Brevet FR2490766A1 — publié le 19820326

La présente invention concerne les dispositifs rotatifs à inertie, du type récupérateur d'énergie, destinés à être couplés à volonté à un arbre moteur de manière à emmagasiner de l'énergie lors des accélérations et à la restituer lors des décélérations en vue de réguler la vitesse de 11 arbre. Dans ce domaine, on connalt à l'heure actuelle de nombreux dispositifs comportant au moins un volant d'inertie qui est associé à un arbre moteur, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un dispositif d'embrayage centrifuge fonctionnant pour une vitesse prédéterminée de l'arbre. On connait également des dispositifs comportant plusieurs volants d'inertie différents qui sont couplés successivement, par voie électromécanique ou électromagnétique, en fonction de la vitesse détectée sur l'arbre. Mais ces dispositifs sont généralement fragiles et compliqués et nécessitent un entretien constant et délicat. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un dispositif rotatif à inertie qui est simple, fiable et facile à entretenir. Belon l'invention, un dispositif rotatif à inertie, du type récupérateur d'énergie, comprenant un premier arbre reliant un moteur et un dispositif d'utilisation, comprend en outre un second arbre couplé au premier par l'intermédiaire d'un embrayage et une série de volants d'inertie disposés coaxialement et c8te à côte sur le second arbre et comprenant un premier volant solidaire dudit second arbre et comportant un premier dispositif d'embrayage centrifuge destiné à coopérer, pour une première vitesse critique, avec au moins un volant intermédiaire du type à cloche entourant le premier volant, ce volant intermédiaire étant monté sur ledit second arbre par l'intermédiaire d'un dispositif de roue libre et comportant un second dispositif d'embrayage centrifuge destiné à coopérer, pour une seconde vitesse critique, avec un dernier volant du type à cloche entourant le volant intermédiaire, ce dernier volant étant monté sur ledit second arbre par l'intermédiaire d'un dispositif de roue libre. En d'autres termes, le dispositif rotatif selon l'invention comprend une série de volants intermédiaires associésauxpremier et dernier volants, tous ces volants comportant chacun un dispositif d'embrayage centrifuge sauf le dernier volant, étant chacun du type à cloche et à dispositif de roue libre sauf le premier volant, et coopérant deux par deux pour des vitesses critiques allant croissant du premier au dernier volant. Selon d'autres particularités - chaque dispositif d'embrayage centrifuge comprend des masselottes périphériques identiques dont chacune est montée à pivotement sur une joue du volant considéré, est munie d'un organe de rappel élastique, pouvant être une barre de torsion, et comporte une surface cylindrique de forme complémentaire de celle d'une paroi interne de la cloche du volant suivant de la série - pour chaque volant, ou bien les masselottes présentent une masse allant croissant, ou bien les organes de rappel des masselottes présentent une puissance élastique allant croissant, ou encore les axes de pivotement des masselottes sont disposés selon une circonférence dont le rayon va décroissant, suivant le rang du volant considéré, du premier à l'avant-dernier volant de la série - les premier et second arbres sont coaxiaux, le second arbre étant tubulaire et monté à rotation libre autour du premier. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente une vue longitudinale schématique d'une forme de réalisation du dispositif rotatif à inertie selon l'invention, avec coupes et arrachements partiels montrant certains éléments des dispositifs d'embrayage centrifuge et des dispositifs de roue libre, et la figure 2 représente une vue en coupe transversale schématique suivant la ligne brisée II-II de la figure 1, avec coupes et arrachements partiels de certains dispositifs d'embrayage suivant différents plans. Sur ces dessins, les mêmes références désignent les mêmes éléments. En se référant aux figures 1 et 2, un dispositif