Brevet FR2009169A1 — publié le 19700130

'ar^ 69 16219 1 2009169 "On connait déjà un moteur actionné par, un fluide sous pression, gui comprend un rotor et un stator coaxiaux, dont l'un forme une surface à rampes, alors que l'autre comporte deux ou plusieurs cylindres disposés sensiblement radialement par rap-5 port au rotor, chacun de ces cylindres contenant un piston dont une extrémité dépasse au-delà ,du cylindre", et porte contre la surface à rampes, ce piston allant et venant dans le cylindre lorsque le moteur tourne „ De tels; moteurs ont'.des orifices externes de départ et d'admission avec lesquels chaque cylindre 10 communique, aux positions angulaires du rotor où le piston correspondant se déplace à l'intérieur du cylindre. Les cylindres peuvent aussi bien être ménagés dans le rotor que dans le stator, et le rotor peut aussi entourer le stator, ou vice-versa. 15 Quoiqu'il soit possible de faire tourner ces moteurs à grande vitesse, .et de les inverser pour les transformer en pompe, leur application principale consiste dans l'utilisation comme moteurs à faible vitesse et à couple élevé.: Bans cette application, leur poids et leurs dimensions peuvent être très 20 favorablement comparés à ceux d'un moteur à grande vitesse, électrique ou hydraulique combiné à un réducteur de vitesse. Conformément à la présente invention, les pistons et les cylindres d'un moteur du type décrit sont rectangulaires en coupe transversale. Ceci permet à un "moteur fournissant un 25 couple déterminé d'être de dimensions et d'un poids encore plus réduits que ceux dans lesquels les pistons et les cylindres sont de coupe transversale circulaire conventionnelle. Les cylindres peuvent communiquer avec les canalisations externes d'admission et de départ aux positions angulai-30 res appropriées du rotor, par l'intermédiaire d'orifices ménagés dans des pièces du moteur en rotation relative, et disposés de façon à venir en coïncidence et à être décalés l'un par rapport à l'autre, alternativement, lorsque le moteur tourne. Dans une forme de réalisation, les cylindres sont 35 disposés entre deux plaques à orifices qui, en même temps que la surface à rampes, tournentpar rapport au cylindres autour de l'axe du moteur, chaque cylindre comportant lui-même une lumière d'entrée, qui coïncide avec un orifice de l'une des plaques, aux positions angulaires du rotor où le piston se déplace . 40 dans un sens, et une lumière de sortie qui coïncide avec un BAD ORIGINAL 69 16219 2 2009169 autre orifice de l'autre plaque, aux positions angulaires du rotor où le piston se déplace dans l'autre sens,.-les :orifipes dans l'une des plaques communiquant avec une-canalisation d'admission externe, les orifices de l'autre, des plaque g., conpuni-5 quant avec une canalisation de départ externe » Si, comme il.est. fréquemment préféré, la surface à rampes prend la forme d'une couronne entourant les cylindres,: les plaques à orifices seront solidaires de cette couronne qui de préférence, constituera . alors le stator. 10 Une variante de réalisation préférée, lorsque la surface à rampes prend la forme d'une couronne portée par le stator et entourant le rotor, comprend un "boisseau qui pénètre dans un alésage axial du rotor et qui comporte deux passages, dont l'un aboutit à la canalisation d'admission alors que l'au-15 tre aboutit à la canalisation de départ externe, chaque cylindre communiquant avec chacun des passages, successivement, par l'intermédiaire d'ouvertures dans le rotor qui viennent alternativement coïncider, ou non avec les passages du .boisseau, lorsque le rotor tourne.» Cette disposition peut être également 20 adoptée si la couronne à rampes tourne, les cylindres étant alors fixes. Bans ce cas, le boisseau doit tourner avec la couronne à rampes, les passages externes d'admission et de départ de ce boisseau devant aboutir à des canalisations fixes d'admission et de départ. 25 Le mouvement, et par conséquent le couple fourni par le moteur, peut être modifié en réalisant la surface à rampes sous forme de deux parties pratiquement semi-cylindriques, montées de manière à pouvoir être déplacées ensemble ou séparément, afin de faire varier la course des pistons. Si, par contre, le 30 mouvement n'est pas variable, la forme de la surface à rampes 'pourra être telle que ce mouvement, et par conséquent le cou-.ple fourni, soit indépendant de la position angulaire du rotor. • . . D,e préférence, on utilisera huit pistons identiques et uniformément répartis, et. la surface à rampes comportera 35 six dépressions radiales elles mêmes uniformément réparties, de façon que chaque,.piston effectue six cycles, pour. une. révolution du rotor. Il a .