Brevet FR2034328A1 — publié le 19701211

La boite de vitesse qui est le système actuellement le plus connu pour la transmission d'une énergie en mouvement au point d'utilisati -on fait apparaître la necessité d'un nombre de rapports de démulti- -plication élevé La présente invention qui comporte un nombre infini de rapports de démultiplication,avec possibilité de passer d'une vitesse à l'autre sans perte d'énergie,progressivement,donc sans à-coupsla source d'énergie restant toujours en prise avec le point d'utilisation,est un variateur de vitesse,et partant un variateur de couple. I1 est connu nombre de variateurs qui opposent l'inconvénient majeur entr'autres les poulies avec courroies,d1absorber par glissement, friction ou adaptation impari & te,une énergie notable en rapport de la puissance à transmettre.M8me dans le cas des boites de vitesses dites "automatiques",il y a perte d'énergie;et Si l'on a quand même dans ce cas réussi à supprimer le désacoupplement noteur-utilisation (embrayage),le nombre de combinaisons n'est toujours pas très élevé, quatre à cinq au maximum. I1 existe aussi le principe d'un variateur qui offre les avantages des divers systèmes,boites de vitesses automatiques et variateurs actuellement connus,sans en présenter les inconvénients.Il sera fait un rappel sur le fonctionnement du différentiel que nous voyons en coupe sur la figure l.Ce dispositif simple a la propriété de transmettre par l'intermédiaire d'un système de satellites et plané- -taires un mouvement réparti en deux points dtutilisation.Si l'on attaque une couronne B par l'intermédiaire d'un pignon A,les satel ~lites C montés fous sur un étrier H luî-mSme solidaire de la couron -ne B transmettront et équilibreront le mouvement entre les plané -taires D et E qui entraîneront leurs axes respectifs F et G.Si la couronne B étant toujours anisée du meme mouvement de rotation,l'on freine le planétaire D par l'intermédiaire de son axe F solidaire, les satellites C qui jusqu'alors étaient immobiles dans leur axe amorceront un mouvement de rotation sur eux-mêmes,ce qui aura pour effet,s'additionant avec la rotation de la couronne d'accélérer la rotation du planétaire E,et partant de l'axe G.Si l'on immobilise le planétaire D,le planétaire E aura une vitesse double de celle qu'il aurait eu si les deux planétaires étaient restés libres,et tournaient de ce fait à vitesses égales.Donc à vitesse donne de la de la couronne B,si l'on agit sur la vitesse de l'un des planétaires pour la ralentir ou l'accélérersla somme des vitesses des deux planétaires reste constante eu égard au fait que chacune des vitesses peut prendre une valeur positive,nulle ou meme négative suivant le sens de rotation. On peut concevoir un variateur basé sur ce fait quten freinant ltun des plantaires,on reçoit sur l'autre une vitesse d'utilisation variable;mais en cas de freinage il y a friction et perte d'énergie qui sera proportionnelle au freinage,donc à l'augmentation de la vitesse apportée au point d'utilisation, puisqu'en conditions normales les couples distribués sur les axes F et G sont égaux;;donc tout déséquilibre par friction entraine une perte d'énergie préjudiciable au rendement Il faut donc commander la variation de vitesse de l'axe F par un système ne consonant pas d'énergie ou très peupla vis sans fin commandée par un moteur auxiliaire résout ce problème En effet si l'on tonte sur l'axe F un pignon à denture droite ou hélicoTdale par exeiple,en contrtlant la vitesse de ce pignon par une vis sans fin, on contr8le en consequense la vitesse de l'axe d'utilisation G, en consommant très peu énergie puisque la vis sans fin en raison de son irréversibilité n'oppose à sa propre source d'entraînement pratiquement pas l'énergie du mouvement transmis par la couronne B; l'inclinaison optimum de la denture et de l'angle dtattaque permet d'ailleurs de limiter au minimum l'effort nécessaire pour mettre la