Brevet FR2710959A1 — publié le 19950414

La présente invention a pour objet un réducteur-variateur de vitesse à variation continue et indépendante par moteur auxiliaire. dit "secondaire" actionnant une vis-sans-f in.qui limite la rotation d'une roue reliée à la transmission principale dite primaire dont on veut faire varier la vitesse de sortie,par l'intermédiaire d'un porte satellite. Un tel dispositif faisant l'objet du Brevet Fr.91 01117 du présent demandeur.d'autre part.selon le Brevet Fr.1.537.937 il est connu que dans un tel dispositif.la vis-sans-fin et --------- sa roue doivent Autre irréversible sans préciser leur rapport ou là la limite du réversible" et sans indiquer les sens de rotation Enfin le Brevet US.A.4.973.295 décrit un système semblable sans préciser le rapport "roue vis" mais en précisant que celui-ci doit être à la limite de la réversibilité et de l'irréversibilité ce qui ne peut étre établi qu'en fonction d'une charge précise transmise par le variateur. ce qui est rarement le cas qui implique que dans le cas de variation de charge,la correction soit à la charge du moteur de gestion ce qui nécessite qu'il soit d'une puissance trop élevée,(le demandeur indiquant d'ailleurs la nécessité d'un moteur de gestion. de 368 Watts à 2944 Watts ---------- et l'utilisation d'un ordinateur pour gérer les rapports de vitesse,le prix de revient d'un variateur d'une tel conception serait trop élevé et impossible à adapter à l'automobile. Le réducteur-variateur,décrit dans la dite demande antérieure du présent demandeur résulte de la combinaison de 2 réducteurs d'un type différent, t'un à vis-sans-fin appelé dans l'invention réducteur secondaire et. I'autre à planétaire nu satellite appelé dans l'invention réducteur primaire et illustré; par la figure -en coupe longitudinale fournie à titre de rappel. Le réducteur primaire est composé d'un arbre(1) moteur muni à son extrémité d'un pignon(2) engrené sur au moins un pignon(3) dit satellite d'une part gravitant autour du pignon(2) moteur et dont l'axe(6) est parallèle à l'arbre(1) et d'autre part engrené à son extérieur avec une couronne(4) solidaire d'un arbre récepteur(5) coaxial de l'arbre(1). Le réducteur secondaire composé d'une roue dentée(8) coaxial de larbre(l) et montée libre sur celui-ci,engrenant avec une vis-sans-fin (9) dont l'axe est perpendiculaire à l'ensemble.actionnée par un petit moteur secondaire à variateur de vitesse. La roue dentée(8) du réducteur secondaire est solidaire d'un plateau(7) supportant l'(les) axe(s)(6) du (des) pignon(s)(3) du réducteur primaire assurant ainsi la relation entre les deux réducteurs. Cette conception a pour conséquence de donner un sens de rotation de l'arbre(1) moteur inverse de celui de l'arbre(5) dit récepteur et de la couronne(L),ce qui crée une incidence multiplicatrice de la fonction du réducteur secondaire. II est également à noter que l'incidence de variation est relative au rapport de multiplicateur de la transmissiorl primaire.mais de facon inversement proportionnelle. çoutefois,l'incidellce du réducteur secondaire doit être la plus grande possible mais sans que la charge transmise par le réducteur primaire n'est d'incidence sur son fonctionement,ce qui impliquerai que. la puissance ou à défaut la vitesse du moteur secondaire soit relative à la charge,l'invention perdant ainsi une bonne partie de son intêret. Cette autonomie ne peut être réalisée que sous deux conditions: 1" Le rapport de la vis(9) et de la roue(8) du réducteur secondaire est invariablement irréversible mais le plus proche possible de la réversibilité sans jamais l'obtenir. 2" Par le jeu des sens de rotation.le réducteur secondaire à une action négative sur le réducteur primaire engendrant une déficience de la fonction menante de l'arbre(l) sur le récepteur(5). II doit donc entrainer le plateau(7) dans le sens de rotation du pignon(2) moteur.engendrant une déficience de la fonction menante de l'arbre(1) allant méme jusqu'à la compenser.Dans ce. cas extrême la rotation du réducteur primaire et ce;le du réducteur secondaire s'annule et l'arbre(5) récepteur s' immobilise.Inversement,la démultiplication minimum sera obtenue par l'arrêt du moteur secondaire. La présente demande de Brevet a pour objet,par rapport à un tel dispositif. certaines particularités et fonctions complémentaires lorsque l'invention est