 13 and the pressure which prevails in the cavity 18.
  • the low pressure pipe remains closed. It is understood that the operation of the pump is reversible. If a high pressure fluid coming for example from a pump or from a hydraulic accumulator is directed towards the cavity 18 via the high pressure conduit 19, then the device operates as a motor.
  • FIG. 5 shows an example of an axial piston motor with variable displacement characterized in that the adjustment of the displacement is mechanically controlled by a centrifugal regulator. In the position shown the piston is in top dead center and the double valve closes the high pressure and low pressure conduits.
  • it is a slight inclination of the axis 75 of the bearing 27 relative to the axis 72 of the central shaft 28 which generates an oscillation of the control disc 29, which is free to rotate around the bearing 27 and is capable of controlling the movement of the driving valves 10.
  • the plane formed by the intersection of the axis 75 of the bearing 27 with the axis 72 of rotation of the shaft 28 is perpendicular to the plane formed by the intersection of the axis of the tilting cylinder 31 with the axis of rotation of the shaft 28.
  • an axis 30 passes perpendicularly through the central shaft 28.
  • the axis 30 supports and rotates a tilting cylinder 31 which supports a barrel 32, free to rotate around the tilting cylinder 31.
  • the movement of the tilting cylinder 31, resulting from the rotation of the central shaft 28, causes oscillation of the barrel 32 which controls the reciprocating movement of the pistons 4, via the hollow spherical ball joints 33.
  • the direction and the value of the inclination of the axis of the tilting cylinder 31 conditions the sign and the value of the displacement.
  • the inclination of the cylinder 31, which rotates with the central shaft 28, is controlled by a centrifugal regulator 79 also fixed on the central shaft 28.
  • the centrifugal regulator can control the inclination of the cylinder 31, either directly via two sectors toothed as shown in Figure 5, or via a worm to avoid reversibility of the control.
  • This type of variable displacement motor is particularly suitable for recovering negative or braking energy, in a hydraulic accumulator 34 for example.
  • the rotation of the central shaft 28, of the tilting cylinder 31 and of the centrifugal regulator 79 causes the weights 35 and 36 to spread apart and causes the sliding ring 37 to slide on the shaft 28 in the direction of the axis 30, causing the same direction the end 38 of the lever 39 until the opposing force of the spring 40 stabilizes the speed of rotation.
  • the speed of rotation of the central shaft 28 can be adjusted by acting on the speed control rod 41 and is deliberately sensitive to the load.
  • FIG. 5 shows the device in its position of maximum positive displacement, operating as a motor and generating the maximum torque at the central shaft 28 by turning for example at 1500 rpm . If the load applied to the shaft 28 decreases, the speed of rotation increases, the weights 35 and 36 deviate from the axis of the rotor causing a reduction in displacement and therefore in engine torque until a new, higher stabilization speed is reached.
  • Figure 6 shows the device in section along line ll of Figure 5.
  • Figure 7 shows the motor of Figure 5 in its zero displacement position, generating zero motor torque at the central shaft 28, turning by example at 2000 rpm without consuming any energy other than that intended to compensate for imperfect yields.
  • Figure 8 shows this engine in a negative displacement position. If the load applied to the shaft 28 becomes negative, the speed of rotation increases further, the weights 35 and 36 continue to move away from the axis of the rotor and make the displacement negative, the apparatus then behaves like a pump , generating an engine brake effect like that well known in the operation of heat engines.
  • the mechanical braking energy of the load is converted by the device into hydraulic energy directed to the hydraulic accumulator 34 and becomes available for later use.
  • FIG. 8 shows the motor in its maximum negative displacement position, operating as a pump and generating maximum braking torque at the central shaft 28, by turning for example at 2500 rpm.
  • the braking effect can be controlled, for example by acting on the position of the lever 39.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a double valve allowing the reversal of the direction of rotation of the shaft 1 by a simple reversal of the high and low pressure conduits.
  • the high pressure is connected to the conduit 19 and the low pressure to the conduit 17, the operation corresponds to the description of Figures 1 to 4.
  • the high pressure which prevails in the cavity 15 has the effect, by its action on the annular surface 42 of the led valve 43, of pushing the led valve 43 against the seat 14 of the body 12 and, by its action on the annular surface 44 of the driving valve 45, pushing the driving valve 45 towards the disc 24.
  • the annular surface 44 is larger than the annular surface 42 so that the driving valve 45 is capable of driving the driven valve 43 in its movement towards the disc 24.
  • FIG. 10 shows a construction variant of the embodiment shown in FIG. 9.
  • the double valve is located in a cavity perpendicular to the axis of rotation 72 of the shaft 1.
  • the contact between the leading valve 46 and its control means is provided by the spring 47.
  • the back and forth movement of the driving valve 46 is generated by the displacement of the outer cage of a ball or roller bearing 48 mounted on a bearing cylindrical 49 of the central shaft 1.
  • the axis of the bearing 49 is parallel to the axis of rotation 72 of the central shaft 1 and lies in the plane which passes through the axis of rotation of the shaft 1 and which is perpendicular to the plane formed by the intersection of the axis 73 of the inclined bearing 2 with the axis of rotation of the shaft 1.
  • the axis of the bearing 49 describes around the axis of the shaft 1 a circle whose diameter corresponds to the maximum displacement of the valve flap 46.
  • the fig re 11 shows a simpler and preferred variant embodiment of the invention.
  • the leading valve 46 in FIG. 10 is replaced by a distribution slide 50 which is pushed towards the axis of the shaft 1 by a spring 51.
  • the back and forth movement of the slide 50 is caused by the movement of the outer bearing cage 48.
  • the characteristics of the cylindrical bearing surface 49 are as described in the case of FIG. 10. It is understood that the device operates as well in pump as in motor and that the inversion of the outer conduits 52 and 53 causes the direction of rotation of the shaft 1 to be inverted.
  • FIG. 10 It is understood that the device operates as well in pump as in motor and that the inversion of the outer conduits 52 and 53 causes the direction of rotation of the shaft 1 to be inverted.
  • FIG 11 shows a piston 4 at top dead center of its stroke, the distribution slide 50 is in the closed position of the conduits 52 and 53.
  • Figure 12 is a partial sectional view along the plane II-II of Figure 11.
  • the axis 76 of the bearing 48 which corresponds to the axis the cylindrical bearing 49 is parallel to the axis of rotation of the shaft 1 and is located in the plane which passes through the axis of rotation 72 of the shaft 1 which is perpendicular to the plane formed by the intersection of the axis 73 of the inclined bearing 2 with the axis of rotation 72 of tree 1.
  • Figure 13 is a partial view of Figure 11 which shows a piston 4 in the middle of its race towards bottom dead center and the slide 50 in its open position of the conduit 53 with the cavity 9, the conduit 52 remaining closed.
  • FIG. 14 is a partial sectional view along the plane III-III of FIG. 13 which shows the position of the bearing 48 in the case described in FIG. 13.
  • FIG. 15 is identical to FIG. 13 but shows the piston 4 at bottom dead center of its stroke and the slide 50 in the closed position of the conduits 52 and 53.