vis en rotation,le mouvement naturel de l'axe F pouvant par exemple amorcer à lui seul l'entraînement de la vis,juste à la limite de sa mise en rotation. Ce système apporte un progrès,mais s'il est possible de le réaliser, son application industrielle n'offre que peu d'intérêt en raison de ses inconvénients qui sont bien supérieurs b ses avantages;un brevet a d'ailleurs été délivré sous le nQ 1.511.797 ,brevet qui s'inspire de ce système Les inconvénients de celui-ci dans l'appli -cation à l'automobile sont les suivants:Pour que le point d'uti -lisation G soit par exemple immobile,dans le cas d'un véhicule à l'arrêt et le moteur tournant au ralenti,l'axe de commande F doit avoir une rotation égale à deux fois la vitesse de la couronne B; si la rotation de l'axe F est intérieure à deux fois la vitesse de la couronne B le véhicule part en marche-avant,ou tout au moins il y a transmission du mouvement k l'axe G;si par contre la rotation il y a transmission du mouvement à l'axe G;si par contre la rota -tion de l'axe F est supérieure à deux fois la vitesse de la couron -ne B le véhicule part en marche-arrière,ou tout au moins il y a également dans ce cas transmission d'un mouvement,mais inverse du précédent b l'axe G; il y a 1k une stabilité critique fonction de deux variables qui sont la vitesse de commande et la vitesse de la couronne B,et il suffit d'un simple dérèglement du sychronisme de ces vitesses,d'ailleurs excessivement délicat k mettre au point, pour provoquer un dérèglement de la transmission avec tous ses effets;mEme lorsque l'on arrentera les moteurs il faudrait que la courbe d'extinction de vitesse soit rigoureusement la même et équilibre,faute de quoi il en résulterait un risque de chocs et d'k-coups;;de plus k ltarrtt,lorsque le moteur principal tourne au ralenti,le moteur auxiliaire est en mouvement et consomme de ce fait une énergie substantielle,alors que dans ce cas déterminé le variateur est hors service,ou tout au moins n'a pas d'énergie à transmettre. C'est donc en définitive en raison de ses inconvénients rédhibitoires un système qui n' offre aucun intérêt industriel. La présente invention consiste t assembler ces dispositifs décrits et connus,mais n'utilisés que séparément jusqu' ce jour,de la manière suivante: Il est monté sur l'un des axes de sortie d'un différentiel un pignon droit ou hélicoïdal avec vis sans fin,qui rend le mouvement du différentiel irréversible et s'oppose a un report de la force au delk de la vis;cette vis sans fin est commandée par un axe de sortie d'un second différentiel dont la couronne est animée de la même vitesse que la couronne du premier;l'axe inutilisé sur le premier différentiel représente l'utilîsation; ;l'axe inutilisé sur le second différentiel représente la commandegil y a lieu d'adjoindre des pignons supplémentaires pour donner aux deux différsntiels les mimes rapports de vitesse ( Plan d'ensemble figure 2 ).En respectant le sens de rotation des couronnes animées d'une même vitesse,si l'on anime l'axe de commande d'une certaine witesse,l'axe d'utilisation est lui-même animé de la même vitesse;la rotation de la commande est assurée par un petit moteur auxiliaire dont on peut faire varier la vitesse;;en respectant un certain aigle d'attaque de la vis sans fin sur son pignon et avec une denture et filet appropriés,leeffort du moteur auxiliaire sera soulagé par le mouvement naturel du premier différentiel dont les planétaires ont tendance a' tourner, et dans ce cas le pignon avec vis sans fin ne servira qu'à contrôler la vitesse du planétaire sur lequel le pignon est fixé,et par voie de conséquence aussi le planétaire d'utilisation,tout ceci sans consommation d'énergie notable,la vis sans fin agissant comme un véritable "catalyseur" dans la transmission du mouvement principal par le premier différentiel puisqu'elle n'en emprunte pas son énergie.Il est entendu que ces différentiels peuvent Qtre