utilisée sur un véhicule automobile.et en règle générale dans tous les cas de variateur où la gestion est assurée par une vis-sans-fin et une roue engrenant dans la dite vis. Après les essais de la maquette du Brevet N- 91 01117,il est apparu que les inconvénients du système étaient : Le manque d'incidence du moteur secondaire de gestion,sur la variation de rapport,nécessitant des vitesses de rotation de la vis(9) trop élevées et (les 2 phénomènes étant en partie liés) une puissance nécessaire à la gestion trop importante,surtout dans le cas ou l'invention est appliquée à l'automobile, la gestion se faisant à partir d'un moteur électrique basse tension géré électroniquement. L'intéret du svstème réside essentiellement dans le fait qu'en faisant varier la vitesse d'un petit moteur de gestion entrainant la vist9) > l'on varie le rapport de transmission entre le moteur principal (arbre (1) et l'arbre récepteur(5! indépendamment de la charge transmise. Ainsi Le présent Brevet a pour objet de préciser la technique de réalisation nécessaire pour augmenter l'incidence de variation et obtenir la gestion des rapports avec un moteur de moins de 350 Watts dans le cas où une charge quelconque est transmise par le réducteur variateur.Deux autres buts sont' I0 d'obtenir mécaniquement la fonction similé débrayage, 2 D'optimaliser la fonction frein moteur. La condition de sens de rotation décrite précédemment étant obtenue,il convient de mieux expliquer en la développant, la condition d'irréversibilité décrite précédemment,page 2 ligne 17 à 19,------------ ------------------ cette condition est également indispensable et s'explique par le fait que I 'ensemble Pignons intermédiaires(3),porte- -satellites(7),roue(8) et enfin vis(9),servent cn cascade.de point d'appui à l'action de l'arbre(1) sur Ic récepteur(S). en faisant tourner la vis(9) dans le sens indiqué précédemment. on provoque un effacement,variable en fonction de la vitesse de rotationbdu dit point d'appui entrainant une déficience dc la fonction menante de l'arbre(1) sur le rEcepteur(5), hors la roue prend appui sur la vis(9) perpendiculairement à son axe et donc exactement dans l'axe de la vis(9) alors que Ic point de contact entre la roue(8) et la vis(9) s'effectue sur les filets d'un pas de vis qui nc sont pas perpendiculaires à l'axe dc la vis.favorisant la rotation d(! la dite vis dans Ic sens qui entrainera la dite déficience de la fonction menante.comme illustré Fig 2.Plus le pas de vis est rapide et plus la pression de la rouc(8) augmente la tendance à la rotation de la vis(9),allant jusqu'à l'obtenir (phénomène connu de la réversibilité).il convient donc de ne pas atteindre ce Point de reversibilité et de déterminer le rapport de la vis(9) et de la roue(8) de sorte que la variation de pression exercée par la roue(8) sur la vis(9).consécutive à la variation de charge transmise par le variateur et qui a pour effet d'une part de varier la tendance à la rotation de la vis(9) et d'autre part de varier la friction entre les 2 éléments.n'ai pas d'incidence sur la puissance nécessaire à la gestion des rapports.les 2 effets,selon un rapport bien déterminé.aVant une courbe de progression parallèle de sorte qu'ayant une conséquence opposée ils s'annulent par compensation, la puissance nécessaire à la rotation de la vis(9) restant constante et faible,cette constante ne --------------- pouvant etre obtenue que par un choix minutieux du rapport entre la vis(9) et la roue(8) et comme il est dit dans le brevet initial.proche de la réversibilité sans jamais l'obtenir. Dans le cas d'une application industrielle,la marge de variation de rapport roue(8) vis(9) est plus grande et se situe entre 1/20 éme. et 1/45 éme du fait que la gestion peut ------------------------------- être faite par un élément moteur de puissance supérieure et que la vis de gestion peut être munie d'un système de frein ou antidév@reur,ce qui a quand meme l'inconvénient d'augmenter le prix de revient de l'engin Dans le cas d'une application à l'automobile. cette condition de rotation de la vis(9) est particulièrement indispensable,le moteur de gestion étant un moteur ------------------------------------------------ basse tension de faible puissance et la charge transmise très variable, dans ce cas le rapport de la roue(8) et de la vis(9) se situe entre 1/25 éme. et 1/60 éme quelque soit la vitesse de rotation des arbres (1 8 5) et l'incidence de variation désirée. Sur la figure 2.la vis(9) et la roue(8) avec son axe(8b) sont vus de dessus, la fléche(a) représente le sens de l'appui de la roue sur la vis.