Brevet FR2578585A1 — publié le 19860912

La présente invention se rapporte à un dispositif hydraulique rotatif à palettes à coulissement axial contre une surface continue de fond statorique à évidements. Dans son brevet français N 80.04933 déposé le 5 Mars 1980 la Demanderesse a décrit un dispositif hydraulique rotatif à stator et rotor coaxiaux et à palettes coulissant axialement dans le rotor, le stator comportant au moins une surface de fond présentant, en un nombre variable, des déformations à zone rectilignes appropriées au -Fonctionnement, ou évidements, lesdites palettes venant suivre ladite surface de fond, caractérisé en ce que lesdits évidements sont réalisés sur des éléments mobiles du stator, de sorte que la profondeur desdits évidements peut cotre rendue variable, d ' où un débit variable pour le dispositif. Une commande est prévue pour agir, à volonté, à l'arrêt et/ou au cours de fonctionnement, sur lesdits éléments statoriques mobiles à évidements et donc sur la profondeur desdits évidements, lesdits éléments statoriques mobiles pouvant se déplacer dans des logements statoriques. Le stator comprend, d'une part, des rampes et. d'autre part, des éléments statoriques mobiles à évidements, rampes et évidements faisant successivement le relais pour un contact constant avec tout ou partie d'une arête de chaque palette coulissante. Dans son brevet français N 80.25332 déposé le 28 Novembre 1980 la Demanderesse a décrit notamment un moteur hydraulique å palettes à coulissement axial dans des logements statoriques contre une surface continue de fond statorique à évidements, lequel moteur est susceptible d' être incorporé a une transmission hydrostatique de puissance appliquée plus particulièrement, mais non exclusivement, à du matériel roulant, souterrain ou aérien, sur rails comme sur route, lesdits évidements étant réalisés sur des éléments mobiles du stator, caractérisé en ce qu'une pression constante de pilotage (Pp) est envoyée derrière lesdits éléments mobiles statoriques, le moteur hydraulique ainsi réalisé constituant un moteur à cylindrée variable et autorégulé. la cylindrée du moteur etant donnée par la profondeur des évidements résultant de l'opposition de deux forces de part et d'autre de chaque élément mobile, une force (FP) provenant de ladite pression constante de pilotage et une force (FA) provenant d'une pression active provoquée par le couple résistant, la force (FP) ayant pour effet de réduire la cylindrée du moteur alors que la force (FA) a pour effet d'augmenter cette cylindrée, de sorte que le moteur hydraulique fonctionne, à pression constante, par variation de cylindrée. Les éléments mobiles peuvent montrer chacun un plateau central, chaque surface de fond statorique comportant des plages fixes entre des plateaux d'éléments mobiles, lesdites plages et lesdits plateaux étant plans, d'où une phase possible de fonctionnement en roue libre au cours de laquelle ces plages fixes et ces plateaux sont en arasement les uns par rapport aux autres. Suivant une forme de réalisation décrite dans ce brevet N 80.25332 des circuits haute pression (HP) et basse pression (BP) traversent le stator par des canaux prolongés chacun dans les logements statoriques recevant les éléments mobiles, par des tubes plongeurs le long desquels coulissent lesdits éléments mobiles, la pression de pilotage étant admise par un canal, derrière chaque élément mobile, lesdits tubes plongeurs isolant les circuits (HP) et (BP) de cette pression de pilotage (Pp). Le moteur hydraulique y est du type comprenant une pièce statorique médiane avec des surfaces de fond de part et d'autre d'un plan de symétrie Y-Y, cette pièce statorique médiane faisant corps avec une portion d'arbre fixe, le rotor étant monté en forme de cage autour du stator. La présente invention se rapporte à un dispositif hydraulique rotatif à cylindrée variable à palettes à coulissement axial contre une surface continue de fond statorique è rampes et à évidements de profondeur variable, rampes et évidements faisant le relais pour un contact constant avec tout ou partie d'une arete de chaque palette à coulissement axial. L' invention entend supprimer tous tubes plongeurs servant simultanément aux alimentations (HP) et écoulements (BP > au coulissement des éléments mobiles formateurs d'évidements de profondeur variable et à l'isolement des circuits (HP) et (BP) l'un par rapport à l'autre et par rapport au circuit (Pp). Conformément à l'invention les alimentations (HP) comme les écoulements (BP) sont prévus dans une partie fixe statorique, aux emplacements desdites rampes qui sont réalisées sur cette partie fixe, les éléments formateurs d'évidements de profondeur variable et faisant le relais avec lesdites rampes étant tous groupés en un même ensemble statorique mobile commandé. L'ensemble statorique mobile peut être soumis à une pression constante de pilotage s'opposant à la pression active provoquée par le couple résistant. Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse l'ensemble statorique mobile est un anneau complet et un volume variable existe entre anneau et la partie fixe statorique suivant la position occupée par 1' anneau. Le volume variable est délimité par ledit anneau et une gorge annulaire de la partie fixe statorique. Des canaux de transfert pratiqués dans la partie fixe statorique mettent en communication ledit volume et chaque évidement. Le dispositif hydraulique à cylindrée variable selon l'invention peut être du type à stator intérieur et rotor en cage, extérieur, comprenant deux séries de palettes à coulissement axial et une pièce statorique médiane et, dans ce cas, le dispositif comprend deux anneaux formateurs d'évidements disposes de part et d'autre de ladite pièce médiane avec un volume variable entre chaque anneau et la pièce médiane. La pièce statorique médiane peut comprendre une disposition Xtête-beche" de vérins de pilotage reliés hydrauliquement, permettant un déplacement simultané des deux anneaux statoriques mobiles D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue développée et en coupe d'une partie d'un dispositif hydraulique conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective, en coupe partielle, d'une forme de réalisation d'un dispositif hydraulique conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue éclatée de ce même dispositif; - la figure 4 est une vue de détail en coupe et à plus grande échelle; ; - les figures 5 et 6 sont des vues respectivement en plan et en coupe partielle, de moyens d'équilibrage hydrodynamique; - les figures 7 et 8 représentent, en plan, d'autres moyens d'équilibrages hydrostatique; - la figure 9 est un schéma explicatif d'un passage de rampes pour une palette du dispositif hydraulique. Dans la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 3 d'un moteur hydraulique rentrant dans le cadre de l'invention, des palettes 1 à coulissement axial dans des logements 2 pratiqués dans un rotor 3 viennent porter, par au moins une arête 4, sur une surface statorique de fond à évidements de profondeur variable. Un moyen d'application (mécanique tel un ressort, hydraulique ou pneumatique ou encore électromagnétique) permet l'application des palettes contre ladite surface statorique de fond. Pour la clarté du dessin seul un ressort 1A a été représenté sur la figure 1 pour illustrer ledit moyen d'application. La surface statorique de fond offre la particularité d'être composite en ce sens qu'elle comprend, à la fois, des plagies planes 5A d'une partie fixe statorique 5 et des parties pleines en saillie SA d'un anneau mobile 6 taillé en créneau. Ctte taille en créneau de l'anneau mobile 6 fait donc apparaitre des créneaux ou entailles 6B répétés sur une surface dudit anneau et des parties pleines ou merlons 6A chacun entre deux créneaux.Dans la suite du texte et pour une facilité de compréhension les mots "créneaux" et "merlons" seront utilisés, de préférence à "entailles" et "parties pleines L'anneau mobile à créneaux et merlons est prévu pour se déplacer axialement dans une gorge annulaire 9 réalisée dans la pièce fixe statorique 5. La gorge 9 est de section droite en "U" et ses parties latérales correspondant aux branches du "U" sont également taillées en créneaux pour montrer, chacune, à la fois des créneaux 9B et des merlons 9A. La position de l'anneau mobile 6 dans la gorge 9 est telle qu'un merlon 6A de 1 anneau mobile se déplace dans deux créneaux 9B en vis-à-vis de la gorge 9. Les merlons 6A de l'anneau mobile s'étendent radialement dans les créneaux en vis-à-vis 9B. qui les guident (Figs. 2 et 3). Le créneau 9B de la partie latérale intérieure du "U" de la gorge annulaire est bien entendu plus court que le créneau 9B de l'autre partie latérale extérieure du "U" et chaque merlon 6A a une forme de secteur correspondante. Les