Brevet FR2758172A1 — publié le 19980710

La présente invention concerne un moto-variateur hydraulique recevant du fluide moteur et fournissant un couple. Il existe différents types de moteurs hydrauliques comme par exemple des moteurs de type " Poclain " ou " Hydroland ", composés d'un rotor formant des cylindres dans lesquels se déplacent des pistons commandant un vilebrequin, à la manière d'un moteur à combustion interne monté en étoile. Toutefois, de manière générale, ces moteurs sont relativement compliqués dans leur réalisation. La présente invention a pour but de créer un moteur hydraulique à engrenage susceptible de fournir un couple de sortie variable. A cet effet, l'invention concerne un moto-réducteur caractérisé par un ensemble épicycloidal comprenant: - un planétaire (P), - au moins deux satellites (Si, Si+l), - une couronne (C), - un secteur intermédiaire (Zi) en forme de quadrilatère curvi- ligne occupant le volume compris entre les côtés en regard du planétaire (P), des deux satellites (Si, Si+l) voisins et de la couronne (C), en épousant leur contour et en définissant avec eux des chemins de circulation de fluide moteur, - les jonctions (J(P, Si) J(Si, C) J(Si+l, C) J(P, Si+l)), en- tre le planétaire (P), les satellites voisins (Si, Si+l) et la couronne (C) étant étanches au fluide moteur, - les deux arrivées (Ai, xi+l) et les deux retours (Ri, pi+l) de fluide moteur étant prévus dans le secteur (Zi), à proxi- mité des jonctions (J(P, Si) J(Si, C) J(Si+l, C) J(P, Si+l)), les arrivées (Ai, ai+l) et les retours (Ri, pi+l) étant si- tués chaque fois au niveau de deux sommets opposés du quadri- latère curviligne formé par le secteur (Zi), - une alimentation (arrivée A, retour R) commandée des arrivées (Ai, ai+l) et des retours (Ri, pi+l) reliée au circuit hy- draulique. Le moto-variateur selon l'invention est d'une cons- truction extrêmement simple; il présente une rotation réversi- ble et permet de fournir un couple variable par palier. Le branchement des différentes alimentations et re- tour, soit totalement en parallèle, soit totalement en série, soit dans des combinaisons intermédiaires, permet un grand nom- bre de couples de sortie tout en permettant à la pompe alimen-5 tant le circuit hydraulique de fonctionner à vitesse régulière. Cela est particulièrement important pour des équi- pements portés comme par exemple des équipements de tracteurs agricoles ou similaires. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - l'alimentation commandée relie les arrivées (Ai, ci+l) et les retours (Ri, pi+l) en parallèle ou en série ou suivant une combinaison intermédiaire entre un branchement totalement en série et un branchement totalement en parallèle pour modi- fier le couple fourni en sortie. - l'alimentation commandée comprend un inverseur de mouvement notamment en forme de distributeur à tiroir à deux positions. - l'alimentation commandée comprend un dispositif régulateur qui en cas d'inversion de mouvement commande automatiquement le branchement des moteurs (M1...M3) en parallèle quelle que soit leur position de branchement avant l'inversion du mouve- ment. - le dispositif régulateur est composé d'un tiroir à plages d'ouverture (Pl, P2, P3), de longueurs différentes, ce tiroir étant positionné par une commande mais son extrémité non re- liée à la commande est soumise à la pression régnant dans une chambre de ce dispositif régulateur, cette chambre étant re- liée à l'une des conduites (Li, L2) de l'inverseur et l'autre extrémité du distributeur est poussée par un ressort prenant appui sur l'organe de commande, de façon que le coup de bé- lier engendré au moment de l'inversion de passage de fluide par l'inverseur, dans la chambre, commande le déplacement du tiroir contre la force développée par le ressort appuyant sur l'autre extrémité pour mettre automatiquement tous les mo- teurs (Ml, M2, M3) en parallèle quel que soit le schéma de branchement de ces moteurs avant l'inversion. La présente invention sera décrite ci-après de ma- nière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est un schéma de principe du moto- variateur hydraulique selon l'invention, - la figure 2 est une vue de principe d'un moto- variateur selon l'invention à trois satellites et à branchement des moteurs en parallèle, - les figures 3A, 3B montrent le détail d'un