rotatif àinertie, du type récupérateur d'énergie, comprend essentiellement un premier arbre 1, un second arbre 2 couplé à volonté au premier arbre par l'intermédiaire d'un embrayage classique 3, et une série de volants d'inertie montés sur le second arbre 2. le premier arbre 1 est généralement un-arbre moteur reliant un moteur et un dispositif d'utilisation, par exemple l'arbre de transmission d'un véhicule routier ou l'arbre d'une éolienne. le second arbre 2 peut être disposé d'une façon quelconque par rapport au premier arbre 1 mais, selon une forme de réalisation possible de l'invention, les deux arbres sont coaxiaux, le second arbre 2 étant tubulaire et monté à rotation libre autour du premier, par exemple sur des roulements à billes ou à aiguilles. Selon l'invention, les volants d'inertie sont disposés coaxialement et cote à cote sur le second arbre 2, de manière à pouvoir tourner les uns par rapport aux autres sur ce dernier. Ils comprennent un premier volant 4, au moins un volant intermédiaire ou une série de volants intermédiaires dont quatre seulement sont représentés et désignés par 5, 6, 7 et 8, et un dernier volant 9. Tous ces volants, sauf le dernier volant 9, comportent chacun un dispositif d'embrayage centrifuge qui est désigné dans son ensemble par 10 et tous ces volants, sauf le premier volant 4, sont chacun du type à cloche il entourant le volant précédent ou, plus précisément, les parties mobiles du dispositif d'embrayage centrifuge 10 qui est associé au volant précédent de la série. Par conséquent, tous les volants d'inertie peuvent coopérer deux par deux par l'intermédiaire du dispositif d'embrayage centrifuge 10 et de la cloche 11 qui leur sont respectivement associés. Selon une forme de réalisation préférée, chaque dispo sitif d'embrayage centrifuge 10 comprend des masselottes périphériques identiques 12 dont chacune est montée à pivotement sur une joue 13 du volant considéré et est munie d'un organe de rappel élastique. De préférence, chaque masselotte 12 comporte une surface cylindrique 14 présentant une forme complémentaire de celle d'une paroi interne 15 de la cloche 11 du volant suivant de la série. Dans le cas le plus simple, la cloche Il est réalisée sans solution de continuité avec la joue 13 et se présente sous la forme d'une couronne cylindrique dont la paroi interne 15 est parallèle au second arbre 2 et à l'axe de pivotement 16 de chacune des masselottes 12. L'organe de rappel élastique qui est associé à chaque masselotte 12 peut être un simple ressort, spiral ou non, ou encore une barre de torsion 17 dont une extrémité 18 est solidaire de la masselotte 12 et dont l'autre extrémité 19 est solidaire de la joue du volant considéré. Selon une variante limitant les efforts de flexion de la barre de torsion 17, son extrémité 18 solidaire de la masselotte 12 est prolongée par un bout d'arbre 20 tournant librement dans un logement ménagé dans la joue 13, tandis que son autre extrémité 19 est solidaire d'une contre-joue 21 faisant partie du volant et permettant d'obtenir un meilleur équilibrage de chaque volant lors de sa rotation. D'après ce qui précède, lorsque le premier volant 4 ou l'un des volants intermédiaires 5 à 8, c'est-à-dire chacun des volants munis d'un dispositif d'embrayage centrifuge 10, est entraSné en rotation jusqu a ce que sa vitesse atteigne puis dépasse une vitesse critique d'embrayage pour laquelle la force centrifuge agissant sur chaque masselotte 12 l'emporte sur la force de rappel exercée par la barre de torsion associée 17, il en résulte que ladite masselotte pivote autour de son axe 16 jusqu'à ce que sa surface cylindrique 14 vienne porter contre la paroi interne 15 de la cloche il associée au volant suivant de la série, la masselotte ainsi embrayée occupant la position qui est représentée en traits mixtes pour deux masselottes opposées sur les figures 1 et 2. il est évident que lorsque la vitesse du volant considéré diminue jusqu'à être inférieure à la vitesse critique précitée, la force de rappel exercée par chaque barre de