Brevet FR2705420A1 — publié le 19941125

"Transmission de puissance à vitesse variable" La présente invention concerne une trans- mission de puissance à vitesse variable et, plus particulièrement, une telle transmission de puissance dans laquelle on peut régler la vitesse de manière variable au moyen d'un train d'engrenages épicycliques et d'un coupleur électromagnétique. Avant de transmettre la puissance à la charge, on doit modifier convenablement la vitesse d'entraînement en rotation de la puissance de sortie d'une source d'énergie (telle qu'un moteur), en fonction des différents besoins. Par exemple, avant de transmettre la puissance de sortie rotative d'un moteur d'automobile aux roues motrices, on doit modifier convenablement la vitesse de rotation suivant l'état de la route, pour s'adapter aux besoins de la conduite et pour s'assurer qu'on obtient le meilleur rendement de puissance de sortie. A l'heure actuelle, la plupart des systèmes de changement de vitesse manuels d'automobile sont constitués de plusieurs jeux d'engrenages montés dans différents ensembles pour obtenir le changement de vitesse. Les défauts critiques sont notamment les suivants: 1. Le rapport de vitesses est limité à 5 vitesses au maximum sans densité adéquate, de sorte que la puissance de sortie du moteur ne peut être appliquée avec le rendement maximum. Si l'on doit augmenter le niveau du rapport de vitesses (c'est à dire utiliser un plus grand nombre de changements de vitesse), le nombre d'engrenages à ajouter augmente dans une large mesure ce qui conduit à des dimensions encombrantes et à une grande lourdeur. De plus, le mécanisme de changement de vitesse doit devenir très complexe ce qui n'est pas rentable économiquement. 2. Un effet de vibration se produit au moment du changement de vitesse. 3. Le changement de vitesse doit être effectué au moyen de l'embrayage. Bien qu'on dispose actuellement d'un mécanisme de changement de vitesse automatique (c'est à dire ce qu'on appelle une boîte automatique), ce mécanisme est basé sur l'utilisation d'un changement de vitesse automatique au moyen d'un accouplement à fluide associé à un train d'engrenages planétaires. Au moment du changement de vitesse, bien qu'on puisse éviter les défauts constatés dans le changement de vitesse manuel, ce mécanisme automatique est toujours limité à un rapport de vitesses à "4 variables" au lieu de constituer une transmission de puissance à vitesse variable. Par suite, ce mécanisme ne permet toujours pas d'appliquer la puissance du moteur avec le maximum de rendement. Compte tenu des défauts ci-dessus, le but de la présente invention est de créer une transmission de puissance à vitesse variable et, plus particuliè- rement, une transmission de puissance qui permette de régler la vitesse de manière variable au moyen du train d'engrenages épicycliques et du coupleur électromagnétique, de manière à supprimer les défauts indiqués ci-dessus. La transmission de puissance à vitesse variable selon la présente invention comprend un carter, un train d'engrenages épicycliques et un coupleur électromagnétique montés dans le carter, ce train d'engrenages épicycliques comprenant: un arbre d'entrée de puissance, un arbre de sortie de puissance, et un bras rotatif. Le coupleur électromagnétique comprend deux aimants. L'un des deux aimants est monté sur l'arbre d'entrée de puissance ou sur l'arbre de sortie de puissance. L'autre aimant est monté sur le bras rotatif. Ces aimants sont couplés l'un à l'autre. Ainsi, on peut régler de manière variable le rapport de vitesses défini entre l'arbre de sortie de puissance et l'arbre d'entrée de puissance, par le réglage variable de la force d'accouplement magnétique entre les deux aimants, ces aimants sont en acier électromagnétique. L'invention sera décrite ci-après en détails en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; et la figure 3 est un schéma par blocs du circuit de commande de la présente invention. En se référant aux figures 1 et 2, la transmission à vitesse variable 10 selon la présente invention comprend un train d'engrenages épicycliques 11 et un coupleur électromagnétique 12, le train d'engrenages épicycliques 11 comprenant un arbre d'entrée de puissance 13, un arbre de sortie de puissance 14, un bras rotatif 15, et des engrenages 16, 17, 18 et 19. Tous les éléments ci-dessus sont montés à l'intérieur d'un carter 20. Le coupleur électromagnétique 12 comprend un premier aimant 21 et un second aimant 22, le premier aimant 21 étant monté sur le bras rotatif 15 tandis que le second aimant 22 est monté sur l'arbre de sortie de puissance 14. Le premier aimant 21 et le second aimant 22 sont couplés l'un à l'autre par la force magnétique. L'un ou l'autre ou les deux aimants 21 et 22 peuvent être des aimants permanents. En se référant à la forme de réalisation représentée ici, les deux aimants 21 et 22 sont des électroaimants branchés respectivement à la source de puissance par des fils conducteurs 23, 24, 25 et 26, !5 par des balais 27, 28, 29 et 30, et par deux bagues de balais 31 et 32. Si l'on fait varier uniquement la vitesse de rotation du bras rotatif 15, la vitesse de sortie de l'arbre de