Brevet FR2488966A1 — publié le 19820226

La présente invention concerne les convertisseurs de couple du type à poulies et courroie permettant une variation continue de vitesse et susceptibles de transmettre un couple élevé. On sait que les convertisseurs de ce type comportent au moins une poulie à diamètre variable et que, dans ces convertisseurs, la transmission de puissance s'effectue par frottement et non par engrènement , précisément pour permettre la variation continue de vitesse. Cependant, la transmission d'un couple important au moyen d'une courroie agissant par simple frottement soulève des difficultés et présente de nombreux inconvénients. En effet, les pertes d'énergie sont permanentes et importantes à cause des glissements et il est impossible d'obtenir des rapports de vitesse élevés entre un arbre menant et un arbre mené. De plus, à puissance transmise donnée, un convertisseur à courroie doit présenter un encombrement supérieur à une boite de vitesses hydraulique ou à engrenages. Dans de tels convertisseurs de couple, le seul moyen de pouvoir augmenter la puissance transmise est d'augmenter la tension de la courroie. I1 en résulte donc comme conséquence une diminution du rendement mécanique. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus en perfectionnant les convertisseurs de couple à courroie pour leur permettre de transmettre un couple élevé, sans pour autant augmenter la tension de la courroie. A cette fin, selon l'invention, le convertisseur de couple comportant au moins un élément de transmission du type courroie et deux poulies, dont au moins l'une est à diamètre variable, et dans lequel cet élément de transmission et ces poulies sont en contact de frottement, alors qu'au moins celle desdites poulies qui est menante est en une matière ferromagnétique, est remarquable en ce que ledit élément de transmission est pourvu de moyens magnétiques aimantés de façon permanente créant des pôles nord et des pôles sud dans les parois latérales dudit élément de transmission, ces pôles nord et sud coopérant avec les parois latérales de la gorge de la poulie en matière ferromagnétique pour engendrer localement une pression de contact magnétique, indépendante de la tension dudit élément de transmission. Ainsi, gracie à l'appoint d'une pression de contact supplémentaire d'origine magnétique , on diminue les pertes par frottement et on augmente le rendement mécanique du système de transmission. I1 est donc possible, à masse et encombrement donnés, d'augmenter la puissance transmise, ainsi que le rapport de vitesse extrême entre la poulie menante et la poulie menée. On remarquera que les poulies des convertisseurs de couple connus sont généralement en acier, c'est-à-dire en une matière ferromagnétique. Par suite, pour adapter un convertisseur de couple connu aux perfectionnements de la présente invention, il suffit de remplacer son élément de transmission usuel par un élément de transmission pourvu de moyens magnétiques selon l'invention. Par le brevet américain N03 208 296 et le brevet français 2 106 729 (70 34339), on contact déjà des dispositifs de transmission du type à poulies et courroie mettant en oeuvre des pressions de contact magnétiques auxiliaires. Dans le brevet français NO 2 106 729, on prévoit de réaliser des poulies aimantées et d'incorporer des éléments ferromagnétiques dans la courroie. On voit qu'un tel dispositif ne pourrait être utilisé dans le cas d'un convertisseur de couple à variation continue de vitesse, car il serait pratiquement impossible d'incorporer des aimants permanents dans les poulies à diamètre variable. De toutes façons, il faudrait réaliser spécialement ces poulies à diamètre variable, ce qui augmenterait fortement le coût desdits convertisseurs, alors que selon l'invention, il suffit, pour obtenir un convertisseur selon l'invention, de changer dans un convertisseur connu, la courroie, sans toucher aux autres éléments de ce dernier. Les modes de réalisation préférés décrits dans le brevet américain N"3 208 296 prévoient de même des poulies aimantées. Toutefois, un exemple de dispositif sans poulie aimantée est également décrit. On remarquera que ce dernier exemple de réalisation ne pourrait être utilisable dans un convertisseur à variation de vitesse, car, le brevet américain N03 208 296 n'envisage que des systèmes à poulie du type cylindre et à courroie plate dans lesquels les forces magnétiques auxiliaires sont radiales par rapport aux poulies. Dans la présente invention au contraire, il est essentiel que ces forces magnétiques auxiliaires soient parallèles à l'axe desdites poulies. Ainsi, le brevet américain NO 3 208 296 et le brevet français NO 2 106 729 ne pourraient être appliqués à la réalisation d'un convertisseur de couple selon l'invention. Dans le convertisseur de couple selon l'invention, la courroie peut former un lien continu souple d'un seul tenant dans lequel sont incorporés des éléments aimantés ou bien se présenter sous la forme d'une chaine de maillons articulés, dont chacun d'eux comporte ou est constitué par un élément aimanté. De préférence, la courroie selon l'invention,présente une section trapézoldale et chaque élément aimanté présente un pôle sud sur l'une des faces obliques de la courroie et un pôle nord sur l'autre desdites faces obliques de celle-ci, tous les pâles sud étant sur une face oblique de la courroie et tous les pôles nord étant sur l'autre desdites faces obliques. Ainsi, lorsqu'un élément aimanté arrive au contact des faces obliques de la gorge de la poulie correspondante, les lignes de forces magnétiques se referment d'une face oblique de la gorge à l'autre, à travers ladite poulie, engendrant une force d'attraction importante qui presse la courroie contre ladite gorge. Les éléments aimantés peuvent être constitués par des fils ou des plots transversaux à ladite courroie ou par des blocs dont chacun d'eux forme un maillon d'une chaine. Dans ce cas, il est avantageux qu'un tissage textile ou métallique amagnétique longitudinal soit entrelacé avec lesdits éléments aimantés transversaux. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre schématiquement un convertisseur de couple à vitesse variable, en transmission démultipliée. La figure 2 est une coupe schématique suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 illustre schématiquement un convertisseur de couple à vitesse variable, en transmission surmultipliée. La figure 4 est une coupe schématique suivant la ligne IV-IV de la figure 1. La figure 5 illustre le principe de la présente invention. La figure 6 est une coupe longitudinale partielle d'un premier mode de réalisation de courroie pour le convertisseur selon l'invention. La figure 7 est une coupe transversale selon la ligne VII-VII de la figure 6. La figure 8 est une coupe longitudinale partielle d'un second mode de réalisation de courroie pour le convertisseur selon l'invention. La figure 9 est une coupe transversale selon la ligne IX-IX de la figure 8. La figure 10 est une coupe longitudinale selon la ligne X-X de la figure 8. La figure 11 est une vue de face partielle d'un troisième mode de réalisation de courroie pour le convertisseur selon l'invention. La figure 12 est une vue selon la ligne XII-XII de la figure 11. La figure 13 est une coupe selon la ligne XIII-XIII de la figure 11. Sur ces figures, des références identiques désignent des eléments semblables. Le convertisseur de couple à variation continue de vitesse, montré schématiquement par les figures 1 et 3, comporte une poulie menante 1 et une poulie menée 2 reliées par une courroie de transmission 3. Chacune des poulies 1 et 2 présente une structure connue, non représentée en détail, lui permettant de faire varier le diamètre de sa gorge : à cet effet, comme illustré schématiquement sur les figures 2 et 4 à propos de la poulie menée 2, chacune des poulies 1 et 2 peut être constituée de deux flasques coniques 4 et 5, qui s'interpénètrent et dont l'écartement axial est variable. Dans le cas de la figure 1, le diamètre de la gorge de la poulie menante 1 est supérieur à celui de la gorge de la poulie menée 2, de sorte qu'il s'agit d'une transmission démultipliée. Inversement, dans le cas de la figure 3, le diamètre de la gorge de la poulie menante 1 est plus petit que celui de la gorge de la poulie menée 2, de sorte qu'il s'agit dlune transmission surmultipliée. La force tangentielle F transmise par un tel système est égale à la différence des tensions respectives T et T' du brin menant et du brin mené de la courroie 3. Par suite, si la poulie menante 1 fournit le même couple dans les deux cas des figures 1 et 3, la force F sera plus faible dans le cas de la figure 1 que dans le cas de la figure 3, puisqu'alors le rayon de la gorge de la poulie 1 est plus grand dans le système de la figure 1 que dans le système de la figure 3. Ainsi, en transmission surmultipliée (figure 3), la force F à transmettre est plus grande, de sorte que dans ce cas le fonctionnement du système 1, 2, 3 est moins satisfaisant pour les raisons expliquées ci-dessus. De plus, on sait que la tension T est égale à T = T' e f désignant le coefficient de frottement; il en résulte que F = T-T'=T(1- f ) , c'est-à-dire que la valeur e de la force F varie en fonction directe de l'angle d'enroulement a . Le couple transmis est donc fortement influencé par la valeur de l'angle d'enroulement a. Comme dans le cas de la figure 1, l'angle d'enroulement X prend une valeur al supérieure à celle a2 du système de la figure 3, on voit que ce dernier système n'est pas susceptible de transmettre des couples aussi élevés que le système de la figure 1. Ainsi, ces quelques remarques montrent que, toutes choses étant égales par ailleurs, les rapports de vitesse élevés ne bénéficient pas de conditions favorables. I1 en résulte que, lorsque le coefficient de frottement f, l'angle d'enroulement a et la vitesse de la poulie menante 1 sont donnés, le seul moyen d'augmenter la puissance transmise, sans augmenter l'encombrement, est d'augmenter la tension de courroie T, ce qui se fait au détriment du rendement mécanique. Pour augmenter la force transmissible F, sans augmenter la tension de-courroie T, la présente invention prévoit une attraction magnétique locale entre la couroie 3 et au moins la poulie 1. Par exemple, dans le cas où la poulie est enmétal ou alliage métallique magnétique, on réalise ladite courroie de façon qu'elle comporte des éléments aimantés susceptibles d'appliquer ladite courroie contre les parois de la gorge de poulie. Comme le montre la figure 5 dans le cas d'une courroie trapézoidale 3 coopérant avec une poulie 6 à gorge fixe, la courroie 3 est telle que sur l'une de ses