(b) matérialisant le point d'appui de la roue sur la vis et formant un angle autre que 9(? avec la ligne(a),favorisant la rotation de la vis(9) dans le sens (c). Si l'incidence du moteur de gestion sur les variations de vitesse est insuffisante pour obtenir les variations de rapport (abre(1).arbre5)) souhaitées. il convient d'intercaler un système de transmission multiplicateur entre la rouc(8) et le porte satellite(7)afin d'augmenter l'incidence de rotation dc la vis(9).le dit système étant Pris en charsc par le moteur rimaire)ccla n'a pas d'incidence négative sur la gestion. La figure 3 représente une possibilité de réali:ation de la multiplication d'incidence.de la rotation de la vis(9) dc gestion,sur la variation dc rapport du variateur. Un arbre creux(Zû),coaxial de l'arbre(1) et monté libre sur celui-ci,est solidaire à l'une de ses extrémités du porte satellite(7) et à l'autre d'un pignon(Z1) engrenant sur unou des pignon(sXZ2) satellite(s) mnntk(s) lihrp(.q.1 sur tin oorte satellite(23).solidaire de la roue(8),. montée tournante sur l'arbre creux(Z0).une . ----------------------------- couronne(24) solidaire d'un carter(25) du variateur est montée à l'extérieur des satellites(22) de sorte qu'ils engrènent simultanément flans la couronne(24) et le pignon(21) central. Le fonctionnement en est le suivant: Lorsque le variateur transmet une charge,le porte satellite(") sert de point d'appui à l'effort de l'arbre(1) sur le récepteur(5) et en cascade tous les éléments placés entre le porte satellite et la vis(9) subissent une tendance à la rotation.lorsque la dite vis(9) est sollicitée en rotation.elle laisse tourner la roue(8) et le porte satellite(23),les satellites gravitent autour du pignon(21) et du fait de leur engrènement à leur extérieur avec la couronne(24) tournent sur leurs axes,permettant en cascade la rotation du pignon(21),de l'arbre creux(20) et enfin du porte satellite(7),un tel dispositif multipliant la rotation du porte satellite par rapport à la roue(8). Une variante de l'invention permet d'obtenir la fonction "similé" débrayage indépendamment de la charge transmise par le variateur, limitant ainsi considérablement les risques d'usure du dispositif. Dans le cas d'une boite à vitesse à commande manuelle.la fonction débrayage est destinée à dissocier le moteur de la boite à vitesse pour permettre un mouvement axial de pignon ou d'immobiliser le véhicule.l'invention permet,selon la réalisation décrite ci-après et illustrée Fig. (vue de dessus en coupe),d'obtenir le même résultat en solidarisant la rotation de l'arbre(1) avec celle de la vis & à un rapport fixe. afin que sa rotation agisse sur la roue(8) et le porte satellite(7) de manière à compenser et annuler la fonction menante de l'arbre(1) sur l'arbre(5) de sortie,obtenant ainsi l'immobilisation en rotation de ce dernier --- même dans le cas ou la vitesse du moteur primaire ntest pas stable ce qui est Ic cas pour un moteur à combustion interne. Cette fonction est obtenue par l'intermédiaire de moyens de transmission placés entre l'arbre(l) et la vis(9) ainsi qu'un système d'embrayage et notamment un embrayage centrifuge solidarisant la rotation de l'arbre(I) et dc la vis(9).seulement dans Ic cas ou le moteur primaire,entrainant l'arbre(1) tourne à une vitesse avoisinant celle du wralenti",rendant son autonomie à la vis(9) dès lors que la commande d'accélération du moteur primaire est sollicitéeet que la vitesse de l'arbre(l) augmente. La réalisation illustrée Fig.4 comporte Un pignon(11) monté solidaire de l'arbre(1) engrené sur un pignon(l0) monté sur un embrayage centrifuge(l2Xillustré Fig r,) ces derniers disposés autour et sur le même axe que la vis(9) au niveau de son arbrei9b). La figure illustre une réalisation possible de l'embrayage(12), vue en coupe,(9b) est l'axe de la vis(9),(32) une extension de l'axe, (33) des masselottes,(34) des ressorts tendant à appuyer les masselottes sur l'extension(32),(36) sont les axes d'articulation des masselottes,le tout contenu dans un carter(35) solidaire de la roue(l0). Le fonctionnement est le suivant: Lorsque la vitesse de l'arbre(1) avoisine la vitesse