torsion 17 l'emporte sur la force centrifuge agissant sur la masselotte associée 12 et cette dernière reprend sa position débrayée, qui est-représentée en traits pleins sur les figures 1 et 2, en libérant la cloche 11 du volant suivant de la série. il faut noter que le fonctionnement d'embrayage et de débrayage tel que décrit jusqu'ici peut s'effectuer pour l'un ou l'autre sens de rotation de chacun des volants munis d'un dispositif d'embrayage centrifuge. Cependant, compte tenu de ce que le centre de gravité de chaque masselotte 12 est nécessairement décalé par rapport à son axe de pi pivotement 16, on préfère généralement utiliser un tel décalage vers l'avant plutôt que vers l'arrière afin d'obtenir un embrayage et un débrayage en principe plus secs et plus précis. Par exemple, dans le cas représenté sur la figure 2, on préfère que les volants soient entrarnés dans le sens antihoraire plutôt que dans le sens horaire,de telle sorte que la majeure partie du corps et le centre de gravité de chaque masselotte 12 sont décalés vers l'avant par rapport à l'axe de pivotement 16 de ladite masselotte. Par ailleurs, selon une autre particularité de l'invention, tous les volants sont montés sur le second arbre 2 par l'intermédiaire d'un dispositif de roue libre 22, à l'exception du premier volant 4, qui est rendu solidaire dudit second arbre 2, par exemple au moyen d'une clavette 23. En principe, les dispositifs de roue libre 22 sont tous identiques et sont montés de manière à fonctionner identiquement pour un même sens de rotation relative par rapport au second arbre 2. Ces dispositifs de roue libre peuvent être des dispositifs d'encliquetage à coincement d'un type connu et comprendre chacun, par exemple, un ou plusieurs jeux de cales dissymétriques identiques 24 uniformément réparties selon une inclinaison déterminée dans une cavité concentrique au second arbre 2 et reliées entre elles par un ressort (non représenté) tendant à les redresser. Dans le cas le plus simple, la cavité est ménagée dans un moyeu 25 reliant la joue 23 et la contre-joue 21 de chaque volant et elle se présente sous la forme d'une gorge annulaire dont la paroi de fond 26 est concentrique à la surface extérieure du second arbre 2. il est évident que dans tous les dispositifs de roue libre 22 respectivement associés à chacun des volants intermédiaires 5 à 8 et au dernier volant 9, les cales 24 sont toutes inclinées d'un même côté, c'est-à-dire que chaque cale présente sensiblement la même inclinaison par rapport à un plan diamétral respectif de référence. il en résulte que tous les volants 5 à 9 présentent un même sens de rotation bloqué et un même sens de rotation opposé non bloqué ou libre par rapport au second arbre 2.Compte tenu de l'inclinaison qui est représentée à titre d'exemple pour les cales 24 visibles sur la figure 2, un mouvement rotatif du second arbre 2 s'effectuant dans le sens horaire relativement aux volants 5 à 9 détermine un blocage des dispositifs de roue libre afférents 22 et un entranement desdits volants, tandis qu'un mouvement rotatif relatif du second arbre 2 s'effectuant dans le sens antihoraire ne détermine aucun entratiement des volants.Réciproquement, un mouvement rotatif relatif de l'un des volants 5 à 9 s'effectuant dans le sens antihoraire détermine un blocage du dispositif de roue libre associé et un entralanement du second arbre 2, tandis qu'un mouvement rotatif relatif dudit volant s'effectuant dans le sens horaire n'entraîne pas le second arbre 2. Lors de l'utilisation du dispositif rotatif à inertie tel que décrit jusqu'ici, lorsqu'on couple les premier et second arbres 1 et 2 par l'intermédiaire de l'embrayage 3, le second arbre 2 est normalement entraîné dans le sens non bloqué vis-à-vis des dispositifs de roue libre 22, c'est-à-dire le sens antihoraire dans le cas représenté sur la figure 2. Dans ces conditions, le premier volant 4, qui est solidaire du second arbre 2, est entrainé directement par ce dernier dans le sens antihoraire. Lorsque la vitesse du sec ond arbre 2 et du premier