été constaté en pratique que les extrémités des pistons qui portent contre la surface à rampes pouvaient être 40 suffisamment lubrifiées, pour éviter des pertes excessives par - BAD ORIGINAL 69 16219 3 2009169 friction, si ces extrémités présentaient une surface .convexe semi-cylindrique, frottant simplement sur la surface à rampes. Si on le juge nécessaire ou désirable toutefois, et pour uiïfe machine particulière, les extrémités des pistons pourront for-5 mer un logement partiellement cylindrique, recevant chacun un galet qui roulera sur la surface à rampes. La facilité avec laquelle des galets peuvent être montés dans les extrémités des pistons constitue un avantage supplémentaire de la section rectangulaire adoptée pour les pistons, conformément à là pré-10 sente invention. Deux exemples de moteurs ainsi réalisés ont été représentés dans les dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une coupe transversale dans un premier exemple. 15 La figure 2 est une coupe longitudinale suivant la ligne 2*-2 de la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale, dans un second exemple. La figure 4- est une coupe longitudinale suivant la 2@ ligne 4-4 de la figure 3 ; et Les figures 5 et 6 montrent deux formes de réalisation de pistons portant un galet. Dans le premier exemple, le moteur comporte un rotor •5 dans lequel sont ménagées huit fentes axiales 6, uniformément 25 espacées. Deux plaques annulaires 7 fixées aux extrémités du rotor 5 ferment les extrémités des fentes 6, qui constituent ainsi des. cylindres de section transversales rectangulaire* Un piston 8 peut jouer dans chacune de ces fentes, et il est repoussé radialement vers l'extérieur par un ressort 9. Chaque 30 piston est rectangulaire en coupe transversale, et son éxtré-mité extérieur©' 40 .est .semi-cylindrique. Le stator forme une couronne 12 qui entoure le rotor 5, coaxialement' à celui-ci, et qui comporte une surface à rampes 13 coopérant avec les extrémités semi-cylindriques 10 des 35 pistonso Le rotor 5 est monté à l'une des extrémités d'un arbre 14 tournant dans des roulements 15 appartenant au stator 11, et combinés à un joint d'étanchéité 16. Un boisseau fixe 17 pénètre axialement dans un alésage central du rotor 5» Ce boisseau comporte une douille in-40 térieure 18 et line douille extérieure 19 qui délimitent entre 69 16219 4 2009169 elles ime cliambre annulaire 20 communiquant; avec une canalisation d'admission 21. De la même manière, la chambre axiale 22 de la douille intérieure du boisseau communique avec une canalisation de départ 23. 5 Chacun des cylindres 6 comporte, à son extrémité tour née radialemeiit vers l'intérieur, une paire de lumières d'entrée et de sortie 24 et 25» décalées socialement l'une par rapport à l'autre. Le boisseau 17 comporte également des passages, savoir six passages d'entrée 26 et six passages-de sortie 27, ces deux 10 séries de passage étant uniformément réparties circonférentiel-lement. Lorsque le rotor tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, sur la figure 1, les pistons 8 se déplacent alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur, dans leurs cy-15 lindres recpectifs, du fait que leurs extrémités semi-cylindriques 10 suivent la surface fi rampes 13• Les passages d'entrée 26 sont ainsi disposés qu'aux positions angulaires du rotor où un piston donné se déplace radialement vers l'extérieur dans son cylindre, la lumière d'entrée correspondante 24 du rotor est en 20 coïncidence avec l'un des passages d'entrée 26 du boisseau, de sorte que le fluide moteur, généralement de l'huile, parvient dans le cylindre en empruntant la chambre 20 et la canalisation d'admission 21. De la même manière, en ce qui concerne les passages de sortie 27» à la position angulaire du rotor où chacun 25 des pistons suit une partie de la surface à rampes 13 dont le rayon va en diminuant, le piston se déplaçant lui-même radiale-ment vers l'intérieur dans son cylindre, la lumière de sortie 25 de ce cylindre vient coïncider avec l'un des passages de sortie 27 du boisseau, et l'huile sera expulsée du cylindre en em-30 pruntant la chambre de départ 22 et la canalisation de départ 23- On