faces obliques 7 apparaissent des pôles magnétiques sud S et sur son autre face oblique 8 des pôles magnétiques nord N Ainsi, la poulie 6 étant en une matière magnétique, les lignes de forces magnétiques 9 se ferment, de la face 8 à la face 7, à travers ladite poulie, ce qui engendre l'attraction magnétique recherchée et donc l'application des faces obliques 7 et 8 de la courroie 3 contre les faces obliques correspondantes 10 et 11 de la gorge 12 de la poulie 6.On peut ainsi facilement obtenir une pression de contact d'origine magnétique de plusieurs bars au moins égale à la pression engendrée par la tension de la courroie. Dans le mode de réalisation des figures 6 et 7, la courroie 3 est réalisée en une matière élastomère armée 13, dans laquelle sont incorporés des tronçons de fils aimantés 14. Chacun des tronçons de fils aimantés 14 est transversal à la courroie 3 et affleure les faces obliques 7 et 8 de celle-ci. Dans le plan de la face oblique 7, les extrémités des fils 14 forment toutes un pôle sud, tandis que dans le plan de la face obligue 8 , les extrémités des fils 14 forment toutes un pôle nord. Les tronçons de fils 14 peuvent être répartis en plusieurs couches longitudinales.L'armature de la matière élastomère 13 est constituée au moins en partie par un tissage textile ou métallique amagnétique longitudinale 16, entrelacé avec lesdits fils 14. Dans le mode de réalisation des figures 8, 9 et 10, les tronçons de fils 14 sont remplacés par des plots magnétiques transversaux 15, noyés dans l'élastomère 13. Dans ce cas, les pôles nord et sud créés par ces plots 15 dans les faces obliques 7 et 8 sont moins nombreux, mais leurs surfaces sont plus grandes que dans le mode de réalisation des figures 6 et 7. Des fils d'armature 16 sont égalemrXnt prévus pour renforcer la courroie 3. Les figures 11, 12 et 13 illustrent un autre mode de réalisation, selon lequel la courroie 3 est réalisée sous la forme d'une chaîne dont chaque maillon est constitué d'un bloc aimanté pyramidal 17;les blocs 17 sont articulés entre eux au moyen de barrettes longitudinales 18, tournant librement autour d'axes transversaux 20, liés auxdits blocs. Les blocs 17 sont aimantés de façon que des pôles sud apparaissent sur leur face oblique 7 et des pôles nord sur leur face oblique 8. Bien entendu, les aimants 14, 15 ou 17 doivent être suffisamment indémagnétisables en fonction des conditions d'emploi du système de transmission. La plupart du temps, on pourra utiliser des aimants à base de fer cependant, dans les cas nécessitant une grande fiabilité on utilisera des aimants au samarium-cobalt. On pourra recouvrir au moins les surfaces de frottement 7 et 8 d'une pel- licule résistant à l'usure, protégeant les aimants et leur magnétisation. Ainsi, l'épaisseur de cette pellicule (non représentée sur les dessins) laisserait subsister un léger entrefer entre la courroie et les poulies. Bien entendu, cette pellicule pourrait enrober complètement la courroie et non pas recouvrir uniquement les faces latérales obliques 7 et 8 de celle -ci. REVENDICATIONS 1.- Convertisseur de couple comportant au moins un élément de transmission du type courroie et deux poulies, dont au moins l'une est à diamètre variable, et dans lequel cet élément de transmission et ces poulies sont en contact de frottement, alors qu'au moins celle desdites poulies qui est menante est en une matière ferromagnétique, caractérisé en ce que ledit élément de transmission est pourvu de moyens magnétiques aimantés de façon permanente créant des pôles nord et des pôles sud dans les parois latérale dudit élément de transmission, ces pôles nord et ces pôles sud coopérant avec les parois latérales de la gorge de la ou des poulies en matière ferromagnétique pour engendrer localement une pression de contact magnétique, indépendante de la tension dudit élément de transmission. 2.- Convertisseur de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa courroie forme un lien continu d'un seul tenant dans lequel sont incorporés des éléments aimantés transversaux entrelacés avec au moins un tissage de renfort non magnétique dont la direction générale est longitudinale. 3.- Convertisseur de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa courroie se présente sous la forme d'une chaîne de maillons articulés, dont chacun d'eux comporte ou est constitué par un élément aimanté. 4.- Convertisseur de couple selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, ayant une section trapézoïdale caractérisé en ce que chaque élément aimanté présente un pôle sud sur l'une des faces obliques de la courroie et un pôle nord sur l'autre desdites faces obliques, de celle-ci, tous les pôles sud étant sur l'une desdites faces obliques, tandis- que tous les pôles nord sont sur l'autre. 5.- Convertisseur de couple selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments aimantés sont constitués par des fils ou des plots transversaux à ladite courroie. 6.- Convertisseur de couple selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments aimantés sont constitués par des blocs dont chacun d'eux forme un maillon d'une chaîne. 7.- Convertisseur de couple selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que au moins les faces obliques de sa courroie sont revêtues d'une couche d'usure amagnétique protégeant les extrémités des éléments aimantés.