Brevet FR2616869A1 — publié le 19881223

La presente invention concerne un convertisseur de couple mecanique du type a différentiels. Depuis plus de quarante ans, on a étudie des convertisseurs de couple conçus de façon à remplacer les boites de vitesses classiques constituées de jeux d'engrenages. En effet, les convertisseurs de couple présentent l'avantage d'utiliser au maximum les performances d'un moteur en maintenant ce dernier plus longtemps au régime o il donne son couple maximum. A l'heure actuelle, la plupart des convertisseurs de couple utilisés dans l'industrie automobile sont des convertisseurs hydrauliques et mécaniques. Le présent titulaire a été amené il y a quelques années à étudier es mettre au point un nouveau convertisseur de couple simple, robuste, d'un prix raisonnable et d'un entretien facile. Un tel convertisseur de couple, qui est de type mécanique, est décrit d'une part dans le brevet français numero 75 i31 06e, publié sous le numéro 2 327 457 et son certificat d'addition numero 79 05 143, publié sous le numero 2 450 385 et d'autre part dans le brevet français numéro 86 958 depose le 24 Avril 1986. Ce convertisseur de couple et ses ameliorations sont également décrits dans le brevet américain 4 077 278, dans la demande de brevet japonais correspondante N- 106 187/76 et dans les demandes de brevet européen Ne 87 400 807.1, americain en cours du 14 Avril 1987 et japonais également en cours déposée le 24 Avril 1987. Ces convertisseurs de couple originaux agissent par rétroaction différentielle et ils se composent de deux différentiels associes de façon que la cage, à l'entrée du premier differentiel, reçoive la puissance à transmettre et que la cage à la sortie du second différentiel entraine l'organe récepteur, les deux différentiels ayant leurs arbres entraînés par les planétaires accouplés deux par deux, d'un même côté, par deux trains d'engrenages. Dans les brevets français mentionnés ci-dessus, aucune disposition particulière n'a été décrite en ce qui concerne la prévision et le contrôle des rapports effectifs de vitesses d'entrée et de sortie. En conséquence, la présente invention se propose d'apporter des perfectionnements à de tels convertisseurs de couple mécaniques agissant par rétroaction différentielle et elle est relative à un mode de calcul et de réalisation d'un système de contrôle de la valeur de sortie maximale d'un tel convertisseur. L616869 Dans un tel convertisseur de couple mecanique, les paramètres de construction peuvent permettre d'obtenir un champ bien détermine de rapport de vitesses et de conditions d'accélération permettant ainsi de concevoir et de réaliser un convertisseur particulièrement bien adapté à l'application choisie. En effet, un convertisseur constitué par la combinaison de deux différentiels conformément aux dispositions décrites dans les brevets mentionnés ci-dessus, mais dépourvu des moyens de contrôle qui font l'objet de la présente invention, fonctionne certes, mais le champ de ses performances est singulièrement réduit tant du point de vue de la puissance transmise que du point de vue de l'intervalle qui sépare les rapports extrêmes de vitesses et d'accélérations obtenus. Dans le cas de la réalisation d'un convertisseur mécanique a différentiels selon les brevets mentionnes ci-dessus, les deémultiplications assurant les liaisons entre les deux différentiels associes sont construites sans autre contrainte que celles qui consistent dans la definition des modules et dans la détermination des matériaux nécessaires à la solidité du systeme de transmission réalisé. Pour obtenir les performances recherchees et mentionnées ci-dessus, l'expérience montre qu'il est necessaire de prévoir en outre des moyens contrôlant les réactions dynamiques du groupe de pignons ou roues dentées intermédiaires c'est à dire des planétaires et des satellites du systeme. Selon l'invention, ces moyens sont bases sur le principe qui consiste à définir le moment d'inertie de chaque pignon ou roue dentée du groupe intermédiaire et plus particulièrement les planétaires et les engrenages du différentiel d'entrée de la puissance. Pour mieux faire comprendre les perfectionnements objets de l'invention, il convient tout d'abord de rappeler la