comprend qu'en inversant le sens de rotation du rotor, on rai-versera le sens d'écoulement du fluide moteur. Si donc le rotor tourne dans le sens opposé à celui des aiguilles d'une 35 montre sur la figure 1, tous les orifices qui, pour plus de commodité, ont été appelés"orifices d'entrée deviendront des orifices de sortie, et vice-versa. La surface à rampes '13 comporte, six dépressions 28 séparées par six saillies 29, de sorte que chaque piston effec-40 tue six cycles de va-et-vient, par rapport à son cylindre, au 69 16219 5 2009169 cours de: chaque révolution du moteur. Le profil des dépressions et des saillies, qui n'a pas été. représenté exactement.dans les dessins-, est- tel que lorsque le moteur tourne à vitesse angulaire constante, chaque demi-cycle d'un piston comporte une premiè-5 re portion où le piston est arrêté, une seconde portion où il se déplace à accélération uniforme, une troisième portion où il se déplace à yitesse constante, et une quatrième portion où il se déplace avec une décélération uniforme jusqu'à ce qu'il s'arrête à nouveau, à la fin de ce demi-cycle. La première et la 10 troisième portions du demi-cycle correspondent à des déplacements angulaires égaux du rotor, de même que la seconde et la quatrième portions. " Comme le montre "bien la figure 1, chaque piston est déphasé d'un quart.de cycle par rapport aux pistons voisins. 15 II s'ensuit que, pour chaque groupe de quatre pistons voisins, deux sont toujours dans un demi-cycle de déplacement vers l'extérieur, et les deux autres étant dans l'autre demi-cycle de déplacement vers l'intérieur. Pour les deux pistons engagés dans le demi-cycle de déplacement vers l'extérieur, l'un est arrêté 20 et l'autre se déplace à vitesse constante, appelant par conséquent du fluide moteur dans son cylindre, à débit constant, ou bien l'un est en accélération et l'autre en décélération, la somme de leur vitesse, et par conséquent le débit suivant lequel du fluide esjb introduit dans leurs deux cylindres, restant cons-25 tante.. Il en est de même pour les deux autres pistons qui se trouvent dans la moitié de leur cycle de déplacement vers l'intérieur, le résultat étant que le débit suivant lequel le fluide se déplace en passant depuis la. canalisation d'admission 21 jusque dans la chambre 22 est uniforme pour les quatre pistons, 30 à condition que. la-vitesse du rotor soit elle-même uniforme. Les autres quatre pistons se comportent exactement de la même manière, et, par conséquent, le couple fourni par le.rotor est indépendant de- la position angulaire de celui-ci. Pour que le moteur fournisse ion couple uniforme avec 35 une surface à rampes conformée de façon que: les pistons effectuent le 'cycle décrit, il est seulement nécessaire, que le nombre des pistons soit divisible par quatre, et que chaque piston, riang un groupe de quatre^ se trouve déphasé d'une quantité égale à un quart de cycle, par rapport à deux autres pistons du grou-40 pe, et déphasé d'un demi-cycle par -rapport au troisième. Il n'est 69 16219 6 2009169 pas nécessaire non plus que les quatre pistons d'un groupe soient adjacents» Par exemple,- avec quatre pistons et une"surface à rampes donnant un nombre impair de cycles pour chaque piston, par révolution du rotor, les deux groupes de quatre pistons pour-5 ront alterner,■deux pistons voisins d'un piston donné,, appartenant à un groupe, correspondant eux-mêmes à l'autre groupe. La combinaison représentée de huit pistons et d'une surface à rampes donnant six cycles pour chaque piston, par révolution, offre l'avantage que les pistons diamétralement opposés sont en phase 10 l'un par rapport à l'autre, le résultat étant que leurs réactions sur le rotor seront égales et de sens opposé, lesdits pistons constituant un couple et soulageant les portées du rotor de toute contrainte radiale non équilibrée. La couronne à rampes peut être usinée en la faisant 15 tourner de façon continue autour de l'axe du rotor, en même temps qu'on déplacera un outil de coupe ou une meule abrasive dont le rayon sera égal à celui des extrémités semi-cylindriques 10 des pistons, ce déplacement s'effectuant radlatënient et alternativement de la même façon que la couronne à rampes imposerait leur 20 mouvement aux pistons, en fonctionnement. Il est par conséquent inutile de chercher une équation mathé,-matique définissant les profils dé la surface à rampes.. Le moteur représenté dans les figures 5 et 4 