volant 4 atteint puis dépasse la valeur de la vitesse critique d'embrayage, les masselottes 12 du dispositif d'embrayage centrifuge 10 associé à ce premier volant 4 viennent en prise avec la cloche 11 du second volant ou premier volant intermédiaire 5, qui est alors entraîné et tourne à la meme vitesse que le premier volant 4 et le second arbre 2.Dès lors, si l'on suppose que les dispositifs d'embrayage centrifuge des volants intermédiaires 5 à 8 sont identiques au dispositif d'embrayage centrifuge du premier volant 4, les masselottes 12 associées aux volants intermédiaires 5 à 8 vont successivement venir en prise avec les cloches 11 respectivement solidaires des volants suivants de la série, c'est-à-dire les volants intermédiaires 6 à 8 et le dernier volant 9. Tous les volants sont ainsi accouplés 2 à 2 et forment avec le second arbre un ensemble tournant à une vitesse supérieure à la vitesse critique d'embrayage. Lorsque la vitesse du second arbre 2 commence à diminuer, cette diminution de vitesse est évidemment réduite ou limitée par ledit ensemble tournant, qui se comporte initialement comme un unique volant composite restituant une partie de l'énergie cinétique emmagasinée pendant la phase d'accélération. Lorsque la vitesse du second arbre 2 diminue jusqu'à atteindre puis dépasser le seuil de débrayage, qui correspond approximativement à la vitesse critique d'embrayage, les masselottes 12 de chacun des dispositifs d'embrayage centrifuge 10 retombent en position débrayée, libérant ainsi tous les volants 4 à 9 les uns par rapport aux autres, tandis que le volant 4 claveté sur le second arbre 2 continue à lui restituer son énergie. Toutefois, dès lors que la vitesse du second arbre 2 diminue plus rapidement que celles des volants libérés 5 à 9, les dispositifs de roue libre 22 de ces volants passent à l'état bloqué par rapport au second arbre 2 et les volants 5 à 9 restituent à nouveau leur énergie au second arbre en réduisant sa diminution de vitesse. D'après ce qui précède, dans le cas où les dispositifs d'embrayage centrifuge 10 des volants 4 à 8 sont identiques, lesdits volants sont successivement-embrayés deux à deux, du premier volant 4 au dernier volant 9, dès que la vitesse du second arbre dépasse la vitesse critique d'embrayage. Par contre, le débrayage s'effectue presque simultanément pour tous ces volants dès-que la vitesse décroissante du second arbre atteint une valeur inférieure à une vitesse de débrayage supposée approximativement égale à la vitesse critique d'embrayage. les volants 4 à 9 étant ainsi libérés les uns par rapport aux autres, il faut encore que la vitesse du second arbre 2 soit suffisamment inférieure à la vitesse propre de chacun des volants 5 à 9 pour que leur dispositif de roue libre associé 22 passe à l'état bloqué. Par conséquent, tandis que la vitesse du second arbre 2 diminue, les volants passent sensiblement ensemble de l'état embrayé à l'état débrayé et libre, puis de l'état libre à l'état bloqué, déterminant ainsi deux zones d'à-coups dans le fonctionnement du second arbre 2. Dans ces conditions, il est souhaitable que les dispositifs d'embrayage centrifuge 10 respectivement assolés aux volants 4 à 8 fonctionnent pour des vitesses critiques différentes, ce qui permet de supprimer une grande partie des à-coups et, en outre, d'étendre la plage des vitesses de fonctionnement de l'ensemble du dispositif rotatif à inertie. Plus précisément, selon une particularité essentielle de l'invention, tous les volants d'inertie 4 à 9 coopèrent deux par deux pour des vitesses critiques allant croissant du premier au dernier volant, c'est-à-dire que les vitesses critiques d'embrayage et de débrayage des dispositifs d'embrayage centrifuge 10 vont croissant suivant le rang du volant considéré, du premier volant 4 au dernier volant à dispositif d'embrayage ou avant-dernier volant 8 de la série. Un tel résultat peut être obtenu de diverses façons. Par exemple, les masselottes associées à chaque volant peuvent présenter une masse allant croissant suivant le rang du