sortie de puissance 14 doit également varier. Selon la présente invention, les deux aimants 21 et 22 sont montés respectivement sur le bras rotatif 15 et sur l'arbre de sortie de puissance 14, tandis que la tension appliquée aux deux aimants 21 et 22 est commandée par le circuit représenté à la figure 3, de manière à régler la force de couplage entre les deux pour régler ainsi la vitesse de rotation du bras rotatif 15 afin d'obtenir la puissance de sortie à vitesse variable de l'arbre de sortie 14. Pour s'assurer de pouvoir commander effica- cement la vitesse de l'arbre de sortie 14, on monte un détecteur de vitesse 35 sur l'arbre de sortie 14. Le détecteur de vitesse 35 comprend une bague rotative 36, une source de lumière 37 et un cristal de réception de lumière 38, la bague rotative 36 comportant au moins un trou de passage 39 permettant à la source de lumière 37 de projeter de la lumière à travers ce trou pour qu'elle soit reçue par le cristal de réception de lumière 38 afin de mesurer la vitesse de rotation de la bague rotative 36 - c'est à dire la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 14. En se référant à la figure 3, celle-ci représente le schéma du circuit de commande selon la présente invention. Ce circuit permet à l'utilisateur de modifier ou de régler la vitesse de l'arbre de sortie 14 suivant les besoins. De plus, la vitesse de réglage peut être stockée dans le compteur de vitesse 41 pour que celui-ci émette un signal Da. En outre, la fréquence de la vitesse instantanée obtenue par la mesure du détecteur de vitesse 35, peut être appliquée au tachymètre 42 pour que celui-ci émette un signal Db. Les deux signaux Da et Db doivent être introduits dans le comparateur 43 destiné à les comparer, et le résultat de la comparaison peut comprendre les trois situations suivantes, tandis qu'on peut faire varier le signal de sortie en fonction des différents résultats de la comparaison: 1. Si Da = Db, alors c = 0, a = 0, b = O 2. Si Da > Db, alors c = 1, a = 1, b = O 3. Si Da doit être transformée par le convertisseur numérique- analogique 47 (N/A), en un signal de tension analogique croissant en sortie, tout en déclenchant une diminution de tension au transistor 49 et en déclenchant en outre une augmentation de tension dans la bobine des deux aimants 21 et 22, de façon que l'attraction mutuelle entre les deux aimants 21 et 22 augmente pour produire une diminution de la différence de vitesse entre l'arbre rotatif 15 et l'arbre de sortie de puissance 14, de sorte que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie de puissance 14 se rapproche de la vitesse de rotation de l'arbre rotatif , c'est à dire qu'en d'autres termes la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 14 augmente. Grâce au fonctionnement du train d'engrenages épicycliques 11, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 14 augmente jusqu'à ce que Da = Db. Lorsque Da = Db, a = 0, b = 0, le compteur 46 doit s'arrêter et la tension fournie à la bobine 50 doit se stabiliser de façon que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie de puissance 14 puisse rester constante à la valeur préréglée. 2. Lorsque a = 0, b = 1, le compteur 46 doit compter en descendant et, comme c = 1, l'impulsion générée par l'oscillateur 44 peut pénétrer dans le compteur 46 par la porte ET 45. Le signal Dc émis par le compteur 46 concerne une tension décroissante qui doit être transformée par le convertisseur numérique- analogique 47 (N/A), en un signal de tension analogique décroissant en sortie, tout en déclenchant une tension croissante au transistor 49 et en déclenchant en outre une tension décroissante dans la bobine 51 des deux aimants 21 et 22, de façon que l'attraction mutuelle entre les deux aimants 21 et 22 diminue pour produire une diminution de la vitesse relative entre l'arbre rotatif 15 et l'arbre de sortie de puissance 14. Grâce au fonctionnement du train d'engrenages épicycliques 11, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie de puissance 14 diminue jusqu 'à ce que Da = Db. Lorsque Da = Db, a = 0, b = 0, le compteur 46 doit s'arrêter et la tension fournie à la bobine 50 doit se stabiliser de façon que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie de puissance 14 puisse rester constante à la valeur préréglée. 3. Lorsque a = 0, b = 0, le compteur 46 doit être coupé et, comme c = 0, l'impulsion générée par l'oscillateur 44 ne peut pénétrer dans l'horloge du compteur, de sorte que Dc reste inchangé, la résistance du transistor 49 reste inchangée, et le couplage magnétique généré par la bobine 50 reste également inchangé. Ainsi, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie de puissance 14 doit rester constante à la valeur préréglée. Lorsque Da = 0, Da doit aussitôt s'annuler pour permettre à la sortie du compteur de passer également à 0, tandis que la résistance du transistor 49 doit augmenter de manière illimitée pour permettre à la tension appliquée à la bobine 50 de passer à 0, de sorte que le couplage magnétique entre les aimants 21 et 22 doit passer à O et que la fonction de couplage entre les aimants 21 et 22 doit disparaître. Lorsque la vitesse N15 du bras