se différencie de celui qui vient d'être décrit par le fait que sa 25 course est variable, et par le .fait aussi que les orifices d'en-tréé et de -sortie sont disposés de manière différente. Comme dans le premier exemple, un rotor 5 comporte des fentes 6 orientées axialement, fermées à chaque extrémité par une plaque annulaire 7» pour former des cylindres de coupe transversale rec-30 tangulaire. Un pistonS joue dans chaque cylindre, et peut être repoussé radialement vers l'extérieur par un ressort non représenté. Le rotor est claveté sur un arbre 14 monté dans des rou-•lements 15 associés à des joints d'étanchéité 16 pour l'huile. Une couronne à rampes 12 entoure le rotor 5> et est 35 constituée par. deux parties sensiblement semi-cylindriques. Chaque partie comporte un méplat qui glisse contre une surface plane -30 du stator' 11 v Ces deux partie s . sont par conséquent mobiles l'une par rapport à l'autre, dans les.deux sens, pour faire varier la course des pistons, cette course étant égale à zéro lors-40 que les «deux parties de cette couronne à rampes sont déplacées BAP ORIGINAL 69 16219 •" ? • 7 2009169 l'une par rapport à l'autre de façon que leurs surfaces internes constituent ensemble un cylindre entourant le rotor, et coaxial à celui-ci. Chaque partie de la couronne à rampes 12 forme des saillies et des dépressions (non représentées) alternant circon-5 férentiellement, les saillies d'une partie coïncidant avec les dépressions de l'autre partie. Lorsque les deux parties sont éloignées de'manière à donner la course maximale, les pistons suivent les saillies lorsqu'ils abandonnent une partie, et ils s'engagent progressivement dans l'autre partie. 10 Afin de déplacer les deux parties de la couronne à rampes, 12 dans un sens ou dans l'autre, le stator 11 est entouré par «a boîtier annulaire 31 qui forme deux logements 32 de profondeur variant circonf érentiellement. Chacune des deux parties de la couronne à rampes comporte un bossage cylindrique 33 qui 15 passe dans une ouverture correspondante du stator 11, et qui comporte une extrémité 34 bombée, prenant appui contre le fond du logement correspondant 32 du boîtier 31 • Dans la figure 3» les deux parties de la couronne à rampes sont montrées occupant leur position la plus écartée, ce qui correspond à la course 20 maximale des pistons. La rotation du boîtier annulaire 31 dans le sens des aiguilles d'une montre, sur la figure 3» repousse les deux parties de la couronne à rampes l'une vers l'autre, réduisant ainsi la course des pistons i La pression du fluide moteur les cylindres, derrière les pistons 8, repousse ces 25 pistons vers l'extérieur contre la couronne à rampes, et il n'est par conséquent pas nécessaire d'empêcher que les deux parties se déplacent l'une vers l'autre sous l'effet par exemple de leur propre poids. Si des ressorts sont prévus entre les extrémités intérieures des pistons et le fond des cylindres, l'action de 30 ee.s ressorts tendra à maintenir écartées les deux parties de la couronne à rampes. Une lumière d'entrée 35 orientée axialement débouche flana nn côté de chacun des cylindres 6, et vient coïncider avec l'un ou l'autre de deux orifices 36 ménagés dans une plaque à 35 orifices 11à faisant partie du stator 11, aux positions angulaires du rotor où le piston correspondant suit une portion de la surface à rampes 13 dont le diamètre augmente. De la même manière, une autre lumière de sortie 38 orientée axialement débouche de l'autre côté de chacun des cylindres, et vient coïnci-40 der avec l'un ou l'autre de deux orifices 39 ménagés dans une 69 16219 8 2009169 plaque à orifices 11b faisant partie•du stator 11, lorsque le piston suit une portion de la surface à rampes dont le diamètre diminue. Les orifices d'entrée et de sortie 36 et 39 débouchent dans des passages d'entrée et de sortie 4-1 et 42 qui aboutissent eux-mêmes aux canalisations d'admission et de départ 43 et 44 ré specti veinent. L'un ou l'autre des arrangements d'orifices décrits peut être utilisé en combinaison avec l'une ou l'autre des couronnes à rampes. Pour des applications ou il est préférable que 10 la couronne à rampes puisse tourner autour d'un bloc cylindres fixe, les seules modifications rendues nécessaires, dans les moteurs décrits, concerneront les passages d'entrée et de sortir, les canalisations d'admission et de départ étant fixes. Dans la figure 5» on à représenté un piston 8* modifié 15 formant un logement semi-cylindrique dans lequel un galet 45 est logé. Un autre piston 8" légèrement modifié est montré dans la figure 6, la seule différence entre ces deux pistons étant que le logement dans lequel le galet 45 est placé s'étend sur plus de la moitié de la périphérie de celui-ci. L'un ou l'autre 20 de ces pistons modifiés peut être utilisé, dans l'un ou l'autre des moteurs décrits. Avec des pistons conventionnels de section""' circulaire équipés de galets, il serait nécessaire d'empêcher ces pistons de tourner autour de leur axe, alors que dejtels moyens sont inutiles avec les pistons de section rectangulaire 25 conformes à l'invention. 