alimentations HP et les écoulements BP sont prévus dans les merlons 9A de la gorge 9, aux emplacements de rampes 7 pratiquées sur ces merlons 9A. Les merlons 6A de l'anneau mobile 6 réalisent, en cours de fonctionnement, des évidements de profondeur variable 8 en se déplaçant axialement dans la gorge 9 de la partie fixe statorique 5. Les rampes 7 de cette partie fixe 5 pratiquées sur les merlons 9A font la liaison entre les plages planes 5A et la face de fond statorique 10 des merlons 6A de 1 anneau mobile 6. Dans la forme de réalisation représentée la face de fond statorique 10 de chaque merlon 6A montre un plateau central 11 formant le fond de l'évidement 8 quand celui-ci se réalise et, de part et d'autre du plateau central, une aile 12 à pente relevée par rapport à ce plateau (Figs. 1 à 3). Les deux rampes 7 d'une paire de rampes font fonctionnellement le relais avec l'aile plus ou moins enclavée 12 de manière à assurer le contact constant de l'arête de la palette considérée avec la surface statorique de fond, au passage de ladite palette 1, depuis une plage plane statorique 5 pour gagner le plateau central 11. Le contact constant se fait tantôt avec une arête, tantôt avec l'autre arête, avec un passage à plat intermédiaire (la palette pouvant montrer à titre d'exemple un bec avant quadrangulaire). L'anneau 6 qui réunit annulairement tous les merlons 6A destinés à former les évidements variables 8 est mobile axialement dans la gorge 9 de telle manière qu'un volume variable de fluide MP puisse être accepté entre ledit anneau 6 et le fond 9C de la gorge 9 de la partie fixe statorique 5. D'autres volumes MP de fluide sont acceptés entre 1 anneau 6 et des butées 5B en forme de secteur bloquées par un boulonnage 5C sur la partie fixe statorique 5 faisant corps avec elle et montrant lesdites plages planes SA (Figs. 3 et 4). Un canal d'équilibrage hydraulique 13 est perce dans chaque merlon 6A mettant en communication le volume de fluide emprisonne entre l'anneau mobile et le fond 9C de la gorge 9 avec les volumes de fluide se trouvant piégés par les palettes appliquées contre le fond de l'évidement 8 variable en profondeur. D'autres canaux d'équilibrage hydraulique 13 sont percés dans les butées 58 pour mettre en communication les volumes de fluide MP emprisonnés entre les créneaux 6B de l'anneau mobile et les butes 5B, avec les volumes residuels piégés par les palettes appliquées contre les plages 5A. La raideur de l'anneau statorique mobile permet de transformer les diverses pressons en présence en une force résultante axiale. Le volume de fluide MP se trouvant entre chaque anneau 6 et le fond 9C de la gorge 9 réalise un chambrage d'équilibrage hydraulique qui evite l'autocollage de l'anneau mobile contre le fond 9C de la gorge 9 en cylindrée maximale. Une cuvette 6C peut être creusee dans les créneaux 68 pour la même raison, mais vis-å-vis des butées 5B et en cylindrée minimale. Des circuits haute pression HP et basse pression BP traversent la partie fixe statorique 5 par des canaux 14 débouchant dans les merlons 9A montrant chacun un dégagement 15. Les alimentations HP comme les écoulements BP sont donc prévus aux emplacements des rampes 7 réalisées sur les menons 9A de la partie statorique fixe 5. Dans la forme de réalisation représentée, des surfaces de fond 5Aw 12 sont prévues de part et d'autre d'un plan de symetrie Y-Y traversant la pièce statorique 5 qui est alors mediane et fait corps avec une portion d'arbre fix. 15 à l'aide d'un boulonnage 16A. Dans ce cas il exis- de part et d'autre du plan de symétrie Y-Y, deux gorges annulaires 9 et deux anneaux mobiles axialement Le rotor 3 est mont en forme de cage autour du stator et comprend deux parti--s 3A de part et d'autre de la pièce statorique médiane 5 et dans lesquelles sont pratiqués les logements 2 rrant les palettes. Le rotor comprend egalement des flasques latéraux 38 et une frette r formant entretoises entre ces flasques. il existe donc deux séries de palettes 1 appliquées contre deux surfaces statoriques de fond SA- Il - 12. Les deux anneaux statoriques mobiles axialement 6 sont prévus pour être déplaces simultanément lors des variations de profondeur des évidements 8 et donc des variations de cylindrées. Une disposition "tête-bêche" logée dans la pièce statorique 5 de vérins de pilotage 17 reliés hydrauliquement permet ce déplacement simultané des deux anneaux mobiles 6. Un circuit 