constitution d'un convertisseur tel quE décrit dans les brevets mentionnés ci-dessus. Un tel convertisseur a éti représenté de façon schématique sur la figure 1 des dessins annexés, Les références 10 et 11 désignent les deux différentiels dont le combinaison particulière constitue le convertisseur de couple mécanique selo! l'invention. L'arbre d'entrée 12 solidaire de la cage du premier différentiel 1 Z616869 planétaires 22 et 23, respectivement des différentiels 10 et 1i, sont accouples par i'intermédiaire de deux engrenages ou trains d'engrenages 24 et 25 de rapport N également déterminé. En fonctionnement, lorsque l'arbre d'entrée 12 reçoit la puissance a transmettre (vitesse VE, couple CE) les deux différentiels ainsi accouples équilibrent le couple Cs et la vitesse VS sur l'arbre de sortie 13 afin de vaincre le couple résistant de l'organe récepteur. On obtient donc ainsi une variation de la vitesse Vs conjuguée à une variation en sens inverse du couple Cc sans que la vitesse d'entrée VE et le couple d'entrée CE varient. On comprend que le mouvement des deux planétaires 16 et 17 s'équilibre dynamiquement lorsque les deux forces du couple qui agissent aux points de contact du satellite d'entrainement solidaire de l'arbre 12 avec le planétaire 16 et du planétaire 17 avec le satellite entraine et solidaire de l'arbre de sortie 13, sont égales. Dans ce cas, et dans ce cas seulement, les deux vitesses de rotation des roues de la démultiplication sont constantes et, simultanément, soit le satellite ne tourne pas, soit il est entraine à vitesse constante. Les forces du couple moteur qui sont appliquées aux voies planetaires 1617 et 22-23 communiquent à chacune de ces voies une accélération qui permet a chaque ensemble planétaire d'atteindre une certaine vitesse qui dépend d'une part de la charge résistante sur l'arbre de sortie et, d'autre part, de l'inertie de sa roue planetaire, de son arbre et de sa roue de démultiplication qui est, elle aussi, solidaire de l'arbre planétaire. Enfin, il faut tenir compte également de l'inertie de toute roue ou masse entraînée en aval du même planétaire, afin de calculer l'équilibre des vitesses demandées. On sait que le poids des roues standard est sensiblement proportionnel au cube de leur diamètre, dans une série déterminée. Dans ce cas, il est clair que le montage des roues de démultiplication qui réalise la liaison entre les deux différentiels 10 et 11 est tel que la roue de grand diamètre 18 (grand rapport), située du côté de ce qu'il convient d'appeler la voie de vitesse du système est plus lourde que la roue de petit diamètre 24 située sur l'arbre du planétaire 22 qui constitue le côté appelé voie du couple (petit rapport). Par conséquent, l'inertie de la roue 24 côté voie de couple est plus faible que l'inertie de la roue 18 c6té voie de vitesse et cette roue sollicitée par le moment moteur subira donc une accélération plus importante que celle à laquelle est soumise la roue lourde 18 située côté vitesse. 6 16869 Or, la théorie cinématique d'un tel convertisseur a différentiels montre que la plus grande vitesse de sortie possible s'obtient lorsque la charge résistante de sortie est nulle et que les deux planétaires du difféirentiei d'entrée 10 tournent à la méme vitesse que la cage de ce différentiel d'entree. Comme la vitesse de sortie résultant de la répartition du mouvement d'entrée est relativement faible et qu'elle peut même être très proche de la vitesse minimale théorique, un tel convertisseur perd alors la plus grande partie de son champ de performance théorique. Ainsi, lorsque le rapport des vitesses atteint une certaine valeur, les forces du couple moteur sur le satellite d'entraînement s'égalisent et les deux planétaires 16 et 17 tournent à des vitesses constantes. Comme la répartition des vitesses resulte de l'inertie des roues intermediaires, il suffit de calculer le poids approprie de chaque roue afin d'obtenir les moments d'inertie convenables permettant d'engendrer l'équilibre des vitesses souhaité. La présente invention concerne donc un système convertisseur de couple mécanique agissant par retroaction différentielle, comportant deux différentiels associés, la cage du premier différentiel recevant la puissance de