Brevet FR2509820A1 — publié le 19830121

La présente invention concerne un dispositif d'entrainement rotatif à vitesse variable, destiné notamment à un alternateur de véhicule automobile entraené à partir du moteur à explosion du véhicule et prévu pour alimenter ce véhicule en énergie électrique, mais s'appliquant aussi de manière plus générale à l'entraînement de tous organes auxiliaires rotatifs montes sur les véhicules automobiles: pompe à eau, ventilateur de refroidissement du moteur, compresseur,... Dans le cas actuellement le plus courant, l'entraine- ment de l'alternateur à partir du moteur à explosion du véhicule se fait par l'intermédiaire d'une transmission à courroie trapézoïdale passant sur des poulies, sans possibilité de débrayage et/ou de changement de vitesse. I1 existe ainsi un rapport de transmission constant entre la vitesse de rotation du moteur et la vitesse de rotation de l'alternateur. Or un alternateur ne débite un courant électrique éleve qu'au-delà d'une certaine vitesse de rotation. Il en résulte qu'aux faibles vitesses du moteur, et en particulier si celui-ci tourne "au ralenti", le courant débité sera faible et la batterie du véhicule tendra à se décharger, surtout si le véhicule comporte de nombreux accessoires électriques en fonctionnement. La simple augmentation du rapport de transmission n'est pas une solution valable à ce problème, car aux fortes vitesses de rotation du moteur, l'alternateur tournerait à une vitesse excessive, non acceptable. Pour résoudre ces difficultés, il a e été déjà proposé de faire varier le rapport de transmission entre le moteur et l'alternateur, soit de façon continue au moyen d'un variateur de vitesse à courroie avec régulation mécanique, soit de façon discontinue par un changement de vitesse mécanique, commandé par des moyens électriques et/ou électroniques. Dans ces dispositifs connus,. il est évidemment prévu d'entraîner l'alternateur avec un rapport de transmission plus élevé aux basses vitesses du moteur, afin que l'alternateur se maintienne dans une plage de vitesses lui assurant un bon rendement ; à l'inverse, aux vitesses élevées du moteur, l'alternateur est entraîné avec un rapport de transmission plus faible, évitant toute survitesse de l'alternateur même lorsque le moteur tourne à son régime maximal. Ces dispositifs résolvent théoriquement le problème, du moins si le passage d'un rapport de transmission à un autre est correctement contrôlé, par exemple avec les moyens qui se trouvent décrits dans la demande de brevet français NO BD 13645 du 19 juin 1980. Toutefois, sur le plan de la réalisation pratique, les dispositifs actuels de variation ou de changement de vitesse restent complexes et, surtout, nécessitent une modification importante des moyens de transmission habituellement montés entre le moteur et l'alternateur d'un véhicule automobile. L'invention vise à remédier à ces inconvénients, et elle a donc pour but principal de fournir un dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable, notamment pour alternateur de véhicule automobile, de structure simple et de faible encombrement réalisable sans modification particulière des transmissions classiques démunies de changement de vitesse, donc peu coûteux. L'invention procure aussi un dispositif d'entraînement dont les caractéristiques de fonctionnement peuvent être choisies avec une grande souplesse, et qui permet d'obtenir soit simplement deux rapports de transmission déterminés, soit plus de deux rapports de transmission pour l'entraînement de l'alternateur, soit une variation continue de la vitesse de l'alternateur, sans modification de son principe mécanique. A cet effet, le dispositif d'entraînement objet de l'invention comprend un train multiplicateur épicycloïdal, intercalé entre la source de mouvement et l'organe à entraîner tel que rotor d'alternateur, et dont l'un des trois éléments - roue solaire, planétaire ou porte-satellites est associé à des moyens de freinage ou de contrôle de sa vitesse, permettant de moduler la vitesse dudit élément, donc la multiplication du train épicycloïdal, en fonction d'une information liée à la vitesse de la source de mouvement ou de l'organe à entraîner, ou encore à la puissance demandée audit organe. Le train épicycloïdal a, par exemple : son portesatellites lié en rotation avec une poulie réceptrice sur laquelle passe la courroie d'entraînement à partir du moteur à explosion, sa roue solaire calée sur l'arbre d'un alternateur, et son planétaire soumis à l'action des moyens de freinage ou de contrôle,lesquels permettent donc de moduler la vitesse du planétaire. Si ces moyens bloquent totalement le planétaire, donc