bran- chement en parallèle et le moyen pour le réaliser, - les figures 4A, 4B montrent un branchement d'un moteur en série et le moyen pour le réaliser, - les figures 5A-5D montrent différentes possibili- tés de branchement de quatre moteurs entre un branchement tota- lement en parallèle et un branchement totalement en série, - les figures 6 et 7 montrent respectivement une vue de dessus, couvercle enlevé, et une vue en coupe d'un moto- variateur hydraulique selon l'invention à trois satellites, - les figures 8A, 8B montrent un dispositif régula- teur pour l'inversion de marche, dans deux positions de fonc- tionnement. La figure 1 est un schéma d'un moto-variateur hy- draulique à engrenages, montrant le principe de fonctionnement de ce dispositif. Ce moto-variateur hydraulique se compose d'un pla- nétaire P associé à deux satellites Si, Si+l et à une couronne C; ces différents éléments en forme de roues dentées engrènent les uns avec les autres. La cavité définie par les secteurs curvilignes en regard du planétaire P, des satellites Si, Si+l et de la cou- ronne, loge un segment intermédiaire Zi à côtés curvilignes adaptés aux contours du planétaire P, des satellites Si, Si+l et de la couronne C. Ce segment intermédiaire forme des chemins de circulation de fluide moteur par ses côtés respectifs, et chaque fois avec le planétaire P. les satellites Si, Si+l et la couronne C. Le segment intermédiaire Zi comporte également des arrivées et sorties de fluide moteur, schématiquement à chacun de ses quatre sommets. Ainsi, il est prévu une arrivée Ai et un retour Ri associés au satellite Si. L'arrivée Ai se trouve à la jonction du satellite Si et de la couronne C; le retour Ri se trouve à la jonction du satellite Si et du planétaire P. De même, il est prévu une arrivée ci+l à la jonc- tion du satellite Si+l et du planétaire P et un retour pi+l à la jonction du satellite Si+l et de la couronne C. Il est à souligner que les arrivées Ai, ail et les retours Ri+l, pi+l sont interchangeables puisqu'ils dépendent du sens de circulation du fluide moteur. Les arrivées définis- sent un sens de rotation relative du planétaire, des satellites et de la couronne. Une inversion de sens de circulation du fluide moteur, c'est-à-dire l'arrivée du fluide qui devient le retour et inversement; cela inverse le sens de rotation de la sortie du moto-variateur. Le planétaire P, les satellites Si, Si+l et la cou- ronne C sont des dispositifs dentés qui engrènent les uns avec les autres. Les engrenages sont taillés pour que leurs zones d'engrènement, au niveau de l'intersection avec les droites OXi, OXi+l passant par les centres des différents engrenages P, Si, Si+l, C, constituent une barrière pratiquement étanche au fluide. Ainsi, sur la droite OXi passant par les centres O, Oi du planétaire P et du satellite Si et coupant la couronne C, on a un point de jonction J(P,Si) entre le planétaire P et le satellite Si de même qu'une jonction J(Si,C) entre le satellite Si et la couronne C. Ces points de jonction constituent des barrières pratiquement étanches au liquide. Il en est de même de la droite OXi+l passant par le centre O du planétaire P et le centre Oi+l du satellite Si+l et coupant la couronne C. Sur cette droite se trouvent le point de jonction J(P,Si+l) correspondant au contact entre le planétaire P et le satellite Si+l de même que le point de jonction J(Si+l,C) entre le satellite Si+l et la couronne C. Ces deux points constituent également des barrières étanches. Dans ces conditions, le système compris entre les deux lignes d'axe OXi, OXi+l ci-dessus passant d'une part par le centre du planétaire P et le centre du satellite Si ou le centre du satellite Si+1, constitue un système fermé; cela si-5 gnifie que, dans la mesure o le fluide moteur est un liquide, le débit entrant dans ce système est égal au débit sortant, le liquide étant incompressible. Comme les engrenages deux à deux en prise tournent dans le même sens deux à deux les arrivées/sorties ne peuvent être situées qu'aux sommets du secteur Zi, près des jonctions J(P, Si) J(Si, C) J(Si+l, C) J(P, Si+ 1) et les arrivées/sorties sont situées chaque fois aux sommets opposés du quadrilatère formant le secteur Zi. Il convient également de remarquer que nécessaire- ment les satellites Si et Si+l sont des engrenages identiques, c'est-à-dire