Brevet FR2288882A1 — publié le 19760521

La présente invention concerne une machine tournante utilisant l'énergie potentielle due & a la gravité comme énergie motrice, et comportant au moins deux masses pesantes portées par des bras respectifs fixés à un arbre tournant sensbilement horizontal La présente invention est ases sur un principeana- logue à celui de la balance romaine.Plus précisément, la présente invention est basée sur la constatation suivant laquelle le, lorsque deux masses pesantes de memes poids sont suspen dues respectivement aux extrémités des deux bras de- longueurs différentes constituant le fléau ùne balance romaine, le moment du poids suspendu au plus grand des deux bras est plus grand que le moment antagoniste du poids suspendu au plus petit des deux bras, si bien que le fléau bespule vers le bas, du côté du plus long des deux bras, autour de sont axe de rota- $tion. La présente invention a donc pour but de fournir une machine tournante ne nécessitant aucun carburant pour son fonctionnement et capable de développer de très grandes puissances, mettant en application le principe décrit plus haut. A cet effet, la-machine tournante selcon la présente invention est caractérisé en ce qu'elle comprend des moyens de guidage des masses posantes suivant une trajectoire fermée entourant l'arbre tournant à une certaine distance de celui-ci, en ce que l'arbre tournant et les moyens-de guidage sont suppor- tés de façon à être mobiles l'un par rapport à l'autre dans une direction horizontale transversale à l'arbre, entre une position de repos dans laquelle les moyens de guidage sont concentriques à l'arbre et une position de tratail dans laquelle l'arbre tournant et les moyens de guidage sont mutuellement excentrés l'un par rapport à l'autre, et @n@@@ @@'il est prévu des moyens de commande pour produire un relatif entre l'arbre tournant et les moyens de guidage. Suivant une réalisation de la présenta invention, les moyens de guidage sont agencés pour faire descrire une trajectoire de préférence circulaire aux masse pesantes. En outre, chaque masse pesante associée à un bras est @@@tée à la fois coulissante et pivotante par rapport au bras associé. Suivant une variante, chaque bras associé à une masse pesante est composée de plusieurs éléments télescopiques, l'un des deux éléments extrêmes étant fixés à l'arbre tournant, tandis que l'autre élément extrême est monté pivotant sur la masse pesante associée au moyen d'un a=e parallèle à l'arbre tournant. I1 peut être avantageusement prévu plusieurs masses pesantes portées par un nombre correspondant de bras radiaux régulièrement répartis angulairement, ces bras pouvant être situés dans un meme plan ou dans des plans distincts perpendiculaires à l'arbre tournant.Par ailleurs, les moyens de commande peuvent être agencés pour déplacer l'arbre tournant par rapport aux moyens de guidage ouf vice-versa pour déplacer les moyens de guidage, par rapport à l'arbre tournant. Glace à un tel agencement, l'arbre tournant entre automatiquement en rotation lorsque les moyens de guidage et cet arbre sont décalés l'un par rapport à l'autre à l'aide des moyens de commande et que l'excentrement de cet arbre par.rapport aux moyens de guidage atteint une.valeur telle que, pour cette valeur, la somme des moments par rapport à l'axe de l'arbre tournant, des masses pesantes qui se trouvent du même côté que le centre des moyens de guidage par rapport au plan vertical passant par l'arbre tournant devient supérieure à la somme des moments antagonistes, par rapport à l'axe de l'arbre tournant, des masses pesantes qui se trouvent de l'autre coté de ce plan vertical, additionnée à la somme des moments de freinage engendrés par les divers frottements. On donnera maintenant une description détaillée d'une réalisation préférée de la présente invention en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels t Les figures 1 et 2 sont des vues schématiques d'une machine tournante conforme à la présente invention respectivement dans une position de repos et dans une position de travail. Les figures 3 et 4 sont des vues respectivement en élévation latérale et en bout d'une réalisation concrète de la machine tournante schématiquement représentée sur les figures 1 et 20 La figure 5 est une vue partielle, à plus-grande échelle, montrant un détail de construction. La machine tournante représentée schématiquement sur les figures 1 et 2 comporte un certain nombre de masses pesantes 1, par exemple huit masses pesantes (ce nombre pouvant titre plus grand ou