volant considéré, ou bien les organes de rappel des masselottes associées à chaque volant peuvent présenter une puissance élastique allant croissant suivant le rang du volant considéré, ou encore les axes de pivotement des masselottes périphériques associées à chaque volant peuvent être disposés selon une circonférence dont le rayon va décroissant suivant le rang du volant considéré. Selon une forme de réalisation particulièrement simple, il est possible de modifier la masse des masselottes 12, respectivement associées à chacun des volants 4 à 8, en augmentant simplement leur épaisseur, du premier volant 4 à l'avant-dernier volant 8 de la série. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une augmentation relative d'épaisseur affectant les masselottes 12 respectivement associées aux volants 4, 5, 7 et 8. D'après ce qui précède, le premier volant 4 comporte un premier dispositif d'embrayage centrifuge destiné à coopérer, pour une première vitesse critique, avec la cloche du premier volant intermédiaire 5, ce dernier comportant un deuxième dispositif d'embrayage centrifuge destiné à coopérer, pour une deuxième vitesse critique supérieure à la première, avec la cloche du deuxième volant intermédiaire 6, ce dernier comportant un troisième dispositif d'embrayage destiné à coopérer, pour une troisième vitesse critique supérieure à la deuxième, avec la cloche du troisième volant intermédiaire 7, et ainsi de suite, le dernier volant intermédiaire 8 comportant un dernier dispositif d'embrayage centrifuge destiné à coopérer, pour une dernière vitesse critique supérieure à la précédente, avec la cloche du dernier volant 9. Lors du fonctionnement, au fur et à mesure que la vitesse du second arbre 2 croit, les masselottes 12 associées à chacun des volants viennent en prise avec la cloche 11 associée à chacun des volants suivants de la série pour des vitesses critiques échelonnées croissantes. Inversement, au fur et à mesure que la vitesse du second arbre décroît, les dispositifs d'embrayage centrifuge libèrent les volants les uns après les autres-et non plus d'une façon sensiblement simultanée. Ainsi, le dispositif de roue libre associé à chaque volant libéré peut généralement passer à l'état bloqué et restituer son énergie avant que les autres volants encore embrayés ne soient libérés. Dans le cas où la vitesse du second arbre 2 n'aurait pas atteint une valeur suffisante pour permettre l'embrayage du ou des derniers volants de la série, ces volants restent sensiblement fixes et à l'état non bloqué pendant la rotation et le ralentissement du second arbre 2. Par conséquent, ces volants non embrayés ne participent pas au fonctionnement de l'ensemble du dispositif rotatif à inertie, mais ne le gênent en aucune façon.Pour tenir compte des frottements, il est cependant préférable d'étudier l'échelonnement des vitesses critiques en fonction de la plage des vitesses prévues pour le second arbre. A titre d'exemple, l'invention est applicable notamment dans un véhicule routier, le premier arbre étant constitué par l'arbre de transmission du véhicule. Selon le type du véhicule, des dispositifs rotatifs à inertie peuvent être mis en oeuvre dans le tracteur et/ou dans la remorque afin de récupérer de l'énergie lors des ralentissements du véhicule. il est clair que la mise en oeuvre d'un ou plusieurs dispositifs selon l'invention permet d'emmagasiner de l'énergie lors des accélérations de l'arbre, notamment lorsque le véhicule empruifte une descente, et de récupérer une partie de cette énergie lors des décélérations de l'arbre, en particulier lorsque le véhicule monte une côte. Par conséquent, on obtient une certaine régulation de la vitesse de l'arbre et, plus généralement, une augmentation de la vitesse moyenne du véhicule. Pour éviter les inconvénients des effets gyroscopiques déterminés par le fonctionnement de l'ensemble du dispositif rotatif tel que décrit jusqu'ici, ce dernier peut être dédoublé et comprendre deux séries identiques de volants d'inertie, associées à des seconds arbres qui sont