ayant le même nombre de dents et le même diamètre. Dans ces conditions, le moto-variateur hydraulique représenté à la figure 1 fonctionne de la manière suivante: Le fluide moteur de l'arrivée Ai se répartit entre un débit Fi,1 entraînant le satellite Si dans le sens de la flèche non représentée et circulant vers le retour Ri et un dé- bit Fi,2 entraînant la couronne C en direction du retour pi+l. De même, l'arrivée Ai+l fournit un débit de liquide Di+l entraînant le satellite Si+l en direction de la sortie pi+l et un débit Di+1,2 entraînant le planétaire P en direc- tion du retour Ri. Comme les satellites Si et Si+l tournent nécessai- rement à la même vitesse et que ces satellites sont identiques, les débits de fluide qui leur sont associés Fi,1 et (i+l,1 sont égaux. Dans ces conditions, comme les débits Fi,2 et Di+1,2 sont directement liés au nombre de dents de la couronne C et du planétaire P compris entre les axes OXi et OXi+l. Comme les dents du planétaire P et de la couronne C sont identiques puisque le planétaire P et la couronne C engrènent avec les sa- tellites Si, Si+l, la vitesse de rotation relative du plané- taire P et de la couronne C est dans l'ordre inverse de leur diamètre ou de leur rayon (puisque le diamètre et le rayon est proportionnel lui- même au nombre de dents portées par ces deux engrenages. Si la sortie du couple (ou du mouvement) se fait sur le planétaire P, la couronne C étant fixe, on a un rapport de démultiplication correspondant au rayon des dentures du pla- nétaire P et de la couronne C. On a une situation intermédiaire si la sortie du mouvement est reliée au porte-satellite, le planétaire P ou la couronne C étant maintenus fixes (l'autre de ces deux éléments10 devant nécessairement tourner). Enfin, l'autre situation extrême correspond au blo- cage du planétaire P et à la sortie du mouvement par la cou- ronne C. Le rapport de démultiplication dépend également de l'alimentation des arrivées Ai, ai suivant que cette alimenta- tion se fait en parallèle ou en série. La figure 2 montre un moto-variateur hydraulique à trois satellites Si, S2, S3. Les différentes entrées et sorties Al, Ri, al, pl, A2...ont été représentées sur les lignes qui arrivent directement sur les entrées et les sorties dans les secteurs Zl, Z2, Z3. Les axes de séparation OX1, OX2, OX3 ont également été représentés. Selon le schéma représenté à la figure 2, le moto- variateur est alimenté en parallèle, c'est-à-dire que les ali- mentation Al, A2, A3, cal, a2, c3 sont branchées en parallèle. Il en est de même des retours Ri, R2, R3, pl, p2, p3. L'alimentation commune porte la référence A100 et le retour commun la référence R100. Si la couronne C est maintenue fixe, le planétaire P tourne à une vitesse égale au rapport des rayons du plané- taire et de la couronne C divisé par trois puisqu'il y a trois satellites S1, S2, S3. La figure 3A montre schématiquement le branchement en parallèle de part et d'autre d'un satellite par exemple le satellite Si. L'alimentation A est reliée à l'arrivée a2 qui entraîne le satellite S1 dans le sens de la flèche indiquée; le débit arrive au retour p2 du satellite Si. Ce retour p2 est relié à la sortie R. Une autre branche de l'alimentation A est reliée à l'arrivée Ai et le retour correspondant Ri est branché au re- tour général R. Cette figure 3A qui montre un branchement parallèle permet de faire la comparaison au niveau d'un satellite avec le branchement en série représenté à la figure 4A. Dans ce cas, l'alimentation A est seulement reliée à l'arrivée o2 qui ar- rive à la sortie p2. Cette dernière est reliée à l'arrivée Ai allant au retour Ri lui-même relié au retour général R.10 Les figures 3B, 4B montrent le branchement pour passer du mode parallèle au mode série. Le retour et l'arrivée Ai, Ri correspondent à un moteur figuré schématiquement sous la référence Ml; l'arrivée A2 et le retour R2 correspondent au moteur représenté schémati-15 quement par la référence M2. La ligne d'alimentation A est relié par un embran- chement aux deux lignes Ai, A2 alimentant respectivement les moteurs Ml, M2 dont les retours Ri, R2 sont reliés au retour général R. La connexion Cl entre l'arrivée A2 et le retour Ri est fermée. L'alimentation se fait donc en parallèle.