Brevet FR2674484A1 — publié le 19921002

La présente invention concerne un système de transmission avec changement de vitesse, principalement adapté pour une automobile actionnée électriquement; en particulier, l'application est faite à une automobile 5 électrique télécommandée Le changement de vitesse actionné manuellement permet d'effectuer un changement de vitesse en 3 modes. Des automobiles électriques télécommandées ont été conçues ces dernières années avec un niveau de qualité satisfaisant en résultat des perfectionne- ments réalisés en technologie radio Cependant, la transmission mécanique adoptée dans ce domaine n'a pas encore ét' modifiée pour tenir compte des perfection- nements obtenus en technologie radio L'automobile électrique conventionnelle utilise un moteur électrique à courant continu et un simple système de transmission qui est composé d'un dispositif différentiel simplifié. En changeant le rapport de transmission du dispositif de transmission, il est possible de sélectionner un couple correct pour satisfaire à l'impératif de transmis- sion d'énergie. Cependant, le type général d'automobile électri- que télécommandée n'est pas équipé d'un système de changement de vitesse efficace pour permettre à l'automo- bile commandée de mieux fonctionner en réponse à la condition d'entraînement. L'inventeur a consacré une longue période de temps à l'étude du système de transmission dans une automobile électrique et il en est finalement arrivé à un système de changement de vitesse actionné manuelle- ment. L'objet principal de la présente invention est de créer un système de changement manuel de vitesse principalement adapté pour une automobile actionnée électriquement, o on utilise un moteur conçu spéciale- ment, qui comporte un stator rotatif constitué de sa carcasse et un rotor Le stator rotatif est mobile par rapport au rotor et le moteur sert de source d'énergie pour l'automobile Deux différentiels constitués d'engre-5 nages ayant des rapports d'engrènement différents sont utilisés pour commander le fonctionnement des roues. Ainsi, au moyen d'un blocage sélectif des arbres de transmission de l'automobile, il est possible de faire varier en correspondance la vitesse des roues.10 Selon une caractéristique du dispositif de transmission conforme à l'invention, celui-ci comprend dans l'essentiel: un moteur électrique à rotation relative, servant de source d'énergie pour le véhicule actionné électrique- ment et comportant deux arbres de sortie; un élément aileté avant circulaire en association avec un desdits arbres de sortie dudit moteur électrique à rotation relative; un élément aileté arrière circulaire en association avec l'autre arbre de sortie dudit moteur électrique à rotation relative; deux embrayages centrifuges disposés en juxtaposition respectivement audit élément aileté avant et audit élément aileté arrière; deux arbres de transmission reliés par une extrémité respective avec lesdits embrayages centrifuges; deux mécanismes différentiels avant et arrière reliés à l'autre extrémité respective desdits arbres de transmis- sion correspondants; _ un levier de commande comportant une fourche en forme de C, pourvue de deux branches qui peuvent être sélective- ment amenées au contact dudit élément aileté avant circulaire ou dudit élément aileté arrière circulaire de façon à bloquer un desdits éléments ailetés circulaires de façon qu'il ne tourne ras lorsque ledit levier de commande est déplacé par pivotement de part et d'autre d'une position neutre de ce levier, en permettant ainsi de bloquer un desdits arbres de sortie de manière qu'il ne tourne pas. Selon une autre caractéristique du systè- me de transmission conforme à l'invention, le moteur électrique à rotation relative intervenant dans ce système comprend dans l'essentiel: un stator formé par la carcasse extérieure du moteur et qui est pourvu d'un arbre de sortie lié unitairement à ladite carcasse et faisant saillie du moteur, cet arbre de sortie étant supporté à rotation par un palier de telle sorte que ledit stator puisse tourner librement; un rotor disposé à l'intérieur dudit stator et supporté à rotation par des paliers situés respectivement à chaque extrémité de ladite carcasse, ledit rotor compor- tant un arbre faisant saillie à l'extérieur comme pour un moteur électrique commun ledit rotor ayant les mêmes pôles magnétiques et les mêmes enroulements qu'un moteur électrique commun; il est prévu sur la surface extérieure dudit stator extérieur deux bagues en cuivre qui sont en contact constant avec deux balais en carbone de façon à permettre la transmission de l'énergie électrique d'une batterie audit moteur électrique à rotation relative; ledit moteur électrique à rotation relative étant caractérisé en outre en ce que ledit stator extérieur peut tourner dans un sens opposé à celui du rotor