couplés séparément, par l'intermédiaire d'embrayages synchronisés, à un organe de renvoi associé au premier arbre et déterminant leur rotation simultanée selon des sens opposés. il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'on pourra y apporter toute modification, dans le domaine des équivalences techniques, sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Dispositif rotatif à inertie, du type récupe- rateur d'énergie, comprenant un premier arbre reliant un moteur et un dispositif d'utilisation, dispositif rotatif caractérisé par le fait qu'il comprend un second arbre couplé au premier par l'intermédiaire d'un embrayage et une série de volants d'inertie disposés coaxialement et côte à côte sur le second arbre et comprenant un premier volant solidaire dudit second arbre et comportant un premier dispositif d'embrayage centrifuge destiné à coopérer, pour une première vitesse critique, avec au moins un volant intermédiaire du type à cloche entourant le premier volant, ce volant intermédiaire étant monté sur ledit second arbre par l'intermédiaire d'un dispositif de roue libre et comportant un second dispositif d'embrayage centrifuge destiné à coopérer, pour une seconde vitesse critique, avec un dernier volant du type à cloche entourant le volant intermédiaire, ce dernier volant étant monté sur ledit second arbre par l'intermédiaire d'un dispositif.de roue libre. 2. Dispositif rotatif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une série de volants intermédiaires associés aux premier et dernier volants, tous ces volants comportant chacun un dispositif d'embrayage centrifuge sauf le dernier volant, étant chacun du type à cloche et à dispositif de roue libre sauf le premier volant, et coopérant deux par deux pour des vitesses critiques allant croissant du premier au dernier volant. 3. Dispositif rotatif suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque dispositif d'embrayage centrifuge comprend des masselottes périphériques identiques dont chacune est montée à pivotement sur une joue du volant considéré, est munie d'un organe de rappel élastique et comporte une surface cylindrique de forme complémentaire de celle d'une paroi interne de la cloche du volant suivant de la série. 4. Dispositif rotatif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'organe de rappel élastique est une barre de torsion dont une extrémité est solidaire de la masselotte et dont l'autre extrémité est solidaire de la joue. 5. Dispositif rotatif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les masselottes associées à chaque volant présentent une masse allant croissant suivant le rang du volant considéré, du premier à l'avant-dernier volant de la série. 6. Dispositif rotatif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les organes de rappel des masselottes associées à chaque volant présentent une puissance élastique allant croissant suivant le rang du volant considéré, du premier à l'avant-dernier volant de la série. 7. Dispositif rotatif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les axes de pivotement des masselottes périphériques associées à chaque volant sont disposés selon une circonférence dont le rayon va décroissant suivant le rang du volant considéré, du premier à l'åvant-dernier volant de la série. 8. Dispositif rotatif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les premier et second arbres sont coaxiaux, le second arbre étant tubulaire et monté à rotation libre autour du premier. 9. Dispositif rotatif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il est dédouble et comprend deux séries identiques de volants d'inertie, associées à des seconds arbres QA sont couplés séparément, par l'intermédiaire d'embrayages synchronisés, à un organe de renvoi associé au premier arbre et déterminant leur rotation simultanée selon des sens opposés. 10. Utilisation du dispositif rotatif à inertie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, notamment dans un véhicule routier, le premier arbre étant constitué par l'arbre de transmission dudit véhicule.