Brevet FR2479351A1 — publié le 19811002

CONVERTISSEUR HYDRAULIQUE La présente invention concerne un convertisseur hydraulique, qui est pourvu,du côté primaire,d'un moteur hydraulique et, du côté secondaire, d'une pompe hydraulique, Les machines hydrostatiques comportant des circuits d'écoulement orientés dans le même sens et destinées à la transmission d'énergie correspondent gé- néralement à deux types de systèmes fondamentaux. Dans ces circuits, il est souvent nécessaire de pouvoir commander les machines hydrauliques, au moins en ce qui concerne leur vitesse ou leur sens de déplacement. Dans le cas de machines hydrauliques à course rectiligne, il arrive fréquem- * 10 ment qu'on ait à inverser ou à modifier simultanément les deux valeurs ca- ractéristiques du mouvement rectiligne. Dans le cas de machines hydrauliques tournantes, on peut avoir à modifier, soit la vitesse angulaire, soit le sens de rotation, soit ces deux paramètres. Dans l'état actuel de la technique hydrostatique, les impératifs auxquels est assujettie la commande, dans le cas de circuits fermés, peuvent être satis- faits par action de façon échelonnée ou graduelle sur les valeurs caracté- ristiques volumétriques de la pompe ou du moteur. On connait également une solution suivant laquelle il est possible de régler simultanément les valeurs caractéristiques volumétriques de la pompe et du moteur. Plus rarement, on commande une pompe de cylindrée invariable en agissant sur sa vitesse de rotation, c'est-à-dire en modifiant la vitesse angulaire ou bien la vitesse du mouvement rectiligne. Il est également possible de modifier le sens de rotation ou le sens de déplacement à l'aide d'un mécanisme servant à faire varier les valeurs caractéristiques volumétriques; ainsi, dans des machines de refoulement, l'organe d'entraînement est amené, au-delà du po int de zéro, dans la position négative par les organes de refou- lement desdites machines. La modification du sens de rotation ou du sens de déplacement peut être réalisée d'une manière classique par des soupapes à tiroirs, des systèmes à soupapes d'arrêt et, le cas échéant, par action sur l'entraînement extérieur de la pompe. \2 2479351 Du fait que les variations de vitesses sont produites par des modifications des valeurs caractéristiques volumétriques spécifiques, on obtient gênérale- ment de bons rendements dans le cas d'un circuit fermé. Dans le cas de circuits ouverts - et pour un débit constant - onâmodifie les vitesses en faisant intervenir des étranglementsvariables;,en consequence, le rendement de ces systèmes est faible. La commande de la variation du sens de déplacement est effectuée - de même que dans les circuits fermés - pour l'uti- lisation des soupapes de commande à tiroirs ou bien des systèmes à soupapes d'arrêt, mais,plus rarement,également par action sur l'entraînement extérieur de la pompe. Les deux systèmes présentent le même inconvénient, à savoir que, lors de l'entretien d'une pompe, on peut faire fonctionner simultanément en parallèle plusieurs éléments de commande indépendants les uns des autres seulement à l'aide d'autres éléments spéciaux permettant ce mode opératoire et, en outre, en faisant intervenir des dérivateurs d'écoulement, des stabilisateurs d'écou- lement et des organes semblables. Pour cette raison, ce système est très com- pliqué et très coûteux. L'invention permet de remédier aux inconvénients des systèmes connus et elle a pour but de fournir un convertisseur hydraulique dans lequel il est possible, à l'aide de moyens techniques simples, de commander la course et le débit, le dispositif de commande permettant également, le cas échéant, d'intégrer les fonctions de limitation de pression et de dérivation d'écou- lement. Le convertisseur hydraulique conforme à l'invention comporte, du côté primaire, un moteur hydraulique et, du côté secondaire, une pompe hydraulique. Conformément à l'invention, l'arbre de sortie du moteur hydraulique, situé du côté primaire, et l'arbre d'entraInement de la pompe située du côté