  • Figure 16 is a partial sectional view along the plane IV-IV of Figure 15 which shows the position of the bearing 48 in the case described in Figure 15.
  • Figure 17 is identical to Figure 13 but shows the piston 4 at middle of its race towards top dead center and the slide 50 in its open position of the conduit 52 with the cavity 9, the conduit 53 remaining closed.
  • FIG. 18 is a partial sectional view along the plane V-V of FIG. 17 which shows the position of the bearing 48 in the case described in FIG. 17.
  • FIG. 19 shows a combination of two devices according to the invention, intended for the control of a hydraulic cylinder 60 and capable of recovering negative energy in a hydraulic accumulator.
  • the motor 54 generates the rotation of the rotor 55 integral in rotation with the rotor 56 of the pump 57.
  • the operation of the motor 54 corresponds to the explanations given in the description of FIGS. 5 to 8. Because each piston has its own distribution device 50, the plurality of pistons can be divided into several distinct groups, each group being independent and able to behave either as a motor , either by pump depending on the load applied to the external conduits, or else be made inactive by putting the external conduits in communication with each other.
  • the pump 57 comprises a first group of three pistons 58 and a second group of three pistons 59 of smaller diameter, the ratio of the sections being equal to the ratio of the active sections of the actuated actuator 60.
  • the lever 61 controls the sign and the value of displacement. When the lever 61 controls the first group of pistons 58 in pump, pumping the fluid from the reservoir towards the bottom of the jack 60, the second group of pistons 59 behaves as a motor, capable of returning the negative energy of the charge when available.
  • the lever 61 controls the second group of pistons 59 in pump, pumping the fluid from the reservoir towards the rod side of the jack 60, the first group of pistons 58 behaves as a motor, capable of returning to the accumulator and via the motor 54 , the negative energy of the load applied to the cylinder when it is available. It will be understood that the variation in the displacement controlled by the lever 61 affects the two groups of pistons in the same way.
  • Figure 20 is a view along the plane VI-VI of Figure 19 which shows the arrangement of the two groups of pistons 58 and 59 and the connection between the external ports of the pump 57 and the cylinder 60 The connection of the other ports of the pump 57 to the tank is not shown.
  • Figure 21 shows a variant construction of a device according to i'rvert on ca r acté r ized paid j a ⁇ se implemented ⁇ e two pistons 4 olies to I 80 de3 * és and housed ⁇ ans a -otoi cy n ⁇ que 80 The cage e . series re urroller with balance 85 es.
  • sc'i ⁇ s' ⁇ ⁇ ij coips 81 de the unit and the bearing axis is spaced and parallel to the rotational axis of the rotor
  • the timing control in this particular case formed of a single spool 82 to the two pistons, is disposed perpendicularly to the piston and closes all the passages when the pistons are in neutral in their course
  • a first piston is cyclically connected to the basso piession, then to the high press.on while the second o ⁇ s * we are connected respect ! vemert at high pressure, pu ! s at the pressure oasse
  • the device is intended to generate "not a high pressure is in u r internal duct 83 of the rotor.
  • î'gure 85 ia 22 shows a device according aut' ⁇ p' ⁇ 'éié i'mvor 'one intended, for example to control the rotation of a wheel 86 of YMiCdle
  • four pistons 4 offset by 90 degrees are used and each first piston is provided with go'ges which - pei set to adjust the dislrib on of fluid of each second p “ ston shifts 90 degrees
  • Each p ston performs, in addition to its motor or receptor function, the distribution function for another piston offset 90 degrees.
  • the part eentra.e 87 in which the four pistons slide is integral with the chassis of the vehicle and supports in its extension and in its axis the wheel 86, free in rotation around its axis the external cage.
  • e of the ball bearing 85 is integral with ia "oue et" the axis of .ouie ent is distant and parallel to the axis which is common to the wheel and to the central part in 'a ⁇ uGiio slide the pistons the device also works well engine that pump depending on whether the load applied to the "" is conducted or driving had obviously had more devices if m bindings, p-Aces an era another su- "e same axis and decaies angjiairemo ⁇ t oejvent OT e implemented Pou improve r égular Congress or motion i> is also clear that ⁇ es ro * t.'re sp'ié ⁇ ques hollow 5 as described for Figure 3, or semi-cy nd ⁇ ques can be interposed
  • Figure 23 shows graphically ! coordination between the displacement of a piston and the movement of the distribution means associated with it for a rotation of 1 roof between the rotor and the stator
  • the shape of the curve A which represents the reciprocating movement of the piston 4 is a s nusoid which can be slightly deformed and which does not have an ordered 0 to the abse sse 0 degrees, goes through a maximum positive oronée which represents e po t dead top of the p-ston 4 to i ' aoscisse 90 degrees, returns to an or ⁇ onnée 0 at the abscissa 180 degrees, goes through the maximum negative data which represents the bottom dead center of the piston 4 has faos ⁇ sse 2 / ⁇ degrees and 'esili a I ordered 0 at the abscissa 360 degrees
  • the shape of the curve B which represents the comings and goings of the distribution means 10.
  • a lubricating liquid such as for example water. It is even possible to envisage that the fluid is a gas.
  • Figure 24 shows an embodiment of the motor which combines two devices according to the invention.
  • the operation of the upper part of the figure has been described in the context of FIG. 1.
  • the movement of the control rod 88 controls the direction and the value of inclination of the axis of symmetry of the disc 20 around a axis 89 integral with the drive shaft 1.
  • the modification of the engine displacement is obtained by a rotation of the tilting plate 91 around the axis 92.
  • the plate 91 rests on a protuberance 93 of the piston 94.
  • the position of the piston 94 depends on the volume of fluid in the chamber 95.
  • the chamber 95 is the high pressure chamber of a device according to the invention as described for FIG.
  • the low pressure chamber being constituted by the fluid contained in the motor housing.
  • the displacement of the drawers 96 results from a permanent decentering of the ball bearing 97 parallel to the axis of the shaft 1 in a plane perpendicular to that of FIG. 24.
  • the displacement of the pistons 98 results from the momentary decentering of the ball bearing 99 parallel to the axis of the shaft 1 in the plane of Figure 24, acting as a pump or motor in the direction of movement of the bearing 99.
  • Figure 24 shows the motor in neutral position, the rotation of the shaft 1 only drives the drawers back and forth 96.
  • the rotation of the control lever 100 causes the ring 101 to slide, which drives the control rod 88 to adjust the direction and the amplitude of the inclination of the disc 20 and the back and forth of the driving valves.
  • the rotation of the control lever 100 also causes a downward movement of the roller 102 which pushes the outer cage of the ball bearing 99 against a return spring, the pistons 98 act as a motor, allowing the fluid trapped in the chamber 95 to s 'escape towards the casing to generate the displacement of the piston 94 until the bearing 99 is recentered under the effect of the spring.
  • the pistons 98 act as a pump which feeds the chamber 95 to push the piston 94 up until the bearing 99 is centered by its contact with the roller 101.