lui imposent une vitesse de rotation nulle, la multiplication donnée par le train épicycloidal est maximale. Si les moyens en question freinent le planétaire sans le bloquer, la multiplication donnée par le train épicycloïdal diminue ; en raison de l'effet d'entraînement du planétaire par le porte-satellites, la vitesse de la roue solaire tend theoriquement- vers zéro. Suivant une première forme de réalisation de l tion, les moyens de freinage ou de contrôle de la vitesse de l'un des éléments du train épicycloïdal comprennent un moteur auxiliaire, notamment électrique, accouplé par engrenage ou par friction avec l'élément considéré du train épicycloïdal, la mise en marche et l'arrêt de ce moteur auxiliaire, et/ou sa vitesse, étant asservies à une information liée à la vitesse de la source de mouvement ou de l'organe à entraîner, ou encore à la puissance demandée audit organe. Dans un mode d'exécution particulier, l'arbre de sortie du moteur auxiliaire porte une vis sans fin ,en prise avec une denture supplémentaire de l'un des éléments du train épicycloïdal. Si la vie sans fin et ladite denture constituent un engrenage irréversible, la mise a lsarrSt du moteur auxiliaire bloque entièrement l'élément du train épicycloïdal accouplé à ce moteur, c qui donne une vitesse maximale pour l'alternateur ; la mise en marche du moteur auxiliaire provoque la rotation à une vitessexpro- portionnelle à celle du moteur auxilaire, de ltélément du train épicycloïdal muni d'une denture supplémentaire, et selon que le moteur auxiliaire est à vitesse fixe, à 2 vitesses ou à vitesse variable, on peut obtenir au total pour l'alternateur 2 vitesses, 3 vitesses ou une variation continue de vitesse.Le moteur auxiliaire sert uniquement à contrôler la vitesse de l'un des éléments du train épicy- cloidal, et ne fournit aucune puissance pour l'entraine- ment de l'alternateur ; la puissance et les dimensions de ce moteur auxiliaire sont donc très réduites, et il peut être logé, avec le train épicycloïdal, à l'intérieur de la carcasse de l'alternateur. Suivant une deuxième forme de réalisation de l'invention, l'un des éléments du train épicycloidal forme un plateau circulaire ou annulaire, coopérant avec une couronne déplaçable axialement et munie d'aimants permanents et d'une garniture de friction, les moyens commandant le déplacement axial de ladite couronne étant asservis à une information liée à la vitesse de la source de mouvement ou de l'organe à entraîner, ou encore à la puissance demandée audit organe. Un freinage progressif d'un élément du train épicycloïdal, tel que le planétaire, est obtenu magnétiquement en rapprochant du plateau annulaire, solidaire du planétaire, la couronne avec les aimants permanents ; à la fin de ce mouvement de rapprochement, la garniture de friction vient bloquer mécaniquement le plateau,donc le planétaire, ce qui donne la vitesse maximale pour l'alternateur. Dans un mode d'exécution particulier, les aimants permanents sont disposés, sur la couronne précitée déplagable axialement, en regard du plateau solidaire de l'un des éléments du train épicycloïdal, et ils sont aimantés en direction axiale ; on module dans ce cas ltentrefer pour obtenir la variation de vitesse désirée. En variante, les aimants permanents de la couronne déplaçable axialement peuvent être disposés autour de la périphérie du plateau solidaire de l'un des éléments du train épicycloïdal, et aimantés radialement, auquel cas l'entrefer reste constant mais la longueur de prise" magnétique est modu idée. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, quelques formes d'exécution de ce dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable Figure 1 est une vue en perspective, très schématique, d'une première forme d'exécution du dispositif selon l'invention, avec moteur auxiliaire Figure 2 est une vue en coupe passant par l'axe d'une deuxième forme d'exécution du dispositif selon l'invention, avec couronne mobile munie d'aimants permanents et d'une garniture de friction Figure 3 est une vue partielle, illustrant une variante du dispositif de la figure 2. Sur la figure 1 est visible partiellement la courroie trapézoïdale 1 entraînée par le moteur à explosion d'un véhicule automobile, et servant notamment à entraîner en rotation l'alternateur, représenté seulement par son rotor 2 calé sur un arbre 3. Selon l'invention, un train épicycloidal multiplicateur, désigné dans son ensemble par le repère 4, est intercalé entre la poulie réceptrice 5, sur laquelle passe la courroie 1, et le rotor d'alternateur 2.Dans la forme d'exécution particulière représentée au dessin, le porte-satellites 6 du train épicycloSdal 