(Fig. 3B) Par contre, à la figure 4B, en utilisant les mêmes références, le branchement de l'arrivée A2 est coupé de l'alimentation A; il en est de même de la liaison entre le re- tour Ri et le retour général R. Par contre, la connexion C1 est ouverte. Le fluide moteur circule donc dans le sens indiqué par les flèches en passant en série à travers les moteurs MI, M2, c'est-à-dire en suivant les chemins Ai Ml, Ri, Cl, A2, M2, R2, R. Les figures 5A, 5B, 5C, 5D montrent schématiquement comment brancher quatre moteurs Ml, M2, M3, M4 pour passer d'un branchement en parallèle complet à un branchement en série com- plet. Les moteurs Mi représentés dans ces différentes fi- gures correspondent aux moteurs Ml, M2, etc...décrits ci- dessus, c'est-à-dire correspondant chaque fois à une arrivée et à une sortie de fluide moteur. Dans les différentes figures 5A-5D, les moteurs sont d'abord branchés en parallèle entre l'arrivée A et le re- tour R (figure 5A) puis les moteurs M3, M4 sont branchés en sé- rie, ce groupe (M3, M4) étant lui-même en parallèle sur les5 moteurs Ml, M2 (figure 5B). A la figure 5C on franchit une étape suivante puis- que le moteur M2 est également branché en série sur les moteurs M3, M4 et cet ensemble (M2, M3, M4) de trois moteurs en série est globalement branché en parallèle sur le moteur Ml, entre10 l'arrivée et le retour A R de fluide (figure 5C). Enfin, dans la quatrième possibilité, tous les mo- teurs Ml, M2, M3, M4 sont branchés en série entre l'arrivée A et le retour R. De manière générale, les branchements en parallèle divisent le débit d'arrivée entre les différentes branches ce qui donne en sortie une vitesse plus faible mais un couple plus élevé. Par contre, le branchement en série (figure 5D) fait passer toute le fluide moteur à travers tous les moteurs: la vitesse de rotation en sortie est plus élevée mais le couple plus faible. Les branchements intermédiaires des figures 5B, 5C représentent des étapes intermédiaires entre les figures 5A et D, c'est-à-dire des couples intermédiaires et des vitesses in- termédiaires. Les figures 6 et 7 montrent un mode de réalisation en vue en plan et en vue en coupe d'un moto-variateur à un en- grenage planétaire P, trois engrenages satellites Si, S2, S3 et un engrenage en couronne C. Les satellites sont séparés comme précédemment par des secteurs Z1, Z2, Z3. Cette figure 6 correspond pratiquement aux figures 1 et 2. La figure 7 est une vue en coupe du dispositif de la figure 6. Cette figure montre le planétaire P porté par l'axe de sortie 100, engrenant avec le satellite Si. Le satel- lite S3 n'a pas été représenté mais seulement la cavité qui le reçoit. Cette cavité est délimitée par les deux secteurs Z1, Z3 et la couronne C ainsi que le planétaire P. La couronne C est logée dans le carter 101 muni d'une bride de montage 102. L'ensemble ainsi décrit est fermé par un couvercle 103 avec un ajutage d'entrée général A et un ajutage de retour R; les différents canaux de distribution débouchent dans les lumières comme celles (A3, R3) représentées à titre d'exemple. Cette figure montre également les différents roulements 104, et la clavette 106 de l'axe 100. Les figures 8A, 8B montrent un dispositif régula- teur 200 permettant de régulariser le fonctionnement lors d'une inversion de mouvement 300. L'inverseur de mouvement 300 est représenté sous la forme d'un distributeur à tiroir à deux po- sitions reliant l'arrivée A et le retour R aux conduits (L1, L2) ou (L2, L1). Ce dispositif 200 est représenté en liaison avec trois moteurs Ml, M2, M3 comme ceux décrits ci-dessus. Ces moteurs Ml, M2, M3 sont reliés respectivement à la conduite LI, par les conduites Lll, L21, L31 et à la conduite L2, par les conduites L12, L22, L32. Le branchement à la conduite L2 se fait par l'intermédiaire d'un distributeur 201 à tiroir 202. Le tiroir 202, qui a des plages P1, P2, P3, est soumis à l'action d'un ressort de rappel 203 et de la pression de fluide dans une chambre 204. Le tiroir 202 est normalement positionné par l'intermédiaire de sa tige 205. Il peut néanmoins s'escamoter par rapport à la tige 205 en comprimant le ressort 203. Ce mou- vement d'escamotage se produit lorsque la pression dans la chambre 204 devient rapidement trop importante au moment d'une inversion de mouvement du moto-réducteur. Le but de ce déplacement du tiroir 202 par rapport à la position réglée par la tige de commande 205 en