plus petit que 8, mais au moins égal à 2), qui sont respectivement portées par huit bras 2 qui s'étendent radialement à partir d'un arbre tournant 3 auquel ils sont fixés, en formant entre eux des angles de 45 degrés, l'ensemble des bras 2 étant régulièrement répartis angulairement autour de l'arbre 30 Comme on le verra en détail plus loin, chaque masse pesante est montée à la fois pivotante et coulissante sur le bras 2 associée et toutes les masses pesantes sont guidées suivant une trajectoire, de préférence circulaire, ou au moyen d'au moins un élément circulaire de guidage 4 qui entoura l'arbre 3 à une certaine distance celui-ci et qui est fixé au bati 5 de la machine. En outre, l'arbre 3 est monté rotatif dans des paliers (non représentés sur les figures 1 et 2) qui peuvent dtre déplacés par rapport au bati 5, donc par rapport a' l'élément de guidage 4, horizontalement et transversalement par rapport à l'arbre 3, par des moyens de commande non représentés sur les figures 1 et 2. Dans la figure 1, correspondant à la position de repos de la machine, l'élément circulaire de guidage 4 entoure concentriquement l'arbre 3, tandis que dans la figure 2, correspondant à une position de travail de la machine, l'élément circulaire de guidage 4 et l'arbre 3 sont excentrés l'un par rapport à l'autre. Dans la figure 1 les masses pesantes 1 sont toutes situées.à la mbme distance de l'arbre 3, si bien qu'elles s'équilibrent deux à deux et que, par conséquent, la machine reste au repos. Par contrez dans la position représentée sur la figure 2, il est clair que la somme des moments, par rapport à l'axe de l'arbre 3 des masses pesantés qui se trouvent à droite du plan vertical passant par l'arbre 3, - c'est-à-dire du mtme cssté que le centre de l'élé- ment circulaire de guidage 4 par rapport à ce plan vertical, est plus grande que la somme des -moments, par rapport à l'axe de l'arbre 3, des masses pesantes qui se trouvent à gauche du plan vertical susmentionné, puisque la distance des premières masses à l'arbre 3 est plus grande que la distance des secondes masses à cet arbre 3. En conséquence, 11 arbre tournant 3 est soumis à un couple qui le fait tourner dans le sens de la flèche courbe F si la différence entre les deux sommes de moments susmentionnées est supérieure au moment du freinage dus aux divers frottements et éventuellement à la charge à laquelle est soumis l'arbre 3.C'est pourquoi, dans la pratique, 11 arbre 3 ne se met pas à tourner dès qu'il commence à être excentré par rapport à l'élément circulaire de guidage 4, mais seulement après que la valeur de l'excentrement ait atteint une valeur telle que les frottements soient vaincus. En- conséquence, dans la pratique, il y a lieu de soigner la fabrication de la machine pour que les frottements soient réduits dans toute la mesure du possible pour que la valeur d'excentrement à partir de laquelle la machine se met à tourner soit elle-mEme minimale. Dès que la valeur de l'excentrement dépasse cette valeur, l'arbre 3 se met automatiquement à tourner et sa vitesse peut Entre réglée en réglant la valeur de l'excentrement. On décrira maintenant une réalisation concrète de l'invention, en faisant référence aux figures 3 à 5. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, le bati 5 se compose d'un socle 5a, formé par exemple par un cadre métallique rectangulaire, et de montants verticaux 5b fixés sur les cotés longitudinaux du socle 5a. Les montants 5b sont entretoisés par des traverse 5c. L'arbre 3 est tourillonné dans deux paliers 6, de préférence du type à roulements à billes ou à rouleaux. Chaque palier 6 est fixé sur un bloc coulissant 7 (dont un seul visible dans la figure 4) qui peut coulisser sur deux barres horizontales de guidage 8 qui s'étendent transversalement à l'arbre 3 et sont fixées à leurs extrémités sur des plaques de support 9, chaque plaque de support 9 étant elle-mtme fixée entre deux montants 5b du bati situés aux extrémités des cotés longitudinaux du socle 5a. Les deux blocs coulissants 7 peuvent être dépla- cés en synchronisme à l'aide de moyens de commande appropriés. par exemple, à chaque bloc coulissant 7 est associé un. arbre fileté 11 qui s'étend parallèlement aux deux barres de guidage 8 et qui est vissé dans un trou taraudé formé dans le bloc 7 associé. Chaque arbre fileté 11 est monté rotatif à ses deux extrémités dans les plaques de support 9, et l'un de ces deux arbres filetés 11 se prolonge à une extrémité à l'extérieur du bâti et son prolongement est muni d'une manivelle 12 permettant de