18 alimenté par une pression de pilotage Pp provoque le déplacement des vérins 17. Un autre circuit 18A basé sur le transfert des volumes hydrauliques égaux synchronise les courses de déplacements des deux vérins. Chaque vérin 17 montre une tige 17A et une couronne 17B, la couronne se déplaçant dans une chambre 19 pratiquée dans la pièce médiane 5. La section de la tige 17A est égale à la surface annulaire de la couronne. Chaque vérin est en application contre un anneau statorique mobile 6 pour, d'une part, le commander axialement et, d'autre part, freiner les efforts pulsatoires résultant des variations de pression qui agissent sur 1' anneau mobile statorique 6. La cage rotorique peut avoir tendance à se déformer sous l'effet des pressions differentielles. Pour combattre cette tendance des moyens peuvent être prévus sur la surface latérale cylindrique de la piéce médiane fixe statorique 5. Ces moyens, dans la forme de réalisation des figures 5 et 5, sont constitués par des cavités 20 creusées dans cette surface latérales de la pièce médiane statorique. Ces cavités 20 permettent un apport de pression hydraulique dans les zones de rétrecissement de la cage roLorique. Cet apport de pression hydraulique produit une remise en forme de la cage rotorique. Sur les figures 5 et S l'équilibrage est hydrodynamique alors que sur les figures 7 et 8 1 équilibrage est hydrostatique. Sur ces figures 7 et 8 les cavités 20 sont soit reliées entre elles par une entaille médiane 21 (pression MP) soit reliées à la pression HP ou a la pression BP (Fig. 8) suivant le sens de rotation par une entaille 22 à écart latéral par rapport au plan médian Y-Y. Afin de limiter les contraintes résultant du choc de contact entre les palettes 1 et les rampes 7 l'angle de contact peut être rendu constant. Dans ce cas, les palettes disposent d'un chanfrein d'attaque 23 dont l'angle par rapport à l'horizontale correspond à l'angle de la rampe. La surface de contact est de cette façon augmentée (au lieu d'une simple génératrice de contact). La figure 9 montre le passage du chanfrein 23 dans la zone relais entre la rampe 7 et l'aile 12 du merlon 6A de L'anneau mobile axialement, ceci aussi bien en cylindrées maximale, moyenne et minimale. En fonctionnement on peut considérer le concours de diverses forces, fonctions de la haute pression (HP), de la basse pression (BP) et d'une pression moyenne (MP) celle-ci correspondant à la pression régnant dans la gorge 9 qui est en communication par la canal 13 avec un volume de fluide à la même pression HP enfermé entre deux palettes 1 sensiblement dans la zone médiane 11 de chaque merlon 6A. La force FA représentée à la figure 1 est la force résultante de la somme des pressions (HP); (BP) et (MP) agissant sur chaque merlon 6A (plateau 11 et aile 12). La force FC représentée est la force resultante de la pression HP ou pression de contre poussée; MP = HP + BP, 2 La force FP représentée est la force resultante de la pression de pilotage (Pp) qui agit sur les vérins de pilotage 17. La variation de cylindrée en autoregulation de puissance est obtenue quand la force résultante FA est égale à la somme des forces FC et FP. Il est bien entendu enfin que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que 1 on pourra apporter des équivalences dans ses éléments constitutifs sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.Dispositif hydraulique rotatif à cylindrée variable à palettes à coulissement axial contre une surface continue de fond statorique à rampes et à évidements de profondeur variable, rampes et évidements faisant le relais pour un contact constant avec tout ou partie d'une arete de chaque palette à coulissement axial caractérisé en ce que les alimentations (HP) comme les écoulements (BP) sont prévus dans une partie fixe statorique !5) aux emplacements desdites rampes (7) qui sont réalisées sur cette partie fixe, les éléments [6A) formateurs d'évidements (8) de profondeur variable et faisant le relais avec lesdites rampes étant tous groupés en un même ensemble statorique mobile commandé (6). 2.Dispositif hydraulique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble statorique mobile (6) est soumis à une pression constante de pilotage (Pp) 5 ' opposant à la pression active provoquée par le couple résistant. 