  • This motor / pump has the following advantages:

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Abstract

Système de transformation d'énergie comprenant un appareil volumétrique qui comporte deux corps, un stator (12) et un rotor (71) capable d'effectuer un mouvement de rotation, autour d'un axe de rotation (72), des moyens de distribution (10, 11) qui sont capables d'effectuer un mouvement de va-et-vient de type sinusoïdal, pendant une rotation de 360° du rotor, des moyens de commande (23, 24) agissant sur lesdits moyens de distribution en permettant une transformation du mouvement de rotation du rotor en ledit mouvement de va-et-vient de type sinusoïdal, pendant une rotation de 360° du rotor, chaque piston (4) présentant pendant son mouvement de va-et-vient une première course déphasée de 90° par rapport à une deuxième course présentée par les moyens de distribution pendant leur mouvement de va-et-vient.

Description

"Système de transformation d'énergie à appareil volumétriαue"
La présente invention est relative à un système de transformation d'énergie comprenant a) une première enceinte qui contient un fluide sous haute pression, b) une deuxième enceinte qui contient un fluide sous basse pression, et c) un appareil volumétrique qui comporte
- deux corps, un stator et un rotor capable d'effectuer par rapport au stator un mouvement de rotation, autour d'un axe de rotation,
- au moins une cavité cylindrique en communication avec un conduit haute pression provenant de la première enceinte et avec un conduit basse pression provenant de la deuxième enceinte,
- dans chacune desdites au moins une cavité cylindrique, un piston capable d'effectuer un premier mouvement de va-et-vient de type sinusoïdal, pendant une rotation de 360° du rotor, - des moyens de transmission de force permettant une transformation de mouvement entre le mouvement de rotation du rotor et ledit premier mouvement de va-et-vient,
- des moyens de distribution capables de mettre en et hors communication chaque cavité cylindrique et ses conduits haute pression et basse pression, et
- des moyens de commande des moyens de distribution.
On connaît des moteurs à piston et à distribution par va-et- vient comme ceux équipant les premières machines à vapeur qui sont capables de transformer l'énergie de la vapeur sous pression en énergie mécanique mais qui ne sont pas réversibles en ce sens qu'ils sont incapables de remettre la vapeur dans son état initial par le seul apport d'énergie mécanique extérieur.
On connaît des moteurs hydrauliques à pistons qui sont réversibles et qui sont capables de fonctionner aussi bien en pompe qu'en moteur. Ces moteurs sont complexes et comportent toujours une glace de distribution pour réaliser la communication entre la cavité dans laquelle se déplace le piston et alternativement l'alimentation à haute pression et le retour à basse pression. Du fait de la présence de la glace de distribution ces moteurs ne sont pas compatibles, sans un surcoût important, avec l'utilisation d'un fluide non lubrifiant comme l'eau.
On connaît par ailleurs des pompes hydrauliques à pistons plus simples, sans glace de distribution, dans lesquelles les pistons se déplacent directement dans une cavité du corps de la pompe, par exemple les pompes à plateau biais comme celles équipant les nettoyeurs à haute pression, qui sont capables de fonctionner avec un fluide non lubrifiant comme l'eau. Ces pompes sont incapables de fonctionner en moteur à cause de la présence de deux clapets anti-retour toujours présents sur les conduits haute et basse pression.
On connaît enfin des pompes hydrauliques à pistons et à clapets d'aspiration commandés, comme décrit dans le brevet FR 2481 757 A, qui utilisent une came solidaire du rotor pour améliorer les performances du clapet anti-retour d'aspiration, mais ne lui permettent pas la fonction motrice principalement du fait de l'absence de maîtrise du clapet anti-retour de refoulement. La présente invention a pour objet de mettre au point un système de transformation d'énergie à appareil volumétrique, notamment hydraulique ou pneumatique, qui soit réversible et puisse travailler aussi bien en moteur qu'en pompe et qui soit compatible avec un fluide non lubrifiant. Avantageusement cet appareil doit rester simple et être d'un coût abordable. Pour résoudre ces problèmes, on a prévu suivant l'invention un appareil tel que décrit au début, dans lequel
- les moyens de distribution sont capables d'effectuer un deuxième mouvement de va-et-vient de type sinusoïdal, pendant une rotation de 360° du rotor, ledit au moins un piston et lesdits moyens de distribution étant supportés par un premier desdits deux corps,
- lesdits moyens de commande agissent sur lesdits moyens de distribution en permettant une transformation du mouvement de rotation du rotor en ledit deuxième mouvement de va-et-vient de type sinusoïdal, lesdits moyens de commande et lesdits moyens de transmission de force étant supportés par un deuxième desdits deux corps,
- pendant une rotation de 360° du rotor, chaque piston présente pendant son premier mouvement de va-et-vient susdit une première course déphasée de 90° par rapport à une deuxième course présentée par les moyens de distribution correspondant à sa cavité cylindrique, pendant leur deuxième mouvement de va-et-vient susdit, et
- le fluide contenu dans les deux enceintes est de même nature, l'appareil réalisant un transfert du fluide entre les deux enceintes, de manière réversible.
Cet appareil est donc de type moteur et/ou pompe volumétrique dont les pistons sont équipés d'éléments d'obturation d'alimentation et de refoulement, qui sont commandés mécaniquement. Ainsi, sans clapets anti-retour d'aspiration et de refoulement, l'appareil est capable, par un dispositif commandé mécaniquement par le rotor, de mettre en communication la cavité, dans laquelle se déplace le piston, avec cycliquement le conduit haute pression et le conduit basse pression.
Le fonctionnement de l'appareil est réversible, c'est-à-dire qu'il peut travailler aussi bien en pompe qu'en moteur. Si le rotor est agencé comme arbre moteur, l'appareil fonctionne comme une pompe. Si du fluide est alimenté sous haute pression dans le conduit haute pression, l'appareil fonctionne en moteur.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, les moyens de commande comprennent un élément rotatif solidaire en rotation du rotor, qui présente un axe pivotant qui tourne autour de l'axe de rotation du rotor.
Suivant diverses formes de réalisation, l'axe pivotant de l'élément rotatif est un axe incliné par rapport à l'axe de rotation du rotor ou il est décentré par rapport à lui. Suivant certaines formes de réalisation de l'invention, le mouvement de va-et-vient des moyens de distribution est parallèle ou perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor.
Suivant une forme de réalisation perfectionnée de réalisation de l'invention, les moyens de distribution comprennent un tiroir de distribution sur lequel les moyens de commande agissent à encontre d'un élément de rappel. Cette forme de réalisation de fabrication est particulièrement simple et son fonctionnement est aussi spécialement sûr.
Suivant une forme de réalisation perfectionnée de l'invention, chaque piston est ledit tiroir de distribution pour un piston voisin décalé de 90°
D'autres formes de réalisation sont indiquées dans les revendications annexées.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et avec référence aux dessins annexés.
Les figures 1 à 4 représentent une vue schématique en coupe longitudinale d'une forme de réalisation d'appareil suivant l'invention, dans différentes positions de fonctionnement. La figure 5 représente la même vue que la figure 1 d'une variante de réalisation d'appareil suivant l'invention. La figure 6 représente une vue en coupe suivant la ligne l-l de la figure 5.