69 16 2 î 9 9 2009169 gEVETOICATIOHS 1 - Moteur actionné par un fluide sous pression, du type comprenant un rotor et un stator coaxiaux dont l'un forme une surface à rampes, alors que l'autre comporte deux ou plusieurs cylindres 5 disposés sensiblement radialement par rapport au rotor, chacun de ces cylindres contenant an piston dont une extrémité dépasse au-delà du cylindre, et porte contre la surface à raapes, ce piston allant et venant dans le cylindre lorsque le moteur tourne, caractérisé par le fait que la section transversalé des pis-10 tons et des cylindres est rectangulaire. 2 - Moteur suivant la Revendication 1, caractérisé par le fait que les cylindres sont disposés entre deux plaques à orifices qui tournent par rapport aux cylindres, en fonctionnement, autour de l'axe du moteur, chaque cylindre comportant une lumière 15 d'entrée qui coïncide avec un orifice de l'une des plaques, lorsque son piston se déplace dans une direction, et une lumière de sortie qui coïncide avec un orifice de l'autre plaque, lorsque son piston se déplace dans l'autre direction, les orifices dans l'une des plaques communiquant avec une canalisation d'admission 20 fixe, les orifices de l'autre plaque communiquant avec une canalisation de départ fixe. 3 - Moteur suivant la Revendication 1, caractérisé par le fait que la surface à rampes forme une couronne entourant les pistons, un boisseau étant rigidement fixé à cette couronne à rampes et 25 pénétrant dans un alésage coaxial du rotor, boisseau qui comporte deux passages, l'un aboutissant à une canalisation d'admission et l'autre aboutissant à une canalisation de départ, chaque cylindre communiquant avec chacun des passages, successivement, en même temps que son piston effectue un mouvement de va-et-vient, 30 par l'intermédiaire d'orifices qui viennent en coïncidence ou non avec les passages appartenant au boisseau, lorsque le rotor tourne. 4- - Moteur suivant la Revendication 3, caractérisé par le fait qu'un passage est constitué par une chambre axiale partant d'une 35 extrémité du boisseau, l'autre passage étant annulaire et partant de cette même extrémité du boisseau., coaxialement à la chambre, mais ne s'étendant pas aussi loin que celle-ci. 69 16219 10 2009169 5 - Moteur suivant l'une quelconque des Revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la surface à rampes est formée de deux parties sensiblement semi-cylindriques, montées de façon à se déplacer pour se rapprocher ou s'éloigner l'une de l'autre, 5 afin de modifier la course des pistons. j 6 - Moteur suivant l'une quelconque des Revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un groupe de quatre pistons, le profil de la surface à rampes étant tel que chaque piston effectue un certain nombre de cycles de va-et- 10 vient par rapport à son cylindre, au cours de chaque révolution du rotor, et se trouve toujours déphasé d'un quart de cycle par rapport aux deux autres pistons du même groupe, chaque demi-cy-cle comprenant, lorsque le rotor tourne à vitesse constante, une première portion où le piston est arrêté, une. seconde portion 15 où il se déplace à accélération uniforme, une troisième portion où il se déplace à vitesse constante, et une quatrième portion où il se déplace avec une décélération uniforme, jusqu'à ce qu'il s'arrête à la fin du demi-cycle, grâce à quoi le couple total exercé sur le rotor par les quatre pistons du groupe est 20 indépendant de la position angulaire du rotor. 7 - Moteur suivant la Revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux groupes de quatre pistons, chacun d'eux étant diamétralement opposé, sur le rotor, et en phase avec un piston appartenant à un groupe différent, de sorte que 25 les forces radiales réagissant sur le rotor sont équilibrées.