se- condaire, sont accouplés l'un à l'autre sans possibilité de rotation relative et au moins une des machines hydrauliques constituée par le moteur ou la pompe est agencée de manière que son volume géométrique de travail puisse être réglable. La commande de débit est effectuée, conformément à la présente invention, par action sur les valeurs caractéristiques volumétriques. En conséquence, on peut convertir les circuits ouverts de- types connus en circuits fermés, ce qui permet de réduire au minimum la perte d'énergie dans le système. En service, il existe une proportionnalité entre les variations des volumes de travail et les variations des débits de refoulement. Les machines hydrostatiques utilisées selon l'invention comme moteurs ou comme pompes fonctionnent, de préférence, d'après le principe du refoulement. Dans la position de zéro de l'organe d'entraînement des éléments de refoule- ment, le débit de liquide est nul. Dans le cas o l'organe d'entraînement est déplacé, au-delà de la position zero, jusque dans la posi- tion négative, il se produit un refoulement du liquide dans le sens opposé et, ainsi, le débit est proportionnel au déplacement de l'organe d'entraîne- ment. De cette manière, l'inversion de direction et la vitesse désirées sont réglées proportionnellement au déplacement de cet organe d'entraînement. Conformément à un mode avantageux de réalisation de l'invention, le moteur hydraulique situé du côté primaire et/ou la pompe hydraulique située du côté secondaireSont agencés sous la forme d'une machine à ailettes comportant un stator annulaire qui est monté excentriquement, ou bien qui est mobile ra- dialement par rapport au rotor. Conformément à un autre mode avantageux de réalisation de l'invention, on obtient, en agençant le moteur hydraulique situe du côté primaire et/ou la pompe hydraulique située du côté secondaire, une machine à pistons axiaux comportant un plateau incliné dont la position angulaire est réglable. Conformément à encore un autre mode avantageux de-réalisation de l'inven- tion, il est possible d'obtenir, en agençant en correspondance le moteur hydraulique situé du côté primaire et/ou la pompe hydraulique située du côté secondaire, une machine àpistons radiaux dont le rotor est fixé sur l'arbre assurant l'accouplemient des deux machines hydrauliques et dont le stator annulaire entraînant les pistons peut être réglé en excentricité par rapport au rotor. Il est également possible de combiner entre eux ces différents modes de réalisation, par exemple, en accouplant un moteur hydraulique agencé sous la forme d'une machine à ailettes avec une pompe hydraulique agencée sous la forme d'une machine à pistons axiaux conformement au principe de l'invention. Conformément à encore un autre mode avantageux de réalisation de l'inven- tion, les deux machines hydrauliques sont agencées sous la forme d'une machine à ailettes, le moteur hydraulique situé du côté primaire comportant un rotor à ailettes intérieures, tandis que la pompe hydraulique située du côté secondaire est pourvue d'un rotor à ailettes extérieures, un stator annulaire commun étant disposé radialement entre les deux machines précitées, et pouvant être réglé à l'aide d'un dispositif de manoeuvre par rapport aux deux rotors qui sont reliés rigidement entre eux. 4 2479351 Le convertisseur hydraulique agencé conformément à la présente invention est bien plus avantageux que les appareils connus, car il offre les deux possibilités de réglage, à savoir, la possibilité de réglage du moteur hy- draulique situé du côté primaire, et la possibilité de réglage de la pompe hydraulique située du côté secondaire, en outre, il permet d'obtenir une plage de réglage bien supérieure et, simultanément, les pertes d'énergie résultant par exemple d'un étranglement, sont supprimées. Par application de la présente invention, il est possible d'utiliser une pompe centrale sans distributeur d'écoulement, également dans des cas o simultanément plusieurs organes de travail indépendants les uns des autres