à pignons coniques,pignons droits et autres,et que la vis sans fin peut etre de toute forme,avec toutes formes de dentures ou filet,et avec tous angles d'attaque des pignons,des engrenages et des vis sans fin entre eux,les adaptations pouvant Qtre fixes ou mobiles La source d'énergie auxiliaire peut comprendre toutes sortes de moteurs ou sources d'énergie indépendantes,de meame nature ou différentes de la source d'énergie i transmettre,notzmment électrique,hydraulique, thermique,etc.,.,cette énergie pouvant etre totalement indépendante, ou issue directement ou indirectement de l'énergie principale A titre indieatif,le moteur auxiliaire pourrait être constitué par un petit moteur électrique puisant son énergie k la sortie d'une dynamo ou batterie et dont la vitesse serait commandée par un rhéostat,ou encore pourrait Qtre constitué par un petit moteur hydraulique puisant son énergie k la sortie d'une pompe hydraulique et dont la vitesse serait commandée par une vanne,ces moteurs étant accouplés au moteur principal , la simple inversion du sens de rotation de l'axe de commande,en inversant le sens de rotation de la vis sans fin, permet d'inverser le sens due rotation de l'axe d'utilisation,d'où obtention de la marche arrière. Sans entrer dans des développements mathématiques,il apparaît nettement que l'énergie principale restant constante puisqu'elle ne peut s'échapper ni titre absorbée meme en partie dans le premier différentiel,et la vitesse pouvant titre variable sur le planétaire d'utilisation, il en résulte qui énergie constante et vitesse variable correspond un couple variable.Si le planétaire de commande n'est pas en rotation,le planétaire d'utilisation ne l'est pas non plus,que la vitesse des couronnes soit nulle ou quelle qu'en soit sa valeur. avantages de ce dispositif: L'énergie transmise par le variateur reste constante,mais le rapport couple/vitesse est variable k la demande et adaptable pour le faire correspondre avec l'effort de résistance opposé à llutilisation,ce rapport pouvant ainsi Qtre toujours optimum;la perte de puissance absorbée par le moteur auxiliaire est négligeable en proportion de l'énergie principale distribuée;;dans le cas d'application à l'automobile,le dispositif offre un freinage-moteur controlable et d'une très grande efficacité puisque lorsque le rapport de vitesse obtenu tend vers zéro par démultiplication, la vitesse d'utilisation tend elle-mfre vers zéro avec la mtme démultiplication,et le freinage tend vers l'infini,la puissance mise en jeu n'intervenant pratiquement pas sur le ralentissement (z la limite près de i'arret les organes de transmis -sion sont seuls à absorber l9effort-et doivent de ce fait être calculés en conséquence);;on peut dès lors obtenir une progressivité dans le freinage-moteur,outre son incontestable efficacité,en agissant progressivement sur la commande du moteur auxiliaire; à l'arrêt du moteur auxiliaire,meme si le moteur principal est en fonctionnement,l'axe d'utilisation étant toujours en prise et asservi par le moteur auxiliaire,reste donc immobile et pratiquement verrouillé,ce qui est une sécurité;dans le cas précis d'application k l'automobile,outre les avantages ci-dessus énoncés,le dispositif ne consomme aucune énergie de transmission k l'arrêt du véhicule meme si le moteur principal est en fonctionnement;;1' emploi du varia -teur permet une très grande "reprise" dans les accélérations,ce qui pourra d'ailleurs Qtre rendu automatique si le variateur est couplé avec un dispositif modifiant la vitesse du moteur auxiliaire en fonction de la résistance opposée à l'utilisation à la force disponible.Donc dans l'application à l'automobîle,cette réalisation supprime à la fois la boite de vitesse et l9embrayage,comme elle constitue un ralentisseur plus efficace qutun frein et offrant toute sécurité de manoeuvre Ce dispositif peut Qtre utilisé également comme montage en variateur automatique;;puisque