Les figures 7 et 8 représentent des vues semblables à la figure 5, dans d'autres positions de cylindrée. Les figures 9 et 10 représentent deux autres variantes de réalisation d'appareil suivant l'invention.
Les figures 11 , 13, 15 et 17 représentent les différentes positions d'une autre variante de réalisation de l'invention.
Les figures 12, 14, 16 et 18 sont des vues en coupe suivant les lignes ll-ll, lll-lll, IV-IV et respectivement V-V, des figures 11 , 13, 15 et respectivement 17.
La figure 19 représente une forme de réalisation de l'invention destinée à la commande d'un vérin hydraulique.
La figure 20 représente une vue suivant la ligne VI-VI de la figure 19.
La figure 21 représente une variante de construction qui génère une haute pression à l'intérieur du rotor.
La figure 22 représente une variante de construction qui commande la rotation d'une roue. La figure 23 montre graphiquement la coordination entre le déplacement d'un piston et le déplacement du moyen de distribution qui lui est associé.
L'appareil faisant l'objet de l'invention est capable de fonctionner aussi bien en moteur qu'en pompe et peut par conséquent être appelé soit moteur, soit pompe. Pour une meilleure compréhension du fonctionnement, le dispositif sera appelé simplement pompe dans la description de son fonctionnement en pompe, et moteur dans la description de son fonctionnement en moteur.
La figure 1 représente une pompe hydraulique à pistons axiaux à cylindrée fixe et à plateau biais monté en barillet. Cette pompe est constituée d'un corps 12 servant de stator et d'un rotor 71 qui présente un arbre d'entraînement 1 , libre en rotation autour de son axe 72. Cet arbre comprend une portée cylindrique 2 dont l'axe d'oscillation 73 est incliné par rapport à l'axe de rotation 72 de l'arbre 1. Un barillet 3 est monté libre en rotation autour de la portée cylindrique 2 de l'arbre 1. Le barillet 3 est en liaison avec des pistons 4 via des rotules sphériques 5 et il est ainsi empêché de tourner à cause de cette connexion. La rotation de l'arbre 1 provoque donc une oscillation du barillet autour de son centre, c'est-à-dire l'intersection entre l'axe du barillet, qui coïncide avec celui 73 de la portée cylindrique inclinée 2, et l'axe 72 de l'arbre 1 , l'axe du barillet décrivant un cône autour de l'axe 72 du rotor 71. Ce mouvement d'oscillation commande le va-et-vient d'une pluralité de pistons 4. Opposé à chaque piston, une rotule sphérique creuse 5, libre de pivoter dans une cavité 6 du barillet 3, accueille l'extrémité 7 du piston. Le point de contact entre l'extrémité 7 du piston 4 et la face intérieure de la rotule sphérique creuse 5 se situe au-delà du centre de la surface extérieure de la rotule sphérique 5 pour autoriser un basculement naturel de la rotule autour de son point de contact avec l'extrémité 7 du piston. Le basculement de la rotule sphérique 5 autour de son point de contact avec l'extrémité 7 du piston 4 est nécessaire pour tenir compte du mouvement relatif entre l'extrémité 7 du piston 4 et le centre de la cavité 6 du barillet 3 qui accueille la rotule sphérique 5.
Chaque piston 4 est maintenu en appui contre le fond d'une rotule sphérique creuse 5 par un ressort 8 et il se déplace dans une cavité cylindrique 9. Une extrémité de chaque cavité cylindrique 9 est obturée par un double clapet constitué par l'ensemble d'un clapet menant 10 et d'un clapet mené 11 qui coulissent librement dans le corps 12 de la pompe. Un ressort 13 maintient le clapet mené 11 en contact avec un siège 14 pratiqué dans le corps 12 de la pompe. La face extérieure de chaque clapet mené 1 1 délimite une cavité 15 qui communique avec le réservoir 16 via un conduit basse pression 17. Le clapet mené 11 cylindrique et concentrique au clapet menant 10 forme avec lui une cavité 18 formant un passage qui communique avec le conduit haute pression 19. La pression dans la cavité 18 exerce une force sur la surface annulaire du clapet mené 11 pour le repousser contre le siège 14 du corps 12 et une force sur la surface annulaire du clapet menant 10 pour le repousser contre son moyen de commande et fermer simultanément le passage 18 en prenant appui sur le clapet mené 11. Le diamètre extérieur du clapet menant 10 et sa surface annulaire en contact avec la haute pression sont supérieurs au diamètre extérieur du clapet mené 11 et sa surface en contact avec la haute pression pour que, lorsque les deux clapets sont en contact, la pression dans la cavité 18 génère une force résultante orientée vers le moyen de commande du clapet menant 10.
L'arbre 1 entraîne en rotation un disque de commande 20 qui possède une face 21 perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre 1 , cette face prenant appui, via un roulement à billes, sur un couvercle 22 solidaire du corps 12 de la pompe, et une face de commande inclinée 23. Cette face inclinée présente en son centre un axe 77 qui lui est perpendiculaire, en étant donc incliné par rapport à l'axe de rotation 72. Pendant la rotation du rotor, cet axe 77 tourne autour de l'axe de rotation 72. La face de commande 23 est divisée en deux par une ligne de plus grand angle 74 passant par l'axe 77 et elle est capable de repousser, via un roulement à billes et le disque 24, dont les deux faces sont parallèles et qui est libre en rotation, les clapets menants 10 suivant une direction parallèle à l'axe de rotation 72. Le plan formé par l'intersection de l'axe de rotation 72 du rotor 71 avec l'axe incliné 77, donc avec la ligne de plus grand angle 74 de la face inclinée 23, est perpendiculaire au plan formé par l'intersection de l'axe d'oscillation 73 de la portée cylindrique 2 de l'arbre 1 avec l'axe de rotation 72 de l'arbre 1. Le premier plan susdit correspond donc au plan de coupe du disque 20 dans le cas des figures 2 et 4. La rotation du disque 20 provoque un mouvement alternatif des clapets menants 10 qui mettent les cavités cylindriques 9 en communication alternativement avec le réservoir via le conduit basse pression 17 et avec la haute pression via le conduit 19. La figure 1 montre un piston 4 se trouvant au point mort haut de sa course. Le contact du clapet mené 11 avec le siège 14 du corps 12 de la pompe et le contact du siège 25 du clapet menant 10 avec le siège interne 26 du clapet mené 11 obturent complètement la cavité cylindrique 9. La figure 2 montre un piston 4 au milieu de sa course vers le point mort bas. La rotation du disque 20 autorise, sous l'effet de la poussée du ressort 8 et de la pression qui règne dans la cavité 18, le clapet menant 10 à se déplacer vers le disque 20 en entraînant le clapet mené 1 1 , ce qui a pour effet de mettre en communication la cavité cylindrique 9 avec le réservoir via le passage entre le clapet mené 11 et le corps 12 de la pompe et via le conduit basse pression 17. Le clapet mené 11 reste en contact avec le clapet menant 10 sous l'effet du ressort 13 et de la pression qui règne dans la cavité 18.