3. Dispositif hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'ensemble statorique mobile est un anneau complet (6t et un volume variable (MP) existe entre l'anneau (6) et la partie fixe statorique (5) suivant la position occupée par l'anneau. 4. Dispositif hydraulique selon la revendication 3 caractérisé en ce que le volume variable est délimité par ledit anneau (6) et une gorge annulaire (9) de la partie fixe statorique (5). 5. Dispositif hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que des canaux de transfert (14) pratiqués dans la partie fixe statorique (5) mettent en communication ledit volume et chaque evidement (8). 6 Dispositif hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le dispositif est du type à stator intérieur et rotor en cage, extérieur, comprenant deux séries de palettes (If à coulissement axial et une piece statorique médiane (5) et, dans ce cas, le dispositif comprend deux anneaux (6) formateurs d'évidements disposés de part et d'autre de ladite pièce médiane (5 > avec un volume variable entre chaque anneau et la pièce médiane. 7. Dispositif hydraulique selon la revendication 6 caractérisé en ce que la pièce statorique médiane comprend une disposition "téte-bêche" de vérins (17) de pilotage reliés hydrauliquement, permettant un déplacement simultané des deux anneaux statoriques mobiles (6). 8. Dispositif hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que chaque anneau mobile (6) est taillé en créneau ce qui fait apparaitre des créneaux fSB) répétés sur une surface dudit anneau et des merlons 6A) chacun entre deux creneaux.- 9. Dispositif hydraulique selon la revendication 8 Caractérisé en ce que l'anneau mobile à créneaux et merlons est prévu pour se déplacer axialement dans ladite gorge annulaire (9) realisee dans la pièce fixe statorique (5) ladite gorge (9) étant de section droite en "U" et ses parties latérales correspondant aux branches du "U" étant également taillées en créneaux pour montrer, chacune, à la fois des créneaux (98) et des merlons (9A). 10. Dispositif hydraulique selon la revendication 9 caractérisé en ce que la position de l'anneau mobile (6) dans la gorge (9) est telle qu'un merlon (6A) de l'anneau mobile se déplace devant deux créneaux (9B) en vis-à-vis de la gorge (9). 11. Dispositif hydraulique selon l'une quelconque des revendications 9 et 10 caractérisé en ce que les merlons (6A) de l'anneau mobile s'étendent radialement dans les créneaux en vis-à-vis 19B) qui les guident. 12. Dispositif hydraulique selon l'une quelconque des revendications 9 a' 11 caractérisé en ce que les alimentations (HP) et les écoulements (EP) sont prévus dans les merlons (9A) de la gorge (9) aux emplacements des rampes (7) qui sont pratiquées sur ces merlons (9A) et font la liaison entre les plages planes 15A) et la face de fond statorique (10) des merlons (SA) de l'anneau mobile (6). 13. Dispositif hydraulique selon l'une quelconque des revendications 3 à 12 caractérisé en ce que d'autres volumes (MP) de fluide sont acceptés entre l anneau (S > et des butées (5e) en forme de secteur bloquées sur la partie fixe statorique (5) faisant corps avec elle et montrant lesdites plages planes (5A) avec des canaux d'équilibrage (13) percés dans lesdites butées (58). 14. Dispositif hydraulique selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'un circuit (i (18) alimente les vérins (17) en pression de pilotage (Pp) et un autre circuit (1bu) basé sur le transfert des volumes hydrauliques égaux synchronise les courses de déplacements des deux vérins. 15. Dispositif hydraulique selon l'une quelconque des revendications 7 et 14 caractérisé en ce que chaque vérin (17) montre une tige (17A) et une couronne (178) la couronne se déplaçant dans une chambre (19) pratiquée dans la pièce médiane (5) la section de la tige (17A) étant égale à la surface annulaire de la couronne et chaque vérin étant en application contre un anneau statorique mobile (6). 16. Dispositif hydraulique selon la revendication 6 caractérisé en ce que des cavités (20) sont prévues sur la surface latérale cylindrique de la pièce médiane fixe statorique (5) pour combattre une tendance à se déformer de la cage rotorique (3) sous l'effet des pressions différentielles, ces cavités étant soit reliees entre elles (pression MP) soit reliées à une pression HP ou une pression BP. 17. Dispositif hydraulique selon les revendications 1 à 12 caractérisé en ce que les palettes disposent d'un chanfrein d'attaque (23) dont l'angle correspond à l'angle de la rampe.