la vitesse du moteur auxiliaire peut titre commandée manuellement comme elle peut titre asservie en fonction de la différence entre la force disponible et l'effort résistant en un point donné Une des réalisation d'un tel asservissement qui donne au variateur un caractère automatique dgun rendement optimum est la suivante:: On interpose sur un axe soumis à la transmission de l'énergie principale (par exemple entre moteur et couronne du premier diffé -rentiel) un système tel que celui de la figure 3 qui est composé d'un ressort taré,d'un axe coulissant k cannelures ou ergot dont Igextremité biaise prend appui sur l'axe opposé (avec un léger jeu entre ceux-ci lorsque le ressort est comprimé),ce dernier axe ayant également son extremité biaise,de façon k ce que proportionnellement à l'effort résistant l'axe coulissant se déplace d'une longueur s variable,cette variation étant reportée extérieurement par un système de boguss,roulements à bille,fourchettes et leviers pour commander ensuite un rhéostat ou une vanne ou tout autre dispositif destiné à faire varier la vitesse du moteur auxiliaire,le moteur devant s'accélérer lorsque l'effort résistant diminue Il est évident que ce système d'asservissement ne devra pas agir sur la vitesse depuis zéro jusqu'au maximum,mais qu'une petite marge k partir de zéro pouvant provoquer la mise en marche du moteur auxiliaire,devra dans ce cas titre commandée indépendamment,soit par asservissement au moteur principal suivant son accélération à partir d'un certain seuil de la vitesse de celui-ci,soit par un dispositif manuel indépendant;;en effet si la vitesse du moteur auxiliaire était entièrement asservie depuis zéro,il nty aurait aucune possibilité de démarrage puisque le moteur tournerait toujours à vide et qu'il nty aurait donc aucun effort résistant pouvant provoquer une mise en marche du dispositif d'asservissement,et ainsi donc di variateur. Un verrouillage de sécurité peut etre ajouté sur l'arbre de commande sous la forme d'un dispositif de freinage quelconque ou d'une deusiè- -me vis sans fin,ce qui donne une sécurité supplémentaire au système de la vis sans fin principale qui est déjk pratiquement irréversible. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté,mais couvre au contraire toutes les variantes,en parti -culier la construction partielle des éléments pour des applications particulières,et s'étend k un tout indivisible notamment dans le cas de variateur de couple automatique;elle couvre en outre toutes les applications possibles où la variation d'un couple est nécessai -re pour la transmission d'un mouvement. Revendications 1 Variateur de couple et de vitesse composé de deux différentiels, d'une vis sans fin avec pignon,ces deux derniers formant accouple -ment entre les deux différentiels,dont l'un est commandé par une source d'énergie auxiliaire. 2Q Variateur de couple selon la revendication no 1 caractérisé en ce que la source d'énergie auxiliaire comprend un moteur électrique. 3 Variateur de couple selon la revendication no I caractérisé en ce que la source d'énergie auxiliaire comprend un moteur hydraulique. 49 Variateur de couple selon la revendication nQ 1 caractérisé en ce que la source dténergie auxiliaire comprend un moteur thermique. 59 Variateur de couple selon la revendication n 1 caractérisé en ce que la source d'énergie auxiliaire comprend un variateur à poulie et courroie ou à friction interposé entre le moteur principal et la commande auxiliaire. 6 Variateur de couple selon la revendication n 1 caractérisé en ce que le verrouillage par freinage ou vis sans fin et pignon montés sur l'axe de commande assure une sécurité supplémentaire. 7Q Variateur de couple selon les revendications no 1 et 6 caractérisé en ce qutil comporte un axe B déplacement variable avec ressort taré transmettant la valeur de l'effort résistant k la commande du moteur auxiliaire pour asservir celui-ci.