La figure 3 montre un piston 4 se trouvant au point mort bas de sa course. Le contact du clapet mené 11 avec le siège 14 du corps 12 et le contact du siège 25 du clapet menant 10 avec le siège interne 26 du clapet mené 1 1 obturent complètement la cavité cylindrique 9.
La figure 4 montre un piston 4 au milieu de sa course vers le point mort haut. En continuant à tourner, le disque de commande 20 repousse le clapet menant 10 dans la direction du piston 4 pour mettre en communication la cavité cylindrique 9 avec la haute pression via le passage entre le clapet menant 10 et le clapet mené 1 1 , la cavité 18 et le conduit 19. Le clapet mené 11 est limité dans son mouvement par son contact avec le corps 12 et est maintenu en contact avec le corps 12 sous l'effet du ressort 13 et de la pression qui règne dans la cavité 18. Le conduit basse pression reste fermé. On comprend que le fonctionnement de la pompe est réversible. Si un fluide à haute pression provenant par exemple d'une pompe ou d'un accumulateur hydraulique est dirigé vers la cavité 18 via le conduit haute pression 19, alors l'appareil fonctionne en moteur. Dans ce cas, c'est la haute pression qui, en pénétrant dans la cavité 9, repousse le piston 4 vers son point mort bas comme montré sur la figure 4, provoquant le basculement du barillet 3 pour générer la rotation de l'arbre 1. Après son passage par le point mort bas, le piston 4 devient libre de se déplacer vers le clapet menant 10 comme montré sur la figure 2, en refoulant vers le réservoir le fluide contenu dans la cavité 9.
La figure 5 montre un exemple de moteur à pistons axiaux et à cylindrée variable caractérisé en ce que l'ajustement de la cylindrée est commandé mécaniquement par un régulateur centrifuge. Dans la position représentée le piston est au point mort haut et le double clapet ferme les conduits haute pression et basse pression.
Dans cet exemple de réalisation, c'est une légère inclinaison de l'axe 75 du palier 27 par rapport à l'axe 72 de l'arbre central 28 qui génère une oscillation du disque de commande 29, qui est libre en rotation autour du palier 27 et est capable de contrôler le mouvement des clapets menants 10. Le plan formé par l'intersection de l'axe 75 du palier 27 avec l'axe 72 de rotation de l'arbre 28 est perpendiculaire au plan formé par l'intersection de l'axe du cylindre inclinable 31 avec l'axe de rotation de l'arbre 28. On comprend que, le disque 29 étant empêché de tourner à cause de son contact avec les clapets menant 10, la rotation de l'arbre 1 provoque une oscillation du disque 29 autour de son centre, l'intersection entre l'axe 75 du disque 29, qui coïncide avec celui de la portée cylindrique inclinée 27, et l'axe de l'arbre 1 , l'axe 75 du disque de commande 29 décrivant un cône autour de l'axe du rotor. Ce mouvement d'oscillation commande le va-et-vient des clapets menant 10. Dans cet exemple de réalisation, un axe 30 traverse perpendiculairement l'arbre central 28. L'axe 30 supporte et entraîne en rotation un cylindre inclinable 31 qui supporte un barillet 32, libre en rotation autour du cylindre inclinable 31. Le mouvement du cylindre inclinable 31 , résultant de la rotation de l'arbre central 28, provoque l'oscillation du barillet 32 qui commande le mouvement alternatif des pistons 4, via les rotules sphériques creuses 33. Le sens et la valeur de l'inclinaison de l'axe du cylindre inclinable 31 conditionnent le signe et la valeur de la cylindrée. L'inclinaison du cylindre 31 , qui tourne avec l'arbre central 28, est commandée par un régulateur centrifuge 79 fixé lui aussi sur l'arbre central 28. Le régulateur centrifuge peut contrôler l'inclinaison du cylindre 31 , soit directement via deux secteurs dentés comme représenté sur la figure 5, soit via une vis sans fin pour éviter la réversibilité de la commande. Ce type de moteur à cylindrée variable convient particulièrement bien pour récupérer l'énergie négative ou de freinage, dans un accumulateur hydraulique 34 par exemple.
La rotation de l'arbre central 28, du cylindre inclinable 31 et du régulateur centrifuge 79 provoque un écartement des masselottes 35 et 36 et fait glisser la bague coulissante 37 sur l'arbre 28 dans la direction de l'axe 30, entraînant dans la même direction l'extrémité 38 du levier 39 jusqu'à ce que l'effort antagoniste du ressort 40 stabilise la vitesse de rotation. La vitesse de rotation de l'arbre central 28 peut être ajustée en agissant sur la tige de commande de vitesse 41 et est volontairement sensible à la charge.
Pour une position donnée de la tige de commande de vitesse 41 , la figure 5 montre le dispositif dans sa position de cylindrée positive maximum, fonctionnant en moteur et générant le couple maximum à l'arbre central 28 en tournant par exemple à 1500 tr/min. Si la charge appliquée à l'arbre 28 diminue, la vitesse de rotation augmente, les masselottes 35 et 36 s'écartent de l'axe du rotor en provoquant une diminution de la cylindrée et par conséquent du couple moteur jusqu'à ce qu'une nouvelle vitesse de stabilisation plus élevée soit atteinte.
La figure 6 montre l'appareil en coupe suivant la ligne l-l de la figure 5. La figure 7 montre le moteur de la figure 5 dans sa position de cylindrée nulle, générant un couple moteur nul à l'arbre central 28, en tournant par exemple à 2000 tr/min sans consommer d'autre énergie que celle destinée à compenser les rendements imparfaits.
La figure 8 montre ce moteur dans une position de cylindrée négative. Si la charge appliquée à l'arbre 28 devient négative, la vitesse de rotation augmente encore, les masselottes 35 et 36 continuent de s'écarter de l'axe du rotor et rendent la cylindrée négative, l'appareil se comporte alors comme une pompe, générant un effet frein moteur comme celui bien connu dans le fonctionnement des moteurs thermiques. L'énergie mécanique de freinage de la charge est convertie par l'appareil en énergie hydraulique dirigée vers l'accumulateur hydraulique 34 et devient disponible pour un usage ultérieur. La figure 8 montre le moteur dans sa position de cylindrée négative maximum, fonctionnant en pompe et générant un couple de freinage maximum à l'arbre central 28, en tournant par exemple à 2500 tr/min. L'effet de freinage peut être contrôlé, par exemple en agissant sur la position du levier 39.
La figure 9 montre un exemple de réalisation de double clapet permettant l'inversion du sens de rotation de l'arbre 1 par une simple inversion des conduits haute et basse pression. Dans le cas où la haute pression est connectée au conduit 19 et la basse pression au conduit 17, le fonctionnement correspond à la description des figures 1 à 4. Dans le cas où la haute pression est connectée au conduit 17 et la basse pression au conduit 19 comme montré sur la figure 9, la haute pression qui règne dans la cavité 15 a pour effet, par son action sur la surface annulaire 42 du clapet mené 43, de repousser le clapet mené 43 contre le siège 14 du corps 12 et, par son action sur la surface annulaire 44 du clapet menant 45, de repousser le clapet menant 45 vers le disque 24. La surface annulaire 44 est plus grande que la surface annulaire 42 pour que le clapet menant 45 soit capable d'entraîner le clapet mené 43 dans son mouvement vers le disque 24.
