Brevet FR2807811A1 — publié le 20011019

VARIATEUR MECANIQUE DE VITESSE A REDUCTION PILOTEE La variation de vitesse est traditionnellement effectuée par différentes technologies en fonction de la puissance transmise. Dans le cas d'une faible puissance transmise la variation de vitesse est habituellement réalisée par un variateur à courroie qui utilise des poulies coniques ou à gorge trapézoïdales. Ces variateurs sont à ajustement de réduction, piloté ou automatique. L'ajustement automatique utilise généralement des systèmes à masselottes centrifuges. Dans le cas de puissance importante, le rapport de réduction est réalisé par, une boite de vitesse mécanique ou automatique, un système hydraulique ou encore par l'adjonction d'un couple génératrice électrique / moteur électrique... L'état actuel de la technique ne permet donc pas de réaliser de variation mécanique continue de vitesse sans avoir de pertes énergétiques ni de glissement, lors de la transmission de fortes puissances. De plus les technologies actuelles sont coûteuses et / ou encombrantes. La présente invention concerne un variateur de vitesse mécanique, à rapport de réduction piloté. Cette invention permet, même en pleine charge, de faire varier le rapport de réduction. Le paramétrage du pilotage de la réduction sera réalisé en fonction de l'application. La transmission est alors optimisée en fonction des caractéristiques respectives de l'entraînant, de l'entraîné et pourquoi pas de paramètres externes. Le variateur selon l'invention permet: - Un rendement maximum, - Aucun glissement, - Un encombrement réduit, - Un coût de fabrication inférieur à ce qui existe, - L'absence de pièces d'usure, - Une variation en charge... Les technologies utilisées sont détaillées, dans les pages suivantes. Le variateur utilise cinq technologies de transmission par engrenage: - Un différentiel, # un corps ( J ) entraîné en rotation par l'arbre d'entrée ( L ) # deux satellites ( M & N ) # deux pignons arbrés de sortie ( A & E) - Une inversion de sens, # Deux pignons ( A & F) et une chaîne suivis d'un train simple ( B & D). - Un train épicycloïdal, # Un planétaire intérieur ( E ) # Un planétaire extérieur ( K ) # Un ou plusieurs satellite(s) ( I ) avec un pignon sortant # Un pignon ( G ) servant également de port-satellite. - Un entraînement en rotation du port-satellite ( G) du train épicycloïdal. - Un pignon concentrique au train épicycloïdal ( S ), lié à l'arbre de sortie, est entraîné par le pignon accouplé au(x) satellite(s) du train épicycloïdal ( H ), Les ensembles mécaniques cités évoluent dans un carter, non représenté, permettant la lubrification et éventuellement le refroidissement. La lubrification, le refroidissement et l'agencement des parties mécaniques est à adapter à l'implantation du variateur. Différentiel ( Fig. 1). Il permet pour une même vitesse d'entrée, des vitesses de sortie différentes et variables l'une par rapport à l'autre. Le corps du différentiel ( J ) est entraîné en rotation par l'arbre d'entrée ( L ). Cet entraînement ne sera pas détaillé étant donné les multiples solutions que l'on peut envisager. Les vitesses répondent à la loi mécanique suivante: Wj=(Wa+We)/2 Avec: - Wj: Vitesse de rotation du corps du différentiel ( J ), (En Tr/min par exemple) - Wa: Vitesse de rotation de l'arbre de sortie ( A), du différentiel (En Tr/min par exemple) - We: Vitesse de rotation de l'arbre de sortie ( E )", du différentiel (En Tr/min par exemple) Inversion de sens (Fig - 3 -) - Deux pignons ( A & F ) reliés par une chaîne, - Un arbre avec deux pignons ( F & B ), - Un train d'engrenage ( B & D) qui permet d'inverser sens de rotation. Les vitesses répondent à la loi mécanique suivante: Wd=(-WaxRaxRb)/(RfxRd) Avec: - Wd: Vitesse de rotation du planétaire extérieur du train épicycloïdal K ), (En Tr/min par exemple). - Ra: Rayon primitif du pignon menant de la chaîne mm par exemple). - RÉ Rayon primitif du pignon ( F ) mené de l'arbre intermédiaire ( F & B ), (En mm par exemple). - Rb: Rayon primitif du pignon ( B ) menant de l'arbre intermédiaire F & B). - Rd: Rayon primitif du pignon ( D ) mené lié au planétaire extérieur du train épicycloïdal ( K ). On notera que la transmission décrite peut être remplacés par d'autres technologies (Pignon / Pignon, Poulies / courroies.. . ). Les différents pignons ( A, F, B & D) permettent également d'ajuster un rapport de réduction pour adapter les vitesses de rotation en fonction de l'application. D Train épicycloïdal ( Fig. 2). Le train épicycloïdal permet à la vitesse de rotation d'un ou des satellite(s) ( I ) d'évoluer en modifiant la vitesse relative du planétaire extérieur ( K ) par rapport au planétaire intérieur ( E ). Ceci dans la limite de ce que le différentiel peut accepter. La vitesse du planétaire intérieur ( E ) répond à la loi mécanique suivante: WexRe=Wgx2x(Re+Ri)-Wdx(Re+2Ri) Avec: - Wg: Vitesse de rotation du Porte Satellite ( G ), (En Tr/min par exemple). - Re: Rayon primitif du planétaire intérieur ( E ) du train épicycloïdal (En mm par exemple) - Ri: : Rayon primitif du satellite ( I ) du train épicycloïdal (En mm par exemple) D Entraînement du port-satellite ( G ), L'entraînement du port-satellite ( G ), par l'arbre de réglage ( C ), permet de faire évoluer en charge le rapport de réduction. La vitesse de rotation du port-stellite ( G ) répond à la loi mécanique suivante: Wg=-WcxRc/Rg Avec: - Wc: Vitesse de rotation de l'arbre de réglage de la réduction ( G ), (En Tr/min par exemple). - Rc: Rayon primitif du pignon ( C ) de réglage du rapport de réduction, (En mm par exemple). - Rg: Rayon primitif du port-satellite ( G ), ( En mm par exemple). On notera que la transmission décrite peut être remplacés par d'autres technologies (Pignon / Pignon, Poulies / courroies...). D Pignon concentrique au train épicycloïdal ( S ) entraîné par pignon ( H ) accouplé au satellite ( I ). La vitesse de l'arbre de sortie répond à la loi mécanique suivante: Ws = (Rh x We x Re + Wg x (Re + Ri) (Rh-Ri))/(Ri x (Re + - Rh)) Avec: - Ws: Vitesse de rotation de l'arbre de sortie ( S ) du variateur, (En Tr/min par exemple). - Rh: Rayon primitif du pignon ( H ) lié au satellite ( I (En mm par exemple). Nota: Le rayon primitif Rh peut être ajusté en fonction de l'application du variateur. Ce variateur peut être aménagé de plusieurs options, - Un inverseur intégré entre l'arbre d'entrée et le différentiel. - L'arbre de sortie concentrique à celui d'entrée. - L'arbre d'entré perpendiculaire à celui de sortie... Cette liste n'est pas exhaustive. Le variateur doit donc être adapté pour répondre aux conditions d'implantation et d'utilisation. Le variateur est réversible, dans la mesure où si une puissance supérieure est appliquée à l'arbre de sortie relativement à celui d'entré, les pignons menés deviennent menant et inversement. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour faire évoluer, en continu et en charge, un rapport de réduction caractérisé en ce qu'il comporte (Fig - 3 -), un carter dans lequel est implanté - Un arbre d'entrée ( L ). - Un différentiel (j, A, E, M, N ). - Une inversion de sens ( A, F, B, D ). - Un train épicycloïdal ( E, K, I, G ). - Un entraînement du pignon de sortie ( S ) par un pignon ( H ) lié au satellite (1 ). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le différentiel permet, tout en maintenant la puissance transmise, l'évolution relative de la vitesse de chacun des arbres du différentiel ( A, E ). 3)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la transmission (A, F, B, D ) entraîne en sens inverse, par rapport à la sortie ( A ) du différentiel, le planétaire extérieur ( K ). 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les planétaires ( E ) et ( K ) du train épicycloïdal tournent à des vitesses relatives qui sont une fonction de la vitesse du satellite (1 ). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, l'entraînement en rotation, par le pignon ( C ), du port-satellite ( G ) permet de piloter le rapport réduction. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pignon de sortie ( S ) reçoit, du pignon ( H ), un couple menant transmis par le(s) satellite(s) ( 1 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pignon de sortie ( S peut devenir menant et entraîner l'ensemble des parties tournantes en rotation. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport de réduction est piloté, en charge et en continu, par l'entraînement en rotation du port-satellite ( G ). Ceci dans la limite de l'écart de vitesse, entre l'arbre ( A ) et l'arbre ( B ), acceptable par le différentiel.