4 est lié en rotation avec la poulie réceptrice 5, tandis que la roue solaire 7 est calée sur l'arbre 3 de l'alternateur. quant au planétaire B du train épicycloSdal 4, en plus de sa denture intérieure habituelle en prise avec les satellites 9, il comporte une denture supplémentaire extérieure 10, en prise avec une vis sans fin tangentielle 11 portée par l'arbre de sortie 12 d'un petit moteur auxiliaire électrique 13.Le fonctionnement dudit moteur auxiliaire 13 est contrôlé par un bloc de commande électronique 14, recevant une information de vitesse Il ou V' qui peut être délivrée soit par un lecteur de vitesse 15 associé à l'ensemble "poulie 5 et porte-satellites 6", soit par un lecteur de vitesse 16 associé à l'arbre 3 de l'alternateur. Au ralenti du moteur à explosion ou si la vitesse de ce moteur reste inférieure à un certain seuil, le bloc de commande 14 maintient le moteur auxiliaire 13 à l'arrêt. Il en résulte un blocage en rotation du planétaire a, du moins si l'engrenage constitué par la vis sans fin 11 et la denture extérieure 10 est irréversible. La vitesse d'entraînement du rotor d'alternateur 2 est alors maximale, et égale au produit de la vitesse de rotation V de la poulie 5 et de la raison du train épicycloidal 4. A des vitesses plus élevées du moteur à explosion, donc de la poulie 5, le bloc de commande 14 provoque la mise en marche du moteur auxiliaire 13, dans un sens tel que la vis sans fin Il fasse tourner le planétaire 8 dans son sens "naturel"d'entrainement par le portesatellites 6.Il en résulte une réduction du rapport de multiplication du train épicycloldal 4, avec plusieurs possibilités suivant les caractéristiques du moteur auxiliaire 13 et du bloc de commande 14 - si le moteur auxiliaire 13 ne peut tourner qu'à une vitesse fixe pré-déterminée, le bloc 14 commandant simplement sa mise en marche ou son arrêt, on obtient pour l'alternateur deux vitesses, la plus élevée correspondant à l'arrêt du moteur auxiliaire 13 et la plus basse correspondant à la marche du moteur auxiliaire - si le moteur auxiliaire 13 est à deux ou plusieurs vitesses, commandées par le bloc 14 par comparaison de l'information V ou V' avec plusieurs seuils on obtient pour l'alternateur plusieurs vitesses,la plus élevée correspondant toujours à l'arrêt du moteur auxiliaire 13, et les autres, plus basses, correspondant aux diverses vitesses de fonctionnement de ce moteur - enfin, si le moteur auxiliaire 13 est à vitesse variable, le bloc 14 peut commander une variation continue de sa vitesse en fonction de l'information li ou V', de manière à maintenir en permanence l'alternateur dans des conditions de fonctionnement favorables. Sur la figure 2, relative à une deuxième forme d'exécution, les parties correspondant à celles de la figure 1 et dont la disposition n'est pas modifiée, en particulier le train épicycloidal avec ses divers éléments, sont désignés par les mimes repérez. Le planétaire 8 du train épicycloidal 4 ne comporte ici plus de seconde denture mais il est solidaire d'un plateau circulaire 17, en regard duquel est montée une couronne 18 déplaçable axialement au moyen d'un petit moteur ou vérin 19. La couronne 18 porte,d'une part, une série d'aimants permanents 20 créant un champ magnétique axial, et d'autre part, une garniture de friction 21.Le moteur ou vérin 19 est asservi à la vitesse d'entrée ou de sortie U ou V' du train épicclo- dal 4 détectée par un lecteur 15 ou 16, ceci par l'inter médiaire d'un bloc de commande 14 de la m & e manière que pour le moteur auxiliaire de la première forme d'exécution décrite. La modulation de vitesse de l'alternateur est ainsi obtenue par la variation de l'entrefer E, realisant un freinage magnétique plus ou moins intense, et en fin de course par application de la garniture de friction 21 contre le plateau 17, réalisant en complément un freinage mécanique graduel, jusqu'au blocage en rotation du plateau 17, donc du planétaire A, donnant a' l'alternateur sa vites- se maximale. Dans une variante, illustrée par la figure 3 , la couronne 18 toujours déplaçable axialement est munie d'aimants permanents 20 disposés autour de la périphérie du plateau annulaire 17, et créant un champ magnétique radial, tandis que la garniture de friction 21 reste située en regard du plateau 17. Avec cette autre disposition, on ne module plus l'entrefer, mais la longueur D de "prise magnétique" des aimants 20 et du plateau 17. il est bien entendu que l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif d'entraine- ment rotatif à vitesse variable qui ont a été décrites ci- dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application fondées'sur le m & e principe.En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention - en intervertissant les rôles des divers éléments du train epicycloidal 4 : porte-satellites 6, roue solaire 7 et planétaire 8 - en modifiant les caractéristiques de l'engrenage entre le moteur auxiliaire 13 et l'un des éléments précités du train épicycloïdal 4, par exemple l'irréversibilité, ou même en remplaçant cet engrenage par un moyen équivalent tel qu'accouplement à friction; ; - en commandant la modulation de vitesse de l'un des éléments du train épicycloïdal non pas à partir d'une information de vitesse V ou V', mais à partir d'une information représentative du besoin de courant électrique, ceci au moyen d'une logique électrique appropriée incorporée au bloc de commande 14 - en destinant le même dispositif à l'entraînement d'organes rotatifs autres que des alternateurs. REVENDICATIONS 1, - Dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable, notamment pour alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un train multiplicateur épicycloïdal (4), intercalé entre la source de mouvement (1,5) et l'organe à entraîner tel que rotor d'alternateur (2), et dont l'un des trois éléments - roue solaire (7), planétaire (8) ou porte-satellites (6) est associé à des moyens de freinage ou de contrôle de sa vitesse (11,12,13 ; 17 à 21), permettant de moduler la vitesse dudit élément'6,7,8)donc la multiplication du train épicycloïdal (4), en fonction d'une information (V,V') liée à la vitesse de la source de mouvement ou de l'organe à entraîner (2), ou encore à la puissance demande audit organe. 2. - Dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable selon la revendication 1, pour alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce que le train épicy- cloidal (4) a son porte -satellites (6) lié en rotation avec une poulie réceptrice (5) sur laquelle passe la courroie d'entraînement (1) à partir du moteur à explosion, sa roue solaire (7) calée sur l'arbre (3) de l'alternateur, et son planétaire (B) soumis à l'faction des moyens de freinage ou de contrôle (11,12,13 ; 17 à 21), lesquels permettent donc de moduler la vitesse du planétaire (8). 3. - Dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de freinage ou de contrôle de la vitesse de l'un des éléments (B) du train epicycloidal (4) comprennent un moteur auxiliaire (13), notamment électrique, accouplé par engrenage (10,11) ou par friction avec 1'é1é- ment considéré (8) du train épicycloïdal(4), la mise an marche ou l'arrêt de ce moteur auxiliaire (13), et/ou sa vitesse, étant asservies à une information (V,V') liée à la vitesse de la source de mouvement ou de l'organe à entraîner (2), ou encore à la puissance demandée audit organe. 4. - Dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (12) du moteur auxiliaire (13) porte une vis sans fin (11), en prise avec une denture supplémentaire (10) de l'un des éléments (8) du train é-picycloï- dal (4). 5. - Dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vis sans fin (11) et la denture supplémentaire (10) précitées constituent un engrenage irreversible, de sorte que la mise à l'arrêt du moteur auxiliaire (13) bloque entièrement l'.élément (8) du train épicycloïdal (4) accouplé à ce moteur (13). 6. - Dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, pour alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce que le moteur auxiliaire (13) est logé, avec le train épicycloidal (4), à l'intérieur de la carcasse de l'alternateur. 7. - Dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'un des éléments (8) du train épicycloidal (4) forme un plateau circulaire ou annulaire (17), coopérant avec une couronne (18) déplaçable axialement et munie d'aimants permanents (20) et d'une garniture de friction (21), les moyens (19) commandant le déplacement axial de ladite couronne (18) étant asservis à une information (,V') liée à la vitesse de la source de mouvement ou de l'organe à entraîner (2) ou encore à la puissance demandée audit organe. 8. - Dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable selon la revendication 7, caractérisé en ce que les aimants permanents (20) sont disposés, sur la couronne précitée (18) déplaçable axialement, en regard du plateau (17) solidaire de l'un des éléments (B) du train épicycloi- dal (4), et sont aimantés en direction axiale. 9. - Dispositif d'entraînement rotatif à vitesse variable selon la revendication 7, caractérisé en-ce que les aimants permanents (20) de la couronne (18) déplasa- ble axialement sont disposés autour de la périphérie du plateau (17) solidaire de l'un des éléments (8) du train épicycloidal (4), et sont aimantes radialement.