La figure 10 montre une variante de construction de l'exemple de réalisation montré sur la figure 9. Dans cet exemple, le double clapet est localisé dans une cavité perpendiculaire à l'axe de rotation 72 de l'arbre 1. Le contact entre le clapet menant 46 et son moyen de commande est assuré par le ressort 47. Le mouvement de va- et-vient du clapet menant 46 est généré par le déplacement de la cage extérieure d'un roulement à billes ou à rouleaux 48 monté sur une portée cylindrique 49 de l'arbre central 1. L'axe de la portée 49 est parallèle à l'axe de rotation 72 de l'arbre central 1 et se situe dans le plan qui passe par l'axe de rotation de l'arbre 1 et qui est perpendiculaire au plan formé par l'intersection de l'axe 73 de la portée inclinée 2 avec l'axe de rotation de l'arbre 1. Lors de la rotation de l'arbre 1 , l'axe de la portée 49 décrit autour de l'axe de l'arbre 1 un cercle dont le diamètre correspond au déplacement maximum du clapet menant 46. La figure 11 montre une variante de réalisation de l'invention plus simple et préférée. Dans ce cas le clapet menant 46 de la figure 10 est remplacé par un tiroir de distribution 50 qui est repoussé vers l'axe de l'arbre 1 par un ressort 51. Le va-et-vient du tiroir 50 est provoqué par le mouvement de la cage extérieure du roulement 48. Les caractéristiques de la portée cylindrique 49 sont telles que décrites dans le cas de la figure 10. On comprend que le dispositif fonctionne aussi bien en pompe qu'en moteur et que l'inversion des conduits extérieurs 52 et 53 provoque l'inversion du sens de rotation de l'arbre 1. La figure 11 montre un piston 4 au point mort haut de sa course, le tiroir de distribution 50 se trouve en position de fermeture des conduits 52 et 53. La figure 12 est une vue partielle en coupe suivant le plan ll-ll de la figure 11. On voit que l'axe 76 du roulement 48 qui correspond à l'axe le la portée cylindrique 49 est parallèle à l'axe de rotation de l'arbre 1 et est situé dans le plan qui passe par l'axe de rotation 72 de l'arbre 1 qui est perpendiculaire au plan formé par l'intersection de l'axe 73 de la portée inclinée 2 avec l'axe de rotation 72 de l'arbre 1.
La figure 13 est une vue partielle de la figure 11 qui montre un piston 4 au milieu de sa course vers le point mort bas et le tiroir 50 dans sa position d'ouverture du conduit 53 avec la cavité 9, le conduit 52 restant fermé.
La figure 14 est une vue partielle en coupe suivant le plan lll-lll de la figure 13 qui montre la position du roulement 48 dans le cas décrit dans la figure 13.
La figure 15 est identique à la figure 13 mais montre le piston 4 au point mort bas de sa course et le tiroir 50 en position de fermeture des conduits 52 et 53.
La figure 16 est une vue partielle en coupe suivant le plan IV-IV de la figure 15 qui montre la position du roulement 48 dans le cas décrit dans la figure 15. La figure 17 est identique à la figure 13 mais montre le piston 4 au milieu de sa course vers le point mort haut et le tiroir 50 dans sa position d'ouverture du conduit 52 avec la cavité 9, le conduit 53 restant fermé.
La figure 18 est une vue partielle en coupe suivant le plan V-V de la figure 17 qui montre la position du roulement 48 dans le cas décrit dans la figure 17.
La figure 19 montre une combinaison de deux dispositifs selon l'invention, destinée à la commande d'un vérin hydraulique 60 et capable de récupérer l'énergie négative dans un accumulateur hydraulique. Le moteur 54 génère la rotation du rotor 55 solidaire en rotation avec le rotor 56 de la pompe 57. Le fonctionnement du moteur 54 correspond aux explications données dans la description des figures 5 à 8. Du fait que chaque piston possède son propre dispositif de distribution 50, la pluralité des pistons peut être divisée en plusieurs groupes distincts, chaque groupe étant indépendant et pouvant se comporter soit en moteur, soit en pompe suivant la charge appliquée aux conduits externes, ou encore être rendu inactif par la mise en communication entre eux des conduits externes. La pompe 57 comporte un premier groupe de trois pistons 58 et un second groupe de trois pistons 59 de plus petit diamètre, le rapport des sections étant égal au rapport des sections actives du vérin commandé 60. Le levier 61 commande le signe et la valeur de la cylindrée. Quand le levier 61 commande le premier groupe de pistons 58 en pompe, refoulant le fluide du réservoir vers le fond du vérin 60, le second groupe de pistons 59 se comporte en moteur, capable de retourner vers le moteur 54 l'énergie négative de la charge quand elle est disponible. Quand le levier 61 commande le second groupe de pistons 59 en pompe, refoulant le fluide du réservoir vers le côté tige du vérin 60, le premier groupe de pistons 58 se comporte en moteur, capable de retourner vers l'accumulateur et via le moteur 54, l'énergie négative de la charge appliquée au vérin quand elle est disponible. On comprend que la variation de la cylindrée commandée par le levier 61 affecte de la même manière les deux groupes de pistons
La figure 20 est une vue suivant le plan VI-VI de la figure 19 qui montre la disposition des deux groupes de pistons 58 et 59 et la connexion entre les orifices externes de la pompe 57 et le vérin 60 La connexion des autres orifices de la pompe 57 au réservoir n'est pas montrée.