comprimant le ressort 203, c'est-à-dire vers la droite de la figure 8B, est de brancher les moteurs Ml, M2, M3 en parallèle au moment d'une inversion de sens de marche. Cette inversion de sens de marche consiste à intervertir l'alimentation et le retour entre les conduites L1, L2. Il se produit à ce moment un coup de bé- lier qui peut être très dangereux si le moteur tourne rapide- ment. De ce fait, le déplacement du tiroir 202 vers la droite, dans la position représentée à la figure 8B, sous l'effet de l'augmentation de pression ainsi induite dans la chambre 203, provoque la mise en parallèle des branchements grâce aux plages Pi, P2, P3 du distributeur 202. On arrive par exemple dans cette position, en par- tant de celle réglée par la manette 205 à la figure 8A; dans cette position le tiroir 202 branche en parallèle les moteurs Ml, M2 alors que le moteur M3 est coupé. Dans cette figure 8A, la conduite Ll correspond à l'arrivée A et la conduite L2 au retour R. Si maintenant on inverse l'arrivée et le retour, la conduite L2 devenant l'arrivée et la conduite L1 le retour R (fig. 8B), le distributeur 201 est repoussé rapidement vers la droite de manière à mettre en parallèle les trois moteurs Ml, M2, M3 comme cela est indiqué à la figure 8B de manière à le15 faire tourner plus lentement. Il R E V E ND I C A T IONS 1 ) Moto-variateur hydraulique à engrenages, alimenté en fluide moteur et fournissant un couple et une vitesse variables, caractérisé par5 un ensemble épicycloidal comprenant: - un planétaire (P), - au moins deux satellites (Si, Si+l), - une couronne (C), - un secteur intermédiaire (Zi) en forme de quadrilatère curvi- ligne occupant le volume compris entre les côtés en regard du planétaire (P), des deux satellites (Si, Si+l) voisins et de la couronne (C), en épousant leur contour et en définissant avec eux des chemins de circulation de fluide moteur, - les jonctions (J(P, Si) J(Si, C) J(Si+l, C) J(P, Si+l)), en- tre le planétaire (P), les satellites voisins (Si, Si+l) et la couronne (C) étant étanches au fluide moteur, - les deux arrivées Ai, ci+l) et les deux retours (Ri, pi+l) de fluide moteur étant prévus dans le secteur (Zi), à proximité des jonctions (J(P, Si) J(Si, C) J(Si+l, C) J(P, Si+l)), les arrivées (Ai, ai+l) et les retours (Ri, pi+l) étant situés chaque fois au niveau de deux sommets opposés du quadrilatère curviligne formé par le secteur (Zi), - une alimentation (arrivée A, retour R) commandée des arrivées (Ai, ei+l) et des retours (Ri, pi+l) reliée au circuit hy- draulique. 2 ) Moto-variateur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation commandée relie les arrivées (Ai, xi+l) et les retours (Ri, pi+l) en parallèle ou en série ou suivant une com- binaison intermédiaire entre un branchement totalement en série et un branchement totalement en parallèle pour modifier le cou- ple fourni en sortie. 3 ) Moto-variateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation commandée comprend un inverseur de mouvement (300) notamment en forme de distributeur à tiroir à deux posi- tions. 4 ) Moto-variateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'alimentation commandée comprend un dispositif régulateur (200) qui en cas d'inversion de mouvement commande automatique- ment le branchement des moteurs (M1...M3) en parallèle quelle que soit leur position de branchement avant l'inversion du mou- vement. ) Moto-variateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif régulateur (200) est composé d'un tiroir (202) à plages d'ouverture (P1, P2, P3), de longueurs différentes, ce tiroir étant positionné par une commande (205) mais son extré- mité non reliée à la commande est soumise à la pression régnant dans une chambre (203) de ce dispositif régulateur, cette cham- bre étant reliée à l'une des conduites (Ll, L2) de l'inverseur (300) et l'autre extrémité du distributeur est poussée par un ressort (203) prenant appui sur l'organe de commande (205), de façon que le coup de bélier engendré au moment de l'inversion de passage de fluide par l'inverseur (300), dans la chambre (203), commande le déplacement du tiroir (202) contre la force développée par le ressort (203) appuyant sur l'autre extrémité pour mettre automatiquement tous les moteurs (Ml, M2, M3) en parallèle quel que soit le schéma de branchement de ces moteurs avant l'inversion.