Brevet FR2832768A1 — publié le 20030530

Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine volumétrique hydrostatique à course multiple, notamment moteur, comprenant un stator recevant un rotor, et ayant plusieurs organes de contact disposés radialement entre le stator et le rotor pour venir en appui contre un chemin de circulation, ainsi que plusieurs chambres de refoulement qui, lors de la rotation relative du rotor et du stator, changent de volume par le mouvement forcé des organes de contact, le chemin de circulation ayant une forme de fonction périodique dans la direction périphérique. Description de l'art antérieur On connaît des machines volumétriques du type défini cidessus par exemple sous la forme de moteurs à pistons radiaux tournant lentement, dans le domaine de l'hydraulique. Suivant que l'organe de contact en forme de piston est monté mobile dans le stator et s'appuie contre un chemin de circulation à la surface périphérique extérieure du rotor ou est tenu dans le rotor et s'appuie sur un chemin de circulation de la surface périphérique intérieure du stator, on aura un appui intérieur ou un appui extérieur (appui radial) des organes de contact contre le chemin de circulation. La direction périphérique du chemin de circulation, réalisée sous la forme imprimée d'une fonction périodique, se traduit par des cavités et des bossages en forme de came et donne une machine volumétrique à plusieurs courses. Les organes de contact des moteurs à pistons radiaux sont constitués en général par des pistons en forme d'étoiles s'appuyant dans le cas des moteurs connus, ayant un appui extérieur, par l'intermédiaire d'un rouleau cylindrique, indirectement sur le chemin de circulation. Le couple est engendré par le contact linéaire entre les rouleaux cylindriques et le chemin de circulation. La pression de surface ainsi produite limite le fonctionnement à des pressions élevées et des températures élevées et une faible viscosité du liquide hydraulique. Pour garantir l'appui permanent des organes de contact contre le chemin de circulation, il faut des organes d'enfoncement mécaniques par exemple des ressorts et des pressions hydrauliques fournis par des circuits de commande hydrauliques. But, objet et avantage de l'invention La présente invention a pour but de développer une machine volumétrique du type défini ci-dessus offrant une plus grande densité de puissance et ayant une construction plus simple. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que les organes de contact comportent chaque fois deux zones de contact, écartées l'une de l'autre dans la direction périphérique du chemin de circulation pour venir en appui contre ce chemin de circulation, zones entre lesquelles il se forme chaque fois une chambre de refoulement, et la distance prise sur un segment de ligne droite entre les zones de contact l'une de l'autre correspond pour l'essentiel à la demi période de la fonction périodique du chemin de circulation, les organes de contact étant pivotants. La caractéristique essentielle de l'invention consiste à réaliser la variation de volume des chambres de refoulement non pas comme dans les machines volumétriques connues selon l'état de la technique par des courses radiales mais par un mouvement basculant ou pivotant, économisant de l'encombrement, pour les organes de contact dans la direction périphérique. La machine volumétrique selon l'invention possède ainsi une construction compacte. Le rapport de l'encombrement au couple transmis est faible. Les moyens nécessaires en pièces sont réduits et les organes d'enfoncement ou de maintien particulier des organes de contact deviennent inutiles. La machine volumétrique selon l'invention peut s'utiliser comme moteur tournant lentement, par exemple comme moteur d'entraînement direct de roues ou d'un moteur de mécanisme de rotation. La machine volumétrique ne présente que de très faibles pertes de frottement hydrodynamique et est pratiquement sans jeu pour les changements de direction de charge. Le coût de fabrication est réduit et la sécurité de fonctionnement élevée. Selon un développement avantageux de l'invention, les organes de contact sont logés chacun de manière pivotante ou basculante dans un logement concave notamment en forme de partie de cylindre. Ce type de montage est très simple à fabriquer. Les organes de contact sont équilibrés avantageusement du point de vue hydrostatique dans leur montage dans le logement. Ainsi, les forces résultantes de la pression hydrostatique dans les chambres de refoulement agissent directement entre le chemin de circulation et les logements des organes de contact et le couple est ainsi créé essentiellement par les poussées. Les organes de contact ne participent pratiquement pas dans ce cas au développement du couple. Ils servent uniquement à réaliser l'étanchéité des chambres de refoulement. En créant le couple, direc- tement à partir de la pression hydrostatique on aura seulement peu de frottement et les pertes mécaniques seront réduites. De manière avantageuse, la force d'équilibrage ou de compensation hydrostatique est dimensionnée pour être inférieure à la force d'application. On a ainsi une force en direction du logement utilisée pour assurer l'étanchéité. L'équilibrage hydrostatique des organes de contact peut se réaliser de manière simple en ce que chaque fois, radialement entre l'organe de contact et le logement correspondant on a une chambre de pression reliée à la chambre de refoulement correspondante par au moins un canal usiné dans l'organe de contact. Selon une réalisation de l'invention dans laquelle les logements sont prévus dans le rotor, les organes de contact sont montés pivotants chacun autour d'un pôle instantané se déplaçant sur une trajectoire circulaire concentrique à l'axe de rotation du rotor si bien que la machine volumétrique dispose d'un appui extérieur pour les organes d'appui. Un développement avantageux de la machine volumétrique du point de vue de la simplicité de la sécurité de la commande est caractérisé en ce qu'elle comporte des canaux d'alimentation et de refoulement de liquide hydraulique susceptibles d'être reliés périodiquement aux chambres de refoulement, les orifices des canaux étant situés dans une zone balayée par les chambres de pression