La figure 21 montre une variante de construction de ι aopareil selon i'rvert on caractérisée pai ja πse en œuvre αe deux pistons 4 olacés à I 80 de3*és et logés αans un -otoi cy nαπque 80 La cage e .érie re ur- roulemert à bil es 85 es. sc'iαεs'β ύij coips 81 de l'appareil et l'axe du roulement est distant et parallèle à l'axe de rotation du rotor La commande de distribution, dans ce cas particulier formée d'un tiroir unique 82 pour les deux pistons, est disposée perpendiculairement aux pistons et ferme tous les passages lorsque les pistons se trouvent au points morts de leur course En dehors de cette condition, un premier piston est cycliquement connecté à la basso piession, puis à la haute press.on pendant que le second oιs*on est connecté respect!vemert à la haute pression, pu!s à la oasse pression On comprend que lε rotation de l'élément cent*a. provoque le va-et-vient des deux pistons et le va-et-vient du tir on de α st"Dutιon avec un déphasage de 90 degrés par raoport au va-et~v<ent des pistons L'appareil est destiné a génère'" ne haute press on dans ur conduit interne 83 du rotor. I nspiration étant directement connectée au caier 84, c'est-à-dire l'espace entre le rotor et le roulement a bιlse 85 i a î'gure 22 montre un aut'β dispositif p'β'éié selon i'mvor 'on destiné, par exemple à commander la rotation d'une roue 86 de YMiCdle Dans ce cas quatre pistons 4 décalés de 90 degrés sont utilises et chaque premier piston est pourvu de go'ges Qui - pei mettent de régler la dislrib on de fluide de chaque second p«ston décale de 90 degrés Chaque p ston réalise, en p us de sa fonction motrice ou réceptrice la fonction de distribution pour un autre piston oécalé de 90 degrés. La partie eentra.e 87 dans laquelle coulissent les quatre pistons est solidaire du châss s du véhicule et supporte dans son prolongement et dans son axe la roue 86, libre en rotation autour de son axe l a cage exté'iet. e du roulement a billes 85 est solidaire de ia «oue et «' axe du .ouie ent est distant et parall le à I axe qui est commun à ia roue et à la partie centrale dans 'aαuGiio coulissent les pistons l 'appareil fonctionne aussi bien en moteur qu'en pompe selon Que la charge appliquée à la «"eue est menée ou menante il est évident eue plusieurs dispositifs si m liages, p-acés l'un de ère l'autre su- «e même axe et decaies angjiairemoπt oejvent ôt e mis en œuvre pou- améliorer la régularité ou mouvement i> est également évident que αes ro*t. es sp'iéπques creuses 5 telles que décrites pour la figure 3, ou semi-cy ndπques peuvent être intercalées entre l'extrémité des pistons et ia bague interne du roulement à billes, logées dans une cavité 6 pratiquée par exemple dans la bague du roulement à billes, pour améliorer le rendement de l apparerl en évitant le petit glissement relatif au contact du piston avec le roulement à billes
La figure 23 montre graphiquement !a coordination entre le deplaceπent d un piston et le déplacement des moyens do distribution qus lui sont associés pour une rotation de 1 toir entre le rotor et le stator La forme de la courbe A qui représente le va-et-vient du piston 4 est une s nusoide qui peut être légèrement déformée et QUI pa«t d'u«ιe ordonnée 0 à I' abse sse 0 degrés, passe par u^e oroonrée positive maximum qui représente e po t mort haut du p-ston 4 à i'aoscisse 90 degrés, revient à une orαonnée 0 à l'abscisse 180 degrés, passe par l o'donnée négative maximum qui représente le point mort bas du piston 4 a faosαsse 2/ϋ degrés et 'evient a I ordonnée 0 à l'abscisse 360 degrés La forme de la courbe B q i représente le va-et-viert du moyen de distribution 10. 46 50 est une sinusoïde décalée do 90 degr s pa* rapport à la sinusoïde qui représente le va et v,ent du piston 4 File ΌÙ a une ordonnée oosι >ve a imum qui représente le déplacement max.rri.T du moyen de distπbut.on rs son moyen de commando à i abse sse 0 degré, passe par une o donnée 0 a l'abscisse 90 αeg'es qu< correspond à la fermeture des deux cassages et qui est synchronisée avec le passage du piston 4 à son pomt moit haut passe par une ordonnée régαtive maximum qu: représente le déplacement maximum du moyen de c str-bution dans ia direct on ooposée à son moyen de commande à l'abscisse 180 degrés, passe par une ordonnée 0 à l'abscisse 2/0 degrés qui ccresponα à ia fermeture des deux passages et αui est sync 'onisee avec le passage du piston 4 à son point mort oas et revient a i'orcorree maximum pos ve à l'abscisse 360 degrés
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.
On peut utiliser dans l'appareil volumétrique suivant l'invention non seulement un liquide lubrifiant, mais aussi, étant donné l'absence de glace de distribution, un liquide non-lubrifiant, tel que par exemple de l'eau. Il est même possible d'envisager que le fluide soit un gaz.
On peut aussi envisager une variante de réalisation telle qu'illustrée sur la figure 24. Celle-ci montre un exemple de réalisation de moteur qui combine deux dispositifs selon l'invention. Le fonctionnement de la partie supérieure de la figure a été décrit dans le cadre de la figure 1. Le déplacement de la tige de commande 88 contrôle le sens et la valeur d'inclinaison de l'axe de symétrie du disque 20 autour d'un axe 89 solidaire de l'arbre d'entraînement 1. La modification de la cylindrée du moteur est obtenue par une rotation de la plaque inclinable 91 autour de l'axe 92. La plaque 91 prend appui sur une protubérance 93 du piston 94. La position du piston 94 dépend du volume de fluide dans la chambre 95. La chambre 95 est la chambre haute pression d'un dispositif selon l'invention tel que décrit pour la figure 21 , la chambre basse pression étant constituée par le fluide contenu dans le carter du moteur. Le déplacement des tiroirs 96 résulte d'un décentrage permanent du roulement à billes 97 parallèlement à l'axe de l'arbre 1 dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 24. Le déplacement des pistons 98 résulte du décentrage momentané du roulement à billes 99 parallèlement à l'axe de l'arbre 1 dans le plan de la figure 24, agissant en pompe ou en moteur suivant la direction du déplacement du roulement 99. La figure 24 montre le moteur en position neutre, la rotation de l'arbre 1 n'entraîne que le va-et-vient des tiroirs 96. La rotation du levier de commande 100 provoque le glissement de la bague 101 qui entraîne la tige de commande 88 pour régler la direction et l'amplitude de l'inclinaison du disque 20 et le va-et-vient des clapets menants. La rotation du levier de commande 100 provoque aussi un déplacement vers le bas du galet 102 qui repousse la cage extérieure du roulement à billes 99 contre un ressort de rappel , les pistons 98 agissent en moteur, permettant au fluide emprisonné dans la chambre 95 de s'échapper vers le carter pour générer le déplacement du piston 94 jusqu'à ce que le roulement 99 soit recentré sous l'effet du ressort. Lorsque le galet 102 est repoussé vers le haut, les pistons 98 agissent en pompe qui alimente la chambre 95 pour repousser le piston 94 vers le haut jusqu'à ce que le roulement 99 soit recentré par son contact avec le galet 101.
Ce moteur/pompe présente les avantages suivants :
- freinage parasite pratiquement nul en position neutre,
- rendement volumétrique maximum à toutes les valeurs de cylindrée,
- compatible avec l'eau dans le circuit principal.