faire tourner l'arbre 11. Le mouvement de rotation de l'arbre il équipé de la manivelle 12 est également transmis à l'autre arbre 11 par l'intermé- diaire d'une transmission appropriée.Par exemple, cette transmission peut étre constituée par les pignons d'angle 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, et 21 fixés aux arbres filetés 11 et à trois arbres de transmission 22, 23 et 24c La transmission doit comporter un nombre pair de pignons d'angle et les nombres de dents des pignons sont choisis pour que le rapport global de transmission soit égal à 1 de telle sorte que les deux arbres filetés 11 dont les filetages ont le même pas tournent en synchronisme. Dans ces conditions, lorsqu'on actionne la manivelle 12 dans un sens ou dans l'autre, les deux blocs 7 sont déplacés simultanément et de la même quantité vers la droite ou vers lb gauche, vu dans la figure 4, suivant le sens dans lequel on fait tourner la manivelle. ~Comme le mnntre plus particulièrement la figure 3, chaque paire de bras 2 qui font entre eux un angle de 180 degrés est située dans un plan vertical respectif perpendiculaire à l'arbre 3, les différentes paires de bras 2 étant espacées axialement le long de cet arbre 3. Ainsi, chaque paire de bras 2 formant entre eux un angle de 180 degrés peut être constituée par une unique tige cylindrique passant à travers un trou formé diamétralement dans l'arbre 3s. et fixée en son milieu à- cet arbre 3 par tout moyen approprié, par exemple par soudure.Puisque dans l'exemple représenté au dessin, il est prévu 8 masses pesantes 1, il faut donc prévoir 4 tiges cylindriques qui sont fixées de la manière susindiquée à intervalles réguliers le long de 1'arbre 3 et sont successivement décalés angulairement de 45 degrés l'une par rapport à l'autre A chaque tige cylindrique formant deux bras 2 sont associées deux masses pesantes 1 diamétralement opposées Chaque paire de masses pesantes diamétralement opposée est guidée par deux bagues circulaires de guidage 4. Il est prévu 5 bagues circulaires de guidage 4, chaque paire de masses pesantes diamétralement opposées ayant une bague 4 en commun avec la paire de masses pesantes adjacentes.Chaque bague circulaire de guidage 4 est fixée au bati 5 entre deux montants verticaux 5b et sur une traverse 5c, et toutes les bagues circulaires de guidage 4 sont fixées au b ti 5 de manière à entre coaxiales entre elles et à l'arbre 3 lorsque les blocs coulissants 7 se trouvent au milieu des arbres filetés 11 respectivement y associés. Comme le montre plus particulièrement la figure 5, chaque masse pesante 1 peut étre par exemple constituée par deux plaques massives 1a et 1bw de préférence en un métal ayant une grande densité, espacées l'une de l'autre par deux entretoises 25 (une seule d'entre elles est représentée dans la figure 5) qui sont rigidement fixées aux plaques la et lb. Entre ces deux plaques est disposée une douille, de préférence une douille à billes 26 recevant à coulissement un bras 2.La douille 26 est pourvue latéralement de deux tourillons 26a et 26b, qui sont coaxiaux entre eux et parallèles à l'arbre 3 et qui sont montés rotatifs respectivement dans les plaques la et lb par l'intermédiaire dé roulements à billes 27a et 27b. Chaque- plaque- la, lb porte du cEté opposé par rapport à la douille 26 trcis galets 28 (deux galets seulement-par-- plaque sont visibles dans la figure 5).Les galets 28 sont de préférence constitués par des roulements à billes et l'un de ces galets est~agencé pour rouler sur la piste de roulement formée par la périphérie extérieure de la bague circulaire 4 adjacente, tandis que les deux autres galets 28 sont agencés pour rouler sur la piste de roulement formée par la périphérie intérieure de la bague circulaire adjacente 4. Bien entendu, on pourrait avoir la disposition inverse, c'est-à-dire que deux galets pourraient cotre agencés pour rouler sur la piste de roulement extérieur de la bague 4, et le troisième galet pourrait entre agencé pour rouler sur la piste de roulement intérieure de cette bague 4. La machine tournante qui a été décrite ci-dessus fonctionne de la manière suivante. On supposera que, au départ, la machine est dans la position de repos représentée sur la figure 4. L'opérateur actionne la manivelle 12 dans l'un ou l'autre sens de rotation suivant le sens de rotation désiré de l'arbre 3. En tournant la manivelle 12 dans un sens, les blocs 7 sont déplacés horizontalement dans un sens, par exemple vers la gauche (vu dans la figure 4), pour amener l'arbre 3 dans uneposition