de manière que de l'énergie puisse être transmise à la sortie au moyen des deux arbres de sortie. Selon encore une autre caractéristique du système de transmission conforme à l'invention, les embrayages centrifuges sont remplacés par deux mécanismes d'encliquetage du type clé à tirefonds qui sont réglés selon trois options de telle sorte que les mécanismes d'encliquetage puissent être tournés seulement dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire ou sans retenue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de transmission classique; la figure 2 est une vue en perspective et en coupe du moteur à rotation relative intervenant dans le système de transmission de la présente invention; la figure 3 est un schéma montrant le dispositif de transmission à changement de vitesse en 3 modes; la figure 4 est une vue en plan de la figure 3; la figure 5 est une vue schématique montrant l'embrayage centrifuge de la présente invention; la figure 6 est un schéma montrant un mécanisme d'encli- quetage du type clé à tirefonds, qui peut être actionné sélectivement. En référence à la figure 1, un mécanisme différentiel conventionnel est relié au moteur par l'intermédiaire d'un joint universel Dl et d'un arbre rotatif D 2 L'extrémité de l'arbre rotatif D 2 est reliée à un pignon hélicoïdal D 3 qui est en prise avec la couronne dentée D 4 du mécanisme différentiel Deux pignons satellites sont en prise avec la couronne rotative D 4 de telle sorte que l'énergie du moteur puisse être transmise respectivement à un arbre d'entraînement de gauche D 61 et à un arbre d'entraînement de droite D 62 Comme cela est bien connu, lorsqu'un des arbres d'entraînement D 61 ou D 62 est bloqué de façon à ne pas tourner, l'autre arbre d'entraînement D 62 ou D 61 recevra toute l'énergie provenant du moteur Cette idée constitue l'idée centrale de la présente invention. Comme indiqué sur la figure 2, un moteur électrique 1 de conception spéciale, qui est appelé un moteur à rotation relative, est utilisé comme la source d'énergie de l'automobile électrique de la présente invention Ce moteur spécial est agencé de façon à comporter une carcasse extérieure tournante servant de stator 11 pour le moteur, ainsi qu'un rotor intérieur 12, le stator et le rotor tournant dans des sens opposés lorsque le moteur électrique est en fonctionnement. En conséquence l'énergie produite par le moteur électrique 1 à rotation relative peut être transmise à la sortie dans les deux sens. Pour permettre au stator extérieur 11 de tourner librement, le courant électrique est introduit dans le moteur électrique par l'intermédiaire de deux bagues en cuivre 141, 142 qui sont disposées sur son stator extérieur Le courant électrique fourni par une batterie peut être appliqué au moteur 1 par l'inter- médiaire de deux balais en carbone 13 correspondants de telle sorte que le stator extérieur 11 puisse tourner sans obstruction. A chaque extrémité du stator 11, il est prévu un palier 15 qui est destiné à supporter le rotor 12 pour lui permettre de tourner uniformément L'arbre 121 du rotor 12, qui fait saillie à l'extérieur, est identique à celui d'un moteur électrique conventionnel 1 et sert d'arbre de sortie d'énergie Un autre arbre de sortie d'énergie 111 est disposé unitairement à l'autre extrémité du stator extérieur 11, en faisant saillie de celui-ci et en étant supporté par un palier 16 de manière à permettre la transmission de l'énergie du moteur Les pôles magnétiques internes et les enroule- ments du moteur électrique sont identiques à ceux d'un moteur classique Le moteur électrique peut être conçu avec soin de façon que les inerties en rotation du stator extérieur 11 et du rotor intérieur 12 soient identiques En conséquence, les éléments de sortie du moteur électrique 1, c'est-à-dire le stator extérieur 11 et le rotor intérieur 12, peuvent fournir respective- ment la moitié de l'énergie de sortie. Lorsque l'arbre de sortie 111 du stator 11 est bloqué de façon à ne pas tourner, toute l'énergie du moteur électrique 1 est transmise à l'arbre 121 du rotor 12, et inversement On se rend compte que le moteur électrique à rotation relative conçu spéciale- ment comme décrit ci-dessus peut remplir la même fonction qu'un mécanisme différentiel pour équilibrer la trans- mission d'énergie. Pour expliquer de façon claire les modes de fonctionnement du système de transmission à changement manuel de vitesse de la présente invention, on va décrire dans la suite un processus de changement de vitesse en 3 modes. En référence aux figures 3 et 4, le moteur électrique 1 à rotation relative sert de source d'énergie et il est constitué du stator extérieur 11 et du rotor intérieur 12 L'énergie engendrée par le moteur électrique 1 est transmise, par l'intermédiaire d'un élément aileté avant 51 et d'un élément aileté arrière 52 et également