Claims

REVENDICATIONS 1. Système de transformation d'énergie comprenant a) une première enceinte (34) qui contient un fluide sous haute pression, b) une deuxième enceinte (16) qui contient un fluide sous basse pression, et c) un appareil volumétrique qui comporte
- deux corps, un stator (12; 81 ; 87) et un rotor (71 ; 28; 55, 56; 80; 86) capable d'effectuer par rapport au stator un mouvement de rotation, autour d'un axe de rotation (72), - au moins une cavité cylindrique (9) en communication avec un conduit haute pression (19, 52, 53) provenant de la première enceinte (34) et avec un conduit basse pression (17, 52, 53) provenant de la deuxième enceinte (16),
- dans chacune desdites au moins une cavité cylindrique, un piston (4; 58, 59) capable d'effectuer un premier mouvement de va-et-vient de type sinusoïdal, pendant une rotation de 360° du rotor,
- des moyens de transmission de force permettant une transformation de mouvement entre le mouvement de rotation du rotor et ledit premier mouvement de va-et-vient, - des moyens de distribution capables de mettre en et hors communication chaque cavité cylindrique (9) et ses conduits haute pression et basse pression, et
- des moyens de commande des moyens de distribution, caractérisé en ce que - les moyens de distribution (10, 1 1 ; 43, 45; 46, 46'; 50; 82; 4) sont capables d'effectuer un deuxième mouvement de va-et-vient de type sinusoïdal, pendant une rotation de 360° du rotor, ledit au moins un piston (4; 58, 59) et lesdits moyens de distribution étant supportés par un premier desdits deux corps, - lesdits moyens de commande agissent sur lesdits moyens de distribution en permettant une transformation du mouvement de rotation du rotor en ledit deuxième mouvement de va-et-vient de type sinusoïdal, lesdits moyens de commande et lesdits moyens de transmission de force étant supportés par un deuxième desdits deux corps,
- pendant une rotation de 360° du rotor, chaque piston présente pendant son premier mouvement de va-et-vient susdit une première course déphasée de 90° par rapport à une deuxième course présentée par les moyens de distribution correspondant à sa cavité cylindrique, pendant leur deuxième mouvement de va-et-vient susdit, et
- le fluide contenu dans les deux enceintes est de même nature, l'appareil réalisant un transfert du fluide entre les deux enceintes, de manière réversible.
2. Appareil suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans la première course susdite, chaque piston (4; 58, 59) présente une première et une deuxième positions extrêmes, en ce que, dans chacune de ces positions extrêmes, les moyens de distribution (10, 11 ; 43, 45; 46, 46'; 50; 82; 4) correspondants sont dans une position de fermeture des deux conduits haute pression et basse pression, en ce que, à mi-course dans le mouvement du piston depuis sa première positon extrême vers sa deuxième position extrême, les moyens de distribution sont dans une position d'ouverture d'un (17; 52) desdits deux conduits, et en ce que, à mi-course dans le mouvement du piston depuis sa deuxième positon extrême vers sa première position extrême, les moyens de distribution sont dans une position d'ouverture d'un autre (19; 53) desdits deux conduits.
3. Appareil suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un élément rotatif (20, 27, 49) solidaire en rotation du rotor, qui présente un axe pivotant (75; 76, 77) qui tourne autour de l'axe de rotation (72) du rotor.
4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de transmission de force comprennent un élément biais (2) solidaire du rotor en rotation et présentant un axe d'oscillation (73) incliné par rapport à l'axe de rotation (72) du rotor, et en ce que l'axe pivotant (75, 76, 77) susdit est situé dans un plan passant par l'axe de rotation (72) et perpendiculaire à un plan défini par l'intersection de l'axe de rotation (72) du rotor et dudit axe d'oscillation (73) de l'élément biais (2).
5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément rotatif est un disque (20) solidaire du rotor, dont une face de commande (23) est disposée dans un plan incliné par rapport à l'axe de rotation (72) du rotor, cette face de commande présentant, à titre d'axe pivotant susdit, un axe incliné (77) par rapport à l'axe de rotation (72).
6. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément rotatif comprend un palier (27), solidaire du rotor et présentant, comme axe pivotant susdit, un axe incliné (75) par rapport à l'axe de rotation (72) du rotor, ainsi qu'un disque de commande (29), libre en rotation autour du palier (27).
7. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément rotatif comprend une portée cylindrique de commande (49), solidaire du rotor et présentant, comme axe pivotant susdit, un axe excentré (76) parallèle à l'axe de rotation (72) du rotor.
8. Appareil suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande des moyens de distribution sont lesdits moyens de transmission de force (85).
9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le stator (87) est un cylindre présentant un axe de stator, en ce que le rotor (86) est un cylindre creux dans lequel est agencé le stator et dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe de stator, d'une manière décalée par rapport à lui, et en ce que les moyens de distribution (82) et les pistons (4) sont agencés radialement sur le stator réciproquement à angle droit.
10. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le stator (81 ) est un cylindre creux présentant un axe de stator, en ce que le rotor (80) est un cylindre qui est agencé dans le stator avec l'axe de rotation parallèle à l'axe de stator, d'une manière décalée par rapport à lui, et en ce que les moyens de distribution (82) et les pistons (4) sont agencés radialement sur le rotor, réciproquement à angle droit.
11. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que chaque piston (4) possède un dispositif propre, séparé, de mise en communication de sa cavité cylindrique avec cycliquement un conduit basse pression et un conduit haute pression.
12. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de distribution (10, 11 ; 43, 45) effectuent leur mouvement de va-et-vient suivant une direction parallèle à l'axe de rotation (72) du rotor.
13. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 et 7 à 10, caractérisé en ce que les moyens de distribution (46, 46'; 50; 82; 4) effectuent leur mouvement de va-et-vient suivant une direction perpendiculaire à l'axe de rotation (72) du rotor.
14. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à
13, caractérisé en ce que les moyens de distribution comprennent
- un clapet menant (10, 45, 46) sur lequel lesdits moyens de commande agissent à rencontre de premiers moyens de rappel (8),
- un clapet mené (11 , 43, 46') concentrique au clapet menant qui agit sur lui à encontre du deuxième moyen de rappel (13),
- un passage (18) qui est formé entre les deux clapets et qui est en communication avec l'un desdits deux conduits précités,
- le clapet menant effectuant un mouvement de va-et-vient entre une première position extrême dans laquelle ledit passage entre lui et le clapet mené est fermé et le clapet mené est repoussé dans une position d'ouverture de l'autre desdits deux conduits susdits, et une deuxième position extrême dans laquelle ledit passage est ouvert et le clapet mené est repoussé dans une position de fermeture de l'autre desdits deux conduits susdits.
15. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les moyens de distribution comprennent un tiroir de distribution (50, 82) sur lequel les moyens de commande agissent.
16. Appareil suivant la revendication 15, caractérisé en ce que chaque piston (4) est ledit tiroir de distribution pour un piston (4) voisin décalé de 90°.
17. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il présente une cylindrée variable.
18. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur de cylindrée centrifuge
(79), solidaire en rotation du rotor, qui, en fonction d'une variation de vitesse de rotation du rotor, modifie ladite cylindrée par ajustement d'inclinaison de l'élément biais par rapport à l'axe de rotation du rotor.
19. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que le rotor comporte un arbre moteur (1 ) et en ce que l'appareil est une pompe.
20. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que du fluide est alimenté sous haute pression dans le conduit haute pression (19) et en ce que l'appareil est un moteur.
21 . Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à
20, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux groupes de pistons (58, 59), chaque groupe étant indépendant et pouvant se comporter soit en moteur soit en pompe, suivant une charge appliquée auxdits deux conduits (17, 52; 19, 53) ou encore être rendu inactif par mise en communication entre eux desdits deux conduits.
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