rotatif 15 est égale à N13 (N15 représentant la vitesse de l'arbre rotatif 15 et N13 représentant le vitesse de l'arbre d'entrée 13), la vitesse de l'arbre de sortie de puissance 14 passe à 0. Selon la présente invention, on peut obtenir non seulement un réglage de vitesse variable pour le rapport de vitesses entre l'arbre de sortie de puissance 14 et l'arbre d'entrée 13, mais encore une fonction d'embrayage. Ce qui est le plus important est que la transmission de puissance à vitesse variable de la présente invention permet d'effectuer un réglage progressivement croissant de 0 jusqu'à la vitesse maximum (c'est-à-dire un réglage du rapport de vitesses allant progressivement de 0:1 jusqu'à 1:1), et permet également d'effectuer un réglage progressivement décroissant jusqu'à la vitesse 0, de manière à former une plage de réglage de vitesse très large et très dense. Si la présente transmission de puissance à vitesse variable est appliquée à une automobile pour effectuer des changements de vitesse, cette trans- mission permet d'effectuer un réglage variable de la vitesse en fonction de l'état de la route et des besoins du conducteur, au moyen du système de commande automatique approprié pour la commande automatique du signal Da. Comme le système de commande automatique ne fait pas l'objet de la présente invention, ce système ne sera donc pas utilisé selon la présente invention. Le train d'engrenages épicycliques 11 de la présente invention n'est pas limité à la forme de réalisation représentée ici, et l'on peut utiliser sans limitation n'importe quel autre type et n'importe quelle autre structure de train d'engrenages épicycliques (comme par exemple un train d'engrenages planétaires ou un train d'engrenages solaires et planétaires). De plus, les aimants 21 et 22 peuvent être montés par l'un quelconque des moyens ci-après. Comme le train d'engrenages épicycliques 11 comporte trois parties de sortie/entrée de puissance - le premier arbre de sortie/entrée de puissance 18, le second arbre de sortie/entrée de puissance 14 et le bras rotatif de sortie/entrée de puissance 15, et comme deux quelconques des trois parties peuvent servir respectivement d'arbre d'entrée de puissance ou d'arbre de sortie de puissance tandis que la partie restante des trois peut servir d'arbre de commande pour le réglage du rapport de vitesses, l'un ou l'autre des deux aimants 21 ou 22 doit être monté sur l'arbre de commande tandis que l'autre aimant 21 ou 22 peut être monté sur l'une quelconque des trois parties suivantes: arbre d'entrée de puissance, arbre de sortie de puissance et élément fixe pour le montage du carter du train d'engrenages épicycliques, et les aimants 21 et 22 doivent être couplés l'un à l'autre. Lorsque la présente transmission de puis- sance à vitesse variable est appliquée à une automobile pour un réglage de la vitesse, la puissance générée par le moteur doit être divisée en deux flux. L'un des flux de puissance peut être transmis directement à l'arbre d'entrée de puissance 13, tandis que l'autre flux peut entraîner le générateur pour produire de l'énergie électrique qu'on peut trans- former en énergie magnétique et mécanique au moyen du coupleur électromagnétique de la présente invention. Les deux flux de puissance doivent ensuite se mélanger de nouveau pour être finalement transmis par l'arbre de sortie de puissance 14. Ainsi, le coupleur électromagnétique 12 de la présente invention ne doit pas utiliser d'autres sources de puissance que la puissance de sortie du moteur. La présente invention est caractérisée en ce que: 1. On peut effectuer le réglage de vitesse variable pour s'assurer que la puissance de sortie du moteur est appliquée avec le rendement maximum. 2. On peut régler le rapport de vitesses de l'arbre de sortie de puissance 14 depuis la vitesse O jusqu'à la vitesse maximum, ce qui ne peut être effectué par aucun mécanisme de réglage de vitesse à l'heure actuelle. 3. On peut prérégler la force de couplage maximum dans le coupleur électromagnétique. Lorsque la charge a dépassé la charge maximum du moteur, le coupleur électromagnétique doit être automatiquement débrayé pour s'assurer que le moteur ne s'arrête pas pour une raison quelconque. R E V E N D I C A T I ONS ) Transmission de puissance à vitesse variable, caractérisée en ce qu'elle comprend: a. un carter (20); b. un train d'engrenages épicycliques (11) monté en fonctionnement à l'intérieur du carter; ce train d'engrenages épicycliques comprenant deux arbres d'entrée/sortie de puissance et un bras rotatif (15); et c. un coupleur électromagnétique (12) comprenant un premier aimant (21) et un second aimant (22) couplé au premier aimant; le premier aimant étant monté sur l'un des deux arbres d'entrée/sortie de puissance tandis que le second aimant est monté sur un bras rotatif (15); ce qui permet ainsi de régler la force de couplage entre les deux aimants pour régler le rapport de vitesses défini dans la partie de sortie de puissance et dans la partie d'entrée de puissance. ) Transmission de puissance à vitesses variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un ou l'autre des deux aimants (21-22) est en acier électromagnétique.