de ralenti,l1embrayage(12) solidarise la rotation de la roue(l0) et de la vis(9) il suffit de respecter le bon sens de rotation et le bon rapport de vitesse entre l'arbrefl) et la vis(9) pour que la rotation en cascade de la vis(9),de la roue(8),du porte satellite(7) annule par compensation la fonction menante de I arbre(l) sur le récepteur(5) qui s'immobilise, réalisant la fonction (similé) de débrayage tant que l'arbre(l) est à sa vitesse de ralenti,favorisant même les démarrages en côte,le procédé ayant tendance à immobiliser le véhicule. Dans le Brevet précédent,il était également prévu que le réducteur-variateur appliqué à l'automobile,permettait une fonction dite "frein-moteur",le présent Brevet décrit une réalisation qui permet d'optimaliser cette fonction.Dans ce cas d'application où la source d'énergie provient de l'inertie du véhicule,la difficulté réside dans le fait que la fonction de l'arbre(1) et celle de 1'arbre(5) s'inverse et que -------- l'action de la vis(9) doit être une action positive et sa rotation doit amplifier la fonction "menante" de l'arbre(5) qui est normalement entraîné,sur l'arbre(l),sa rotation implique qu'elle soit entrainée par une force motrice relativement puissante,la solution proposée ici est que l'arbre(5) assure la rotation de la vis(9) ce qui -------------------- permet de n'utiliser que la force d'inertie du véhicule pour obtenir et renforcer le phénomène "frein moteur suffit de disposer un système de transmission entre la couronne(4) ou l'arbre(5) et la vis(9),la fonction frein moteur n'étant que temporaire,il convient d'intercaler en outre,à un point ou un autre de cette transmission.au moins un dispositif quelconque de débrayage. Une réalisation possible et illustrée Figure 6 est la suivante: Sur l'arbre(5),1'on dispose une roue(l3) coaxiale et munie en son centre d'un système d'embrayage(13e) de sorte que la solidarisation de la roue(13) et de l'arbre(5) s'effectue dès que la vitesse de l'arbre(5) et donc du véhicule justifie que l'on utilise la fonction frein moteur;A son extérieur, la roue(13) engrène sur un pignon(l4),monté sur un axe(15) et solidaire d'un pignon d'angle(16) engrenant avec un autre pignon d'angle(17) coaxial de la vis(9) et solidaire d'un système d'embrayage électro-magnétique(18) ou autre dont la fonction est de solidariser sa rotation avec celle de la vis(9). Cette commande d'embrayage peut être actionnée soit par le relâchement total de la commande d'accélération ou la commande de freinage par le conducteur du véhicule,la première solution semblant préfèrable. En résunc,la fonction dite frein-moteur n'interviendra que lorsque 2 conditions seront remplies simultanément :1' le véhicule atteindra une vitesse "plancher" justifiant l'utilisation du frein moteur,2' la commande de freinage ou celle dc décélération totale sera faite par le conducteur du véhicule,dans les autres cas le système n'aura pas d'incidence sur le fonctionnement de la transmission. Afin de ne pas endommager le moteur primaire,il convient d'étudier le rapport de la roue et des pignons composant la transmission de sorte que le véhicule roulant à sa vitesse maximm.les conditions wfreinoteur" etant obtenues,la vitesse du moteur primaire ne puisse dépasser la vitesse maximale de rotation prévue par le constructeur. REVENDICATIONS: le Réducteur-variateur de vitesse à moteur secondaire du type composé de deux réducteurs accouplés.l'un à vis-sans-fin appelé réducteur secondaire et l'autre à planétaire ou satellite appelé réducteur primaire, le réducteur primaire étant composé,d'une part d'un arbre(1) moteur muni à son extrémité d'un pignon(Z) engrené sur au moins un pignon(3) dit satellite.gravitant autour du pignon(2) et dont l'axe(6! est parallèle à l'arbre(1) monté sur un organe rotatif solidaire d'une roue dentée(8) et d'autre part d'un arbre rêcepteur;entratné par le ou les satellites(3).le réducteur secondaire étant composé de la dite roue dentée(8) coaxiale de l'arbre(l) et montée libre sur celui-ci.engrenant avec une vis-sans-fin(9) dont l'axe est perpendiculaire à ltensemble,actionnée par un moteur secondaire à variateur de vitesse.soumis à l'action d'un organe de commande, le ou les satellites(3) du réducteur primaire est (ou sont) engrené(s) à son (ou leur) extérieur avec la couronne(4) solidaire de l'arbre(5) dit récepteur de manière à donner un sens