doivent être actionnés et réglés individuellement-Dans le cas o plusieurs convertisseurs hydrauliques sont commandés en série du côté primaire, il est possible d'établir de cette manière des circuits partiels séparés les uns des autres. Pour la régulation de vitesse en circuit fermé, l'utilisation du conver- tisseur hydraulique selon l'invention est plus avantageuse que l'utilisation de moteurs ou de pompes réglables. Le convertisseur hydraulique est équipé d'une pompe de volume constant et d'un moteur. Dans le convertisseur hydrau- lique agencé conformément à la présente invention, il est possible d'effectuer la modification ou le réglage de la géométrie du volume de travail par voie mécanique, électrique, hydraulique, pneumatique, ou bien par actionnement manuel. D'autres buts et avantages de la préseInte invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Figure 1 représente un convertisseur hydraulique conforme à l'inven- tion, comportant des machines hydrauliques agencées sous la forme de machines à ailettes. La Figure 2 représente un convertisseur hydraulique selon l'invention, comportant des machines hydrauliques agencées sous la forme de machines à pistons axiaux. La Figure 3 représente un convertisseur hydraulique selon l'invention, comportant des machines hydrauliques agencées sous la forme de machines à pistons radiaux. La Figure 4 représente un autre mode de réalisation du convertisseur hydraulique selon l'invention, dont le moteur hydraulique et la pompe hydraulique sont agencés sous la forme de machines hydrostatiques à ailettes comportant des rotors placés l'un dans l'autre. 2 479351 La Figure 5 est une coupe du convertisseur hydraulique de la Figure 4, faite sur la ligne A-A. Dans le mode de réalisation du convertisseur hydraulique de la Figure 1, le moteur hydraulique 1, situé du côté primaire, et la pompe hydraulique 2, située du côté secondaire, sont tous deux agencés sous la forme de machines à ailettes ou palettes, comportant des rotors 3, 6, des ailettes ou palettes 8 pouvant coulisser radialement dans ceux-ci et des stators annulaires 4, 5 coopérant avec les ailettes pour assurer leur déplacement et disposés de façon excentrique par rapport au rotor correspondant 3, 6. Le moteur hydraulique 1 et la pompe hydraulique 2, ou bien leurs rotors 3, 6, sont accouplés entre eux par l'intermédiaire d'un arbre commun 7. Dans ce mode de réalisation, les valeurs caractéristiques volumétriques du moteur hydraulique 1 et de la pompe hydraulique 2 sont modifiées par déplacement radial des stators annulaires 4, 5 par rapport à leurs rotors associés.3, 6, c'est-à-dire par modification de l'excentricité. On connaît des dispositifs de réglage appropriés, de sorte qu'il est inutile d'en faire une description dans la suite. Le moteur hydraulique 1 est entraîné, par l'intermédiaire d'uine pompe centrale - non-représentée sur les dessins. Le rotor 3 du moteur hydraulique 1 assure l'entraînement du rotor 6 de la pompe hydraulique 2 par l'intermédiaire de l'arbre 7. La pompe hydraulique 2 assure l'entraînement hydraulique d'un organe d'actionnement, ou bien d'un appareil d'actionnement branché dans le circuit hydraulique (et non représenté sur les dessins). 4 Dans le niode de réalisation de la Figure 2, aussi bien le moteur hydrau- lique 1 que la poimpe hydraulique 2 sont agencés sous la forme de machines hydrauliques à pistons axiaux comportant un plateau incliné 28, des pistons axiaux 23 et un arbre commun 25 assurant l'accouplement de leurs rotors 24. La modification du volume de travail correspondant est réalisée des deux cbtés par le réglage angulaire du plateau incliné 28 à l'aide de l'organe de uiz.nnoeuvre 29, qui est entraîné par une unité de commande correspondante 22, En fonction de l'organe de manoeuvre 29 qui est actionné, la position angu- laire du plateau incliné 28 associé est modifiée et, en conséquence, le volume géométrique de travail du convertisseur hydraulique sur le côté pri- maire et/ou sur le côté secondaire est modifié. Dans ce mode de réalisation, le côté primaire est agencé sous la forma d'un convertisseur d'énergie à écoulement unidirectionnel. Sous l'action de l'écoulement unidirectionnel du liquide de travail, le rotor 24 du moteur hydraulique 1 est entraîné en rotation, par l'intermédiaire de ses pistons 23, de sorte que, par l'intermédiaire de l'arbre commun 25, le côté secondaire, 6 2479351 c'est-à-dire le rotor de pompe, est.