l'arbre d'entrée du mouvement moteur et l'arbre de sortie de la cage du second différentiel entraînant l'arbre de sortie du système, les deux differentiels ayant leur quatre planetaires accouples deux par deux, ce système convertisseur de couple étant caractérisé en ce que une ou plusieurs des roues des planetaires des différentiels sont réalisees selon un poids déterminé de manière à obtenir les moments d'inertie appropriés à l'obtention de l'équilibre des vitesses et deE accélérations désiré, Selon l'invention, le poids des roues desdits planétaires peut être ajusté soit par allégement, soit par alourdissement, soit par addition d'une roue d'inertie, liée à des arbres planétaires, soit encore par simulation d'un effe, d'inertie en vue d'obtenir les moments d'inertie recherchés. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence au dessin annexé qu illustre à titre d'exemples non limitatifs divers modes de réalisation d, l'invention. Sur le dessin: La.figure 1 représente un convertisseur de. couple mécanique selon le! brevets mentionnés ci-dessus muni du perfectionnement selon l'invention et Les figures 2 à 8 sont des vues schématiques représentant divers exemple de réalisation des roues des planétaires du différentiel d'entrée d convertisseur illustré par la figure 1, ces roues ayant ete soit allegées (figures 2, 3 et 5), soit alourdies par divers moyens decrits ci-apres figures 4, 6, 7 et 8). Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, dans cet exemple de réalisation non limitatif, la grande roue 18 de démultiplication du groupe planétaire côte vitesse du différentiel d'entrée 10 a été allégé par amincissement de la plus grande partie de son flasque. Cette roue 18 est représentée en coupe verticale et & échelle agrandie sur la figure 2. Sur ce méme exemple de réalisation de l'invention illustré par la figure 1, la petite roue 24 de démultiplication du groupe planétaire de ce différentiel d'entrée 10 est accolée à un volant 26 dont la forme et le choix des matériaux permettent d'obtenir le supplément de moment d'inertie détermines par le calcul. L'ensemble petite roue 24 et volant d'inertie 26 a été représente & plus grande echelle et en perspective sur la figure 4. On peut bien entendu envisager 'd'autres solutions permettant de déterminer le poids de chaque roue et d'obtenir ce poids en vue de l'obtention des moments d'inertie permettant d'engendrer l'équilibre des vitesses souhaité. Sur l'exemple de réalisation illustre en perspective par la figure 3, la grande roue 18' du groupe planétaire côte vitesse a eté allégée par forage de trous dans son flasque et dans l'exemple de réalisation illustre en perspective sur la figure 5, cet allégement de la grande roue 18" a été obtenu en réalisant ces trous sous la forme d'un pignons a rayons. En ce qui concerne l'alourdissement de la petite roue 24 du groupe planétaire côté couple, celui-ci peut être réalisé àl'aide d'un volant doté d'un moyen d'accouplement et de désaccouplement sur la petite roue, ce moyen d'accouplement et de désaccouplement pouvant être du type mécanique, hydraulique, ou électromagnétique. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 7, on a prévu un engrenage supplémentaire 30 en prise sur la petite roue de démultiplication 24' (côté voie couple), ces deux pignons présentant un rapport déterminé et faisant tourner un volant d'inertie 26' assurant la régulation de l'équilibre. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 6 qui représente en coupe verticale un volant devant être associé à la petite roue de démultiplication 24 26 106869 ainsi réalise, soit naturellement par l'action de la force centrifuge, plaquant le liquide vers l'exterieur, soit par l'intermédiaire de clapets controlant la distribution du fluide sous pression admis dans le volant creux 27 ainsi réalise. On peut aussi modifier le moment d'inertie d'une roue planetaire par le déplacement radial de masselottes 40 et 41 (voir la figure 8), articulées sur des axes de rotation 42 et 43 solidaires de l'arbre planétaire 44 par l'intérmediaire d'un disque 45, servant de support. Le rappel vers le centre est assure, par exemple par des ressorts 46 et 47. Il est naturellement possible d'envisager toute autre solution permettant de modifier le moment d'inertie de la grande roue 18 et de la petite roue 24.. C'est ainsi que, par exemple, on peut utiliser un moteur accélérant la vitesse de la grande roue 18 coté vitesse, par simulation d'une roue allégée et que l'on peut utiliser un frein ralentissant la vitesse de la petite roue 24 côte couple de maniere a simuler une roue alourdie. 