par l'intermédiaire des embrayages centrifuges 41, 42, aux arbres de transmission 21, 22 et finalement aux mécanismes différentiels avant et arrière 1 D, 2 D. En outre, quatre arbres rotatifs 31, 32, 33 et 34 sont utilisés pour transmettre l'énergie produite par le moteur aux pneumatiques respectifs 81, 82, 83, 84. Un levier de commande 7, pourvu à une extrémité d'une fourche 71 en forme de C, est monté à pivotement sur un pivot 72, comme indiqué par les lignes en pointil- lés sur la figure 4 La fourche 71 comporte deux branches 711, 712 Quand le levier de commande 7 est placé dans une position neutre, les deux branches 711, 712 sont écartées des surfaces des éléments ailetés 51, 52 de sorte que l'énergie produite par le stator 11 et le rotor 12 du moteur électrique peut être transmise à5 la sortie Une fois que le levier de commande 7 est amené par pivotement dans une position o la branche 711 est en contact avec l'élément aileté 51, le stator 11 est bloqué sans pouvoir tourner et en en conséquence l'énergie produite par le moteur électrique 1 est transmi- se en totalité au rotor 12 De la même manière, une fois que le levier de commande 7 a été amené dans une position o la branche 712 est appliquée contre l'élément aileté arrière 52, l'énergie produite par le moteur électrique 1 est transmise par l'intermédiaire du stator extérieur 11 Les embrayages centrifuges 41, 42 permet- tent aux arbres de transmission 21, 22 de tourner libre- ment même quand les éléments ailetés avant et arrière 51, 52 sont bloqués de sorte qu'il n'existe pas de condition de freinage. La description faite ci-dessus montre qu'il existe trois modes différents de réglage de vitesse qui sont produits par le système de changement manuel de vitesse décrit. Si le mécanisme différentiel avant l D comporte une couronne D 4 qui est en prise avec le pignon hélicoï- dal D 3 disposé à l'extrémité de l'arbre de transmission 21, en établissant le rapport de transmission 3: 1, en référence à la figure 1, et si le rapport de transmis- sion entre la couronne D 4 du mécanisme différentiel arrière 2 D et le pignon hélicoïdal D 3 fixé à l'extrémité de l'arbre de transmission 22 est 3: 2, et également si la vitesse de rotation du moteur électrique 1 est de 9 000 tr/min, les conditions suivantes peuvent être produites: 1 Lorsque les arbres de transmission 21, 22 peuvent tourner librement, le rotor du moteur électrique peut transmettre une vitesse de 6000 tr/min à l'arbre de transmission 21 et les arbres d'entraînement des roues avant peuvent tourner à une vitesse de 6000 xI/3 = 2000 tr/min En outre, le stator extérieur du moteur électrique peut transmettre une vitesse de 3000 tr/min à l'arbre de transmission 22 et les arbres des roues arrière peuvent atteindre une vitesse de 3000 x 2/3 = 2000 tr/min Lorsque les quatre roues sont entraînées à la même vitesse, l'automobile peut se déplacer sur une surface uniforme. 2 Lorsque l'arbre de transmission 22 associé au stator extérieur du moteur électrique est bloqué sans pouvoir tourner, la vitesse de 9000 tr/min produite par le moteur électrique sera transmise par l'intermédiai- re du rotor à l'arbre de transmission 21, les vites- ses de rotation des arbres des roues avant étant alors augmentées jusqu'à 9 000 x 1/3 = 3 000 tr/min ( vitesse de roue), de sorte que la vitesse de l'automobile est augmentée. 3 Lorsque l'arbre de transmission 22 associé au stator extérieur du moteur électrique est libéré de façon à tourner avec l'arbre de transmission 21 accouplé au rotor qui est alors bloqué, la vitesse du moteur électrique, c'est-à-dire 9000 tr/min, sera transmise à l'arbre de transmission 22 et les arbres des roues arrière atteindront une vitesse de 9000 x 2/3 = 6000 tr/min, c'est-à-dire que le véhicule se déplacera encore plus rapidement. Dans le cas o un des deux arbres de transmis- sion 21, 22 est bloqué sans pouvoir tourner, les roues avant ou arrière peuvent encore être entraînées de manière à tourner en même temps que les roues associées à l'arbre de transmission libéré grâce à l'utilisation des embrayages centrifuges L'explication théorique donnée ci-dessus pour montrer comment les vitesses des roues sont modifiées peut être développée de la manière suivante. Dans la première application indiquée ci-dessus, on peut considérer que l'automobile est enclenchée dans le premier rapport qui permet d'obtenir un plus grand couple pour produire un déplacement des roues immobiles. Dans la seconde application, l'automobile est considérée comme se trouvant dans le second rapport et seulement les roues avant sont entraînées; le véhicule est plus aisément commandé pour négocier des virages et il est commodément accéléré Dans cette condition, l'automobile convient pour une route à tournants. Dans la troisième application, le véhicule est placé identiquement dans le troisième