de rotation de l'arbre(1)moteur,inverse de celui de l'arbre(S) dit récepteur et de sa couronne(4),ce qui crée une incidence multiplicatrice de la fonction du réducteur secondaire et d'autre part,l'organe solidaire de la roue dentée(8)du réducteur secondaire,assurant la relation entre les deux réducteurs.est formé d'un plateau(7) supportant le (ou les) axes du (ou des) pignon(s)(3) du réducteur primaire qui est (ou sont) monté(s) libre(s) sur son (ou leurs) axes(6).le réducteur secondaire est entrainé dans un sens de rotation tel que le plateau(7) tourne dans le meme sens que le pignon(2) moteur de sorte que son incidence sur le réducteur primaire soit une action uniquement négative engendrant une déficience de la fonction menante de l'arbre(1) moteur sur le récepteur(S),CARACTERISE en ce que le rapport de la roue(8) et de la vis(9) se situe dans une game de rapports compris entre 1/2D ème. et 1/45 ème et de sorte qu'une force indépendante de la transmission "primaire" soit toujours nécessaire à la rotation de la vis(9) de gestion et que cette force,à une vitesse de rotation déterminéetsoit constante malgré la variation des différents paramètres en rapport avec sa rotation. et --------------------------- REVENDICATIONS. en ce qu'un système multiplicateur de vitesse est interposé entre l'ensemble réducteur à vis et le porte satellite(7) du réducteur à satellites. un tel dispositif multipliant la rotation du porte satellite(7) par rapport à la roue(8). 2 Réducteur-variateur,selon la revendication 1 CARACTERISE en ce qu'un arbre creux(2û).coaxial de l'arbre(1) et monté libre sur celui-ci,est solidaire,àlune de ses extrémités du porte satellite(7) et à l'autre d'un pignon(21) engrenant sur unou des pignon(sX22) satellite(s) mant(s) libres(s) sur un oorte satellite(231.solidaire de la roue(8),. montée tournante sur l'arbre creux(20),une - couronne(24) solidaire d'un carter(25) du variateur est montée à l'extérieur des satellites(22) de sorte qu'ils engrènent simultanément dans la couronne(24) et le pignon(21) central,multipliant la rotation du porte-satellite(7) par rapport à la roue(8). 3 Réducteur-variateur selon la revendication 1,1orsqu'il est appliqué à un véhicule,CARACTERISE en ce que le rapport de la roue(8) et de la vis(9) est compris entre 1/25 ème. et 1/40 ème. 4 Réducteur-variateur selon les revendications 1 & 2 CARACTERISE en ce qu'il comporte un dispositif rendant "solidaire" en rotation et temporairement l'arbre(1) moteur avec la vis(9) de gestion, à l'aide d'un moyen de transmission,muni d'un système intermédiaire d'embrayage(12)} de sorte à créer une fonctiontsimiléwdébrayage qui n'intervient que lorsque le moteur principal(arbre t) est à une vitesse avoisinant celle du ralenti et que la commande automatique ou programmée de ltembrayage(12) est actionnée. 50 Réducteur-variateur,selon la revendication 3 CARACTERISE en ce qu'un pignon(11) est monté solidaire de l'arbre(1)et engrené sur un pignon(10) monté sur un embrayagc centrifuge(l2Xillustré Fig 5) ces derniers disposés autour et sur le même axc que la vis9au niveau de son arbre(9b). 6 Réducteur-variateur selon la revendication 1 & 2 CARAC RISE en ce qu'il comporte en outre un système de transmission muni d'un dispositif intermédiaire d'embrayage,permettant une "solidarisation" temporaire de la rotation de l'arbre(5) ou de la couronne(4) avec celle de la vis(9) de gestion,seulement quand les 2 conditions suivantes sont réunies : 1" que la vitesse de l'arbre(5) et donc du véhicule soit suffisante pour que l'on utilise la fonction "frein-moteur", 2- que la commande de freinage soit actionnée ou plutôt que la commande d'accélération soit totalemcnt relâchée. REVENDICATIONS 7o Réducteur-variateur,selon la revendication 5 CARACTERISE en ce que sur l'arbre(5),l'on dispose une roue(13) coaxiale et munie en son centre d'un système d'embrayage(13e) dc sorte que la solidarisation dc la roue(13) et de l'arbre(5) s'effectue dès que la vitesse de l'arbre(5) et donc du véhicule justifie que l'on utilisc la fonction frein moteur;A son extérieur, la roue(13) engrène sur un pignon(14),monté sur un axe(t5) et solidaire d'un pignon d'angle(16) engrenant avec un autre pignon d'angle(17) coaxial de la vis(9) et solidaire d'un système d'embrayage électro-magnétique(18) ou autre dont la fonction est de solidariser sa rotation avec celle de la vlsC9)