excentrée à gauche du centre des bagues 4, si bien que les masses pesantes obligent l'arbre 3 à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, comme cela a déja été expliqué plus haut à propos des figures 1 et 2.Au contraire, en tournant la manivelle dans le sens opposé, les blocs 7 sont déplacés dans le sens opposé, par exemple vers la droite (vu dans la figure 4), pour amener l'arbre 3 dans une position excentrée à droite du centre des bagues 4, si bien que les masses pesantes obligent l'arbre 3 à tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre en vertu du mime principe que celui exposé à propo-s des figures 1 et 2. La machine tournante peut donc fonctionner dans un sens ou dans l'autre, et l'on peut obtenir un frein moteur efficace en inversant en cours de fonctionnement la position de l'arbre 3 par rapport au centre des bagues 4, ce qui permet soit d'arrêter la machine tournante, soit d'inverser son sens de rotation. La vitesse de rotation de l'arbre 3 sera d'autant plus grande que l'excentrement entre cet arbre et le centre des bagues 4 sera plus grande. De méme, la puissance transmise par l'arbre 3 sera d'autant plus grande que Pa bagues 4 auront un plus grand diamètre, que les masses pesantes 1 seront plus nombreuses et plus pesantes, et que ltexcentrement susmentionné sera plus grand.En outre, plus le nombre de masses pesantes sera grand, plus le couple sera régulier et sans à-coup. Bien entendu, lorsqu'il est prévu un petit nombre de masses pesantes, on peut équiper. l'arbre 3 d'un volant il'inertie, Dans 1'exemple de réalisation qui a été décrit ci-dessus, les bras 2 sont groupés par paires de bras formant entre eux un angle do 180 degrés, et les différentes paires de bras sont espacées axialement le long de l'arbre 3e Il est cependant bien entendu que, afin de diminuer l'encombrement de la machine tournante en direction axiale, les bras 2 peuvent titre groupés dans un même plan perpendiculaire à l'arbre 30 Ainsi, s'il est prévu n masses pesantes, donc n bras, ces bras devront être régulièrement répartis angulairement de façon A former entre eux des angles de 360 degrés/n. il est également possible de prévoir m groupes espacés axialement le long de l'arbre 3, chaque groupe comportant n masses pesantes. Le nombre m de groupes et le nombre n de masses pesantes dans chaque groupe sera choisi en fonction de l'encombrement désiré de la machine tournante et en fonction de la puissance désirée disponible sur l'arbre 3. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, on peut donc obtenir une machine de très grande puissance. Par ailleurs, dans ltexemple de réalisation décrit ci-dessus, les moyens de commande sont agencés pour déplacer horizontalement l'arbre tournant 3 par rapport aux bagues dc guidage 4. Toutefois, dans certaines applications, il peut être nécessaire que l'arbre tournant 3 conserve toujours la meme position. Dans ces conditions, celui-ci -peut Qtre monté dans une position fixe par rapport au bâti 3, et les bagues de guidage 4 peuvent être.-fixées sur un châssis auxiliaire agencé pour pouvoir être déplacé horizontalement par rapport au bati 5, transversalement par rapport à l'arbre tournant 3, par des moyens de commande appropriés. Il est du reste bien entendu que le mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus a été donné à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent entre apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi notamment que, dans l'exemple de réalisation qui a été décrit cidessus, chaque bras radial 2 doit avoir une longueur sensiblement égale au diamètre d'une bague de guidage 4, c'est-àdire que chaque tige cylindrique formant deux bras 2 doit avoir une longueur double du diamètre d'une bague de guidage 4. Dans ces conditions, lorsque l'arbre 3 est placé dans une position fortement excentrée par rapport au centre des bagues 4, les bras 2 font saillie de manière importante à l'extérieur des bagues de guidage 4. Pour éviter cela, suivant une Variante de réalisation de la présente invention, chaque bras 2 peut ê.tre composé de plusieurs éléments télescopiques pouvant coulisser longitudinalement les uns dans les autres, l'un des deux éléments extrtmes étant fixé à l'arbre tournant 3, tandis que l'autre élément extrdme est alors monté pivotant sur la masse pesante associée au moyen d'un axe parallèle à arbre 3 et d'au moins un roulement à billes. En outre, les éléments télescopiques composant un bras sont de préférence montés coulissants les uns dans les autres au moyen de douilles à