rapport et seulement les roues arrière sont entraînées; dans cette condition, l'automobile est mieux appropriée pour accélérer sur une route en ligne droite Quand le véhicule est en mouvement, il ne faut pas un grand couple d'entraînement et le troisième rapport convient pour obtenir une marche à grande vitesse. En outre l'embrayage centrifuge peut être remplacé par un mécanisme d'encliquetage qui peut remplir la même fonction que l'embrayage centrifuge Cependant le-mécanisme d'encliquetage empêchera l'énergie produite par le moteur électrique d'être transmise aux roues lorsque le moteur est entraîné en rotation dans le sens inverse pour faire déplacer le véhicule en marche arrière Dans cette condition, le moteur électrique est incapable de produire de l'énergie à sa sortie. Pour remédier à cet inconvénient, on utilise un mécanisme d'encliquetage du type clé à tirefonds, qui comporte une position neutre ainsi que des positions de rotation vers la droite et de rotation vers la gauche afin de permettre au mécanisme d'encliquetage d'être réglé selon trois options o l'encliquetage est limité à tourner seulement dans le sens des aiguilles d'une5 montre ou dans le sens contraire ou bien à tourner sans aucune obstruction Le mécanisme d'encliquetage du type clé à tirefonds peut être conçu d'une manière classique comme celui qui est indiqué sur la figure 6. il RIYENDICATIONS 1 Système de transmission à variation de vitesse, spécialement adapté pour un véhicule actionné électrique- ment et caractérisé en ce qu'il comprend dans l'essentiel: un moteur électrique ( 1) à rotation relative, servant de source d'énergie pour le véhicule actionné électrique- ment et comportant deux arbres de sortie ( 111, 121); un élément aileté avant circulaire ( 51) en association avec un ( 111) desdits arbres de sortie ( 111, 121) dudit moteur électrique à rotation relative; un élément aileté arrière circulaire ( 52) en associa- tion avec l'autre arbre de sortie ( 121) dudit moteur électrique à rotation relative; deux embrayages centrifuges ( 41, 42) disposés en juxtaposition respectivement audit élément aileté avant ( 51) et audit élément aileté arrière ( 52); deux arbres de transmission ( 21, 22) reliés par une extrémité respective avec lesdits embrayages centrifuges ( 41, 42); deux mécanismes différentiels avant et arrière ( 1 D, 2 D) reliés à l'autre extrémité respective desdits arbres de transmission correspondants ( 21, 22); un levier de commande ( 7) comportant une fourche ( 71) en forme de C, pourvue de deux branches ( 711, 712) qui peuvent être sélectivement amenées au contact dudit élément aileté avant circulaire ( 51) ou dudit élément aileté arrière circulaire ( 52) de façon à bloquer un desdits éléments ailetés circulaires ( 51, 52) de façon qu'il ne tourne pas lorsque ledit levier de commande ( 7) est déplacé par pivotement de part et d'autre d'une position neutre de ce levier, en permettant ainsi de bloquer un desdits arbres de sortie ( 111, 121) de'manière qu'il ne tourne pas. 2 Système de transmission à variation de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moteur électrique ( 1) à rotation relative comprend dans l'essentiel: un stator ( 11) formé par la carcasse extérieure du moteur et qui est pourvu d'un arbre de sortie ( 111) lié unitairement à ladite carcasse et faisant saillie du moteur, cet arbre de sortie ( 111) étant supporté à rotation par un palier ( 1 6) de telle sorte que ledit stator ( 11) puisse tourner librement; un rotor ( 12) disposé à l'intérieur dudit stator ( 11) et supporté à rotation par des paliers ( 15) situés respectivement à chaque extrémité de ladite carcasse, ledit rotor ( 12) comportant un arbre ( 121) faisant saillie à l'extérieur comme pour un moteur électrique commun;- ledit rotor ( 12) ayant les mêmes pôles magnétiques et les mêmes enroulements qu'un moteur électrique commun; il est prévu sur la surface extérieure dudit stator extérieur ( 11) deux bagues en cuivre ( 141, 142) qui sont en contact constant avec deux balais en carbone ( 13) de façon à permettre la transmission de l'énergie électrique d'une batterie audit moteur électrique ( 1) à rotation relative; ledit moteur électrique ( 1) à rotation relative étant caractérisé en outre en ce que ledit stator extérieur ( 11) peut tourner dans un sens opposé à celui du rotor ( 12) de manière que de l'énergie puisse être transmise à la sortie au moyen des deux arbres de sortie ( 111, 121 >. 3 Système de transmission à variation de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits embrayages centrifuges ( 41, 42) sont remplacés par deux mécanismes d'encliquetage du type clé à'tirefonds qui sont réglés selon trois options de telle sorte que les mécanismes d'encliquetage puissent être tournés seulement dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire ou sans retenue.