également entraîné. Ainsi, une quantité déterminée de liquide à une pression déterminée est refoulée à partir du côté secondaire au travers du distributeur 26, disposé au centre entre les machines hydrauliques. La pression et le volume du liquide refoulé sont proportionnels au quotient des volumes géométriques de travail du côté pri- maire et du côté secondaire. Le convertisseur d'énergie situé du côté secondaire est agencé de façon à être réversible, de sorte qu'il est possible de faire varier le débit du liquide de travail dans les deux sens de refoulement graduellement entre zéro et les valeurs maximales. Dans le cas du mode de réalisation du convertisseur hydraulique de la Figure 3, aussi bien le moteur hydraulique 1 situé du côté primaire, que la pompe hydraulique 2 située du côté secondaire, sont agencés sous la forme de machines coaxiales à pistons radiaux, qui sont accouplées par l'intermédiaire d'un arbre commun 34 et entre lesquelles est installé un distributeur central. Dans le mode de réalisation représenté, les pistons radiaux 36 sont agencés sous la forme de sphères pouvant coulisser dans des trous radiaux, formant des cylindres, ménagés dans les rotors 35 montés sur l'arbre commun 34; cepen- dant, lesdits pistons radiaux peuvent également être agencés d'une manière clas- sique sous la forme de coulisseaux cylindriques ou d'autres organes semblables. Les pistons 36 s'appuient contre les stators annulaires 37 de forme circu- laire, dont l'excentricité par rapport à l'arbre 34 peut être réglée par un déplacement par rapport au rotor correspondant 35 à l'aide des organes de manoeuvre 32, représentés seulement de façon schématique. Les organes de manoeuvre 32 sont chacun reliés à une unité de commande 31. Le convertisseur hydraulique est obturé sur ses deux côtés frontaux par des couvercles 33, dans lesquels l'arbre 34 est monté à rotation et qui coopèrent avec des anneaux 38 entourant les stators annulaires 37 des machines hydrauliques, ainsi qu'avec un distributeur commun 39, disposé entre les deux machines hydrauliques, pour former un ensemble unitaire compact. Le mode de fonctionnement de ce système est absolument identique à celui du système comportant des maci s à pistons axiaux. Il existe, cependant, une différence qui consiste en que, dans le mode de réalisation de la Figure 3, l'excentricité entre le rotor correspondant 35 et son stator annulaire 7 est modifiée par déplacement alternatif de l'organe-de manoeuvre 32, alor/que par contre, dans le système dota Figure 2, c'est la position angulai'e du disque incliné 28 qu'on modifie. I Sur les Figures 4 et 5, on a représenté un convertisseur hydraulique dans lequel le moteur hydraulique 1 est agencé, de même que la pompe hydrau- lique 2, sous la forme d'une machine à ailettes ou palettes; les deux machines sont emboîtées radialement l'une dans l'autre. Le moteur hydraulique i situé du côté primaire comporte un rotor annulaire 47, qui est pourvu d'ailettes ou palettes 50 orientées radialement vers l'intérieur et qui coopère avec le côté radialement extérieur d'un stator annulaire 48 engagé dans le rotor annulaire 47 et qui sert simultanément de stator extérieur pour la pompe hydraulique 2, dont le rotor 49, placé à l'intérieur du stator annulaire 48, est pourvu d'ailettes ou palettes 51 orientées radialement vers l'extérieur. Le rotor 47 du moteur hydraulique 1 et le rotor 49 de la pompe hydraulique 2 sont reliés rigidement entre eux à l'aide du flasque frontal commun 43. En fonction de l'excentricité du stator annulaire 48 qui est commun au moteur 1 et à la pompe 2, on obtient, du côté