billes. Par ailleurs, dans l'exemple de réalisation qui a été décrit en faisant référence aux figures 4 et 5, les moyens de commande prévus pour excentrer 1'arbre 3 par rapport aux bagues de guidage 4 sont du type mécanique à commande manuelle, mais on pourrait bien entendu les remplacer par toute autre mécanisme de commande, par exemple roue excentrique ou ensemble pignon et crémaillère, à commande manuelle, électrique, hydraulique ou pneumatique. REVENDICATIONS 10 Machine tournante utilisant l'énergie potentielle due à la gravité comme énergie motrice et comportant au moins deux masses pesantes portées par des bras respectifs fixés à un arbre tournant sensiblement horizontal, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de guidage des masses pesantes suivant une trajectoire fermée entourant l'arbre tournant à une certaine distance de celui-ci, en ce que l'arbre tournant et les moyens de guidage sont supportés de façon à outre mobiles l'un par rapport à l'autre dans une direction horizontale t ansversale à l'arbre, entre une position de repos dans laquelle les moyens de guidage sont concentriques à l'arbre et une position de travail dans laquelle l'arbre tournant et les moyens de guidage sont mutuellement excentrés l'un par rapport à l'autre, et en ce qu'il est prévu des moyens de commande pour produire un déplacement relatif entre 11 arbre tournant et les moyens de guidage entre lesdites positions. de repos et de tra- vais. 20 Machine tournante selon la revendication 12 caractérisée en ce que les moyens de guidage comportent au moins un élément de forme circulaire ayant une piste circulaire intérieure et une piste circulaire extérieure, et en ce que chaque masse pesante porte au moins trois galets dont l'un est agencé pour rouler sur l'une des deux pistes et les deux autres galets sur l'autre piste. 30 Machine tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que.chaque galet est constitué par un roulement à billes. 40 Machine tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque masse pesante associée à un bras est montée à la fois coulissante et pivotante par rapport au bras associé, 50 Machine tournante selon la revendication 4 caractérisée en ce qu'à chaque masse pesante est associée rune e douille, de préférence une douille à billes, qui est montée pivotante sur la masse pesante associée au moyen d'un axe pa rallèle à l'arbre tournant et d'au moins un roulement à billes, et dans laquelle le bras associé à la masse pesante est monté coulissant. 60 Machine tournante selon 1tune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque bras associé à une masse-pesante est composé de plusieurs éléments télescopiques, l'un des deux éléments extrêmes étant fixé à l'arbre ornant, l'autre élément extrême étant monté pivotant sur la masse pesante associée au moyen d'un axe paral le le à l'arbre tournant et d'au moins un roulement à billes. 70 Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que les éléments télescopiques composant un bras sont montés coulissants les uns dans les autres au moyen de douilles à billes. 80 Machine selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un groupe de plusieurs masses pesantes portées par un nombre correspondant de bras radiaux régulièrement répartis angulairement et situés darus un meme plan perpendiculaire à l'arbre tournant. 90 Machine tournante selon la revqndication 8 caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs groupes de masses pesantes, les divers groupes étant espacés axialement le long de l'arbre tournant, et en ce que les moyens de guidage comportent plusieurs déments circulaires coaxiaux entre eux et espacés axialement le long de l'arbre tournant. 100 Machine tournante selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte quatre groupes de deux masses pesantes, les deux masses pesantes de chaque groupe étant respectivement portées par deux bras formant entre eux un angle de 180 degrés et les bras associés à chaque groupe de masses pesantes formant un angle de 45 degrés avec les bras associés au groupe adjacent de masses pesantes. 11 Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les moyens de guidage sont portés par un bati fixe et en ce que 1 arbre tournant est-monté rotatif dans deux paliers eux-memes montés mobiles horizontalement dans le bâti, et en ce que les moyens de com mande sont agencés pour déplacer en synchronisme les deux paliers par rapport au bâti. 120 Machine tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que toutes Les masses pesantes ont le mtme poids.