26 6869 REVENDICATIONS 1- Système convertisseur de couple mécanique agissant 'par retroaction différentielle, comportant deux différentiels associés, la cage du premier différentiel recevant la puissance de l'arbre d'entrée du mouvement moteur et l'arbre de sortie de la cage du second différentiel entraînant l'arbre de sortie du système, les deux différentiels ayant leur quatre planétaires accouplés deux par deux, ce système convertisseur de couple étant caractérisé en ce que une ou plusieurs roues des planétaires (18, 19, 24, 25) des différentiels (10, 11) sont réalisées selon un poids déterminé de manière à obtenir les moments d'inertie appropriés à l'obtention de l'équilibre des vitesses et des accélérations désiré. 2- Système convertisseur de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roẻ (18) de démultiplication du groupe planétaire, côté voie de lavitesse, du différentiel d'entrée (10) est allege par amincissement de la plus grande partie de son flasque. 3- Système convertisseur de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue (18') du groupe pianetaire côte voie de la vitesse est allegee par forage de trous dans son flasque. 4- Systeme convertisseur de couple selon la revendication 1, caractérise en ce que l'allégement d'une roue côté voie de la vitesse est obtenu en réalisant.cette roue sous la forme d'une roue (i8") à rayons. - Systeme convertisseur de couple selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise en ce que l'alourdissement d'une roue (24) de démultiplication du groupe planétaire du différentiel d'entrée côté voie de couple est obtenu en accolant cette roue à un volant (26) dont la forme et le choix des matériaux permettent d'obtenir le supplément de moment d'inertie voulu. 6- Système convertisseur de couple selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alourdissement d'une roue (24) du groupe planétaire côté voie de couple est réalisé à l'aide d'un volant muni de moyens d'accouplement et de désaccouplement (30), pouvant être mécaniques, hydrauliques, pneumatiques ou électromagnétiques. 7- Système convertisseur de couple selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'on prévoit un engrenage supplémentaire (30) en prise sur une roue de démultiplication (24') côté voie de couple,. ces deux pignons (24', 30) présentant 6 16869 un rapport détermine et faisant tourner le voiant d'inertie t26') qui assure la régulation de l'équilibre. 8- Systeme convertisseur de couple selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérise en ce que le volant (27) est réalisé sous la forme d'un flasque creux pouvant contenir un liquide tel que de l'eau, de l'huiie du mercure, qui est délivré par l'intermédiaire d'un canal d'alimentation (293 disposé selon l'axe de l'arbre de rotation (28) afin de modifier l'effet d'inertie du volant d'inertie ainsi réalisé et accolé à la roue du groupe planétaire côté voie de couple, soit naturellement sous l'action de la force centrifuge plaquant le liquide vers l'extérieur, soit par l'intermédiaire de clapets contrôlant la distribution du fluide sous pression admis dans ce volant creux. 9- Systeme convertisseur de couple selon l'une quelconque des revendications 1 a 8, caractérise en ce que le volant d'inertie comporte des masselottes (40, 41,i), dont le mouvement libre ou commandé déplace le centre dE gravité desdites masselottes suivant une direction radiale, ce qui a pour effet de réduire ou d'augmenter le moment d'inertie total du système volant- masselottes. - Systeme convertisseur de couple selon la revendication 1 caractérise en ce que l'on utilise un moteur accélérant la vitesse d'une roue (18) du group planétaire du différentiel d'entree simulant ainsi une roue allégee et en ce qu( l'on utilise un frein ralentissant la vitesse d'une roue du planetaire de ce differentiel d'entrée de manière & simuler une roue alourdie.