primaire, un débit déterminé de liquide pour l'entraînement du rotor 47 du moteur 1, par l'intermédiaire des ailettes ou palettes 50, ou bien, du côté secondaire, un débit volumique déterminé de liquide refoulé par les ailettes ou palettes 51 de la pompe 2. Dans ce mode de réalisation, il est possible de modifier l'excentricité du stator annulaire 48 par rapport aux rotors concentriques 47, 49, à l'aide de l'organe de manoeuvre 45, qui est entraîné et commandé par l'unité commune de commande 41. Conformément à ce mode de réalisation, il est ainsi possible de modifier simultanément les volumes géométriques de travail des deux ma- chines hydrauliques situées du côté primaire et du côté secondaire. Du fait que les volumes géométriques de travail sont simultanément modifiés du côté primaire et du côté secondaire, il n'est pas possible de changer le sens de rotation. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et repré- sentés sur les Figures. Notamment dans des cas particuliers, le côté primaire est agencé différemment du côté secondaire. Ainsi, le mode de réalisation qui va être décrit dans la suite correspond à une solution qui est avantageuse dans certains cas: le moteur hydraulique est agencé sous la forme d'une machine à pistons axiaux présentant un volume de travail invariable, alors que par contre, la pompe hydraulique est agencée sous la forme d'une machine à ailettes ou palettes comportant un volume de travail variable. Il est également possible d'adopter d'autres combinaisons de machines hydrau- liques de types connus. Le convertisseur hydraulique agencé conformément à la présente invention peut être avantageusement utilisé dans des installations hydrauliques modernes. REVENDI CATIONS 1.- Convertisseur hydraulique comportant un moteur hydraulique situé du côté primaire, et une pompe hydraulique située du côté secondaire, caracté- risé en ce que la partie menéedu.moteur hydraulique (1) et la partie menante de la pompe hydraulique (2) sont accouplées l'une avec l'autre, sans possibi- lité de rotation relative (arbre 7, 25, 34; flasque d'accouplement 53), et en ce que le moteur hydraulique (1) et/ou la pompe hydraulique (2) sont agencés sous la forme de machines hydrauliques à volume de travail réglable. 2.- Convertisseur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des machines hydrauliques constituée par le moteur hydrau- lique (1) et la pompe hydraulique (2) est agencée sous la forme d'une machine à ailettes ou palettes, dont le stator annulaire (5) coopérant avec les ai- lettes ou palettes (8) du rotor (3, 6) est réglable radialement par rapport au rotor (Figure 1). 3.- Convertisseur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des machines hydrauliques constituée par le moteur hydrau- lique (1) et la pompe hydraulique (2) est agencée sous la forme d'une machine à pistons axiaux comportant un plateau incliné (28) réglable (Figure 2). 4.- Convertisseur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des machines hydrauliques constituée par le moteur hydrau- lique (1) et la pompe hydraulique (2) est agencée sous la forme d'une machine à pistons radiaux, dont le stator annulaire (37), coopérant avec les pistons (36) du rotor (35) est réglable en excentricité par rapport au rotor. 5.- Convertisseur hydraulique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moteur hydraulique (1) et la pompe hydraulique (2) sont agencés sous la forme de machines à ailettes ou palettes, le moteur hydrau- lique (1) comportant un rotor à ailettes ou palettes inférieures (47) ainsi qu'un stator annulaire (48) monté à l'intérieur du rotor et qui constitue simultanément le stator annulaire extérieur du rotor à ailettes ou palettes extérieures (49) de la pompe hydraulique (2), ledit stator annulaire pouvant-être déplacé par rapport aux rotors (47, 49) du moteur hydraulique et de la pompe hydraulique, et lesdits rotors (47,49) étant disposés concentriquement et étant reliés entre eux par l'intermédiaire d'un flasque d'accouplement (43) (Figures 4, 5).