lors de la rotation relative du rotor et du stator. Les chambres de pression servent ainsi non seulement à l'équilibrage hydrostatique des organes de contact mais également à l'alimentation des chambres de refoulement. Un autre développement avantageux de l'invention est caractérisé en ce que les logements sont réalisés dans le stator et les organes de contact peuvent basculer autour d'un pôle se trouvant sur une trajectoire circulaire concentrique à l'axe de rotation du rotor. Il s'agit ici d'une machine volumétrique avec appui intérieur des organes d'appui, le chemin de circulation étant prévu sur le rotor. Une telle disposition convient tout particulièrement bien pour un développement de l'invention selon lequel axialement entre d'une part un couvercle de boîtier et d'autre part le rotor et les organes de contact, il est prévu un dispositif pour la compensation de l'intervalle axial. Dans une telle machine volumétrique avec appui intérieur des organes d'appui contre le chemin de circulation, en cas d'usure des surfaces d'étanchéité latérales, on procède à un ajustage. Le dispositif peut également comporter une plaque pour la compensation de l'intervalle axial, cette plaque étant poussée par la force d'un ressort et/ou par des forces hydrostatiques en direction des pièces en mouvement. Pour la commande de la machine on a avantageusement des canaux d'alimentation et de refoulement de fluide hydraulique reliés périodiquement aux chambres de refoulement et dont l'orifice se trouve dans une zone dans laquelle il y a les chambres de refoulement et lors du mouvement relatif entre le rotor et le stator, cette zone est parcourue par les cames pour le chemin de circulation en tournant avec le rotor. Pour réduire au minimum les fuites au niveau de la chambre de refoulement dans toutes les variantes de machine volumétrique selon l'invention il est avantageux que les organes de contact comportent au niveau des zones de contact, des barrettes d'étanchéité logées dans des rainures. Les barrettes d'étanchéité peuvent avoir un contour convexe notamment partiellement cylindrique. Un autre développement de l'invention prévoit de réaliser des barrettes d'étanchéité sous la forme de rouleaux. On obtient un fonctionnement optimum des barrettes d'étanchéité si celles-ci sont sollicitées en direction du chemin de circulation par une force de ressort et/ou par la pression résultant de la chambre de refoulement. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'une machine volumétrique se- lon l'invention, - la figure 2 montre le développement de la fonction périodique imprimée au chemin de circulation de la machine volumétrique, - la figure 3 est une coupe longitudinale d'une machine volumétrique avec appui extérieur, - la figure 4 est une section de la machine volumétrique selon la ligne IV- IV de la figure 3, - la figure 5 est une coupe longitudinale d'une machine volumétrique avec appui intérieur, - la figure 6 est une section de la machine volumétrique coupée selon la ligne VI-VI de la figure 5, - la figure 7 montre un organe de contact équipé de barrettes d'étanchéité chargées par une force de ressort, - la figure 8 montre un organe de contact avec des barrettes d'étanchéité sollicitées par une force de ressort ou une pression hydrostatique, - la figure 9 montre un organe de contact avec des barrettes d'étanchéité sollicitées par une force de ressort. Description de modes de réalisation La machine volumétrique selon l'invention comprend un stator 1 logeant de manière concentrique un rotor 2 recevant plusieurs organes de contact 3 dans des logements 4 ayant une forme partielle de cylindre. La surface périphérique intérieure du stator 1 est munie d'un chemin de circulation 5 dans lequel est imprimée une fonction périodique de périodes T. Cette fonction périodique apparaît sous la forme de cavités et de bossages se répétant régulièrement dans le chemin de circulation ou trajectoire 5. Comme les organes de contact 3 tournent avec le rotor et viennent ainsi en appui contre le chemin de circulation périphérique 5, cette machine est appelée machine à appui extérieur. En principe, dans ce type de machine, il est également possible d'immobiliser le rotor 2 et de faire tourner le stator 1. Une machine munie d'un appui intérieur sera décrite ci-après de manière plus détaillée. Chaque organe de contact 3 dispose de deux zones de contact 3a, 3b destinées à venir en appui contre le chemin de circulation 5 ; entre ces zones de contact il se forme chaque fois un volume de refoulement 6. Les organes de contact 3 sont pivotants autour d'un axe, chacun dans un logement 4. Lors du mouvement relatif du rotor 2 et du stator 1 d'un angle a, il y aura non seulement le déplacement de chaque organe de contact 3 dans la direction périphérique du chemin de circulation 5 mais, du fait de l'appui des zones de contact 3a, 3b contre le chemin de circulation 5, cela se traduira également par un basculement dans le logement 4. L'axe autour duquel bascule chaque organe de contact 3 constitue un pôle instantané M déplacé par la rotation du rotor 2 sur une trajectoire circulaire K autour de l'axe de rotation R du rotor 2. La trajectoire circulaire K peut correspondre au centre de la courbe de la fonction périodique du chemin de circulation 5 comme cela apparaît dans le présent exemple de réalisation. Mais il est également possible d'avoir un décalage de la trajectoire circulaire K par rapport au centre de la courbe fonctionnelle. Dans le cas du mouvement combiné décrit, de l'organe de contact 3, le volume de refoulement 6 change : pendant une période complète ce volume passe d'une valeur minimale à une valeur maximale puis revient à une valeur minimale. A chaque rotation du rotor 2, on a pour un nombre n de périodes de la fonction représentée par le chemin de circulation 5 et un nombre m d'organes de contact, un volume refoulé (dans le cas d'une pompe) ou un volume aspiré (dans le cas d'un moteur) correspondant au produit n*m. Dans le présent exemple de réalisation, cela correspond à 7 périodes (correspondant aux 7 bossages ou cavités) et 9 organes de contact donnant un volume égal à 63 fois le volume unitaire. De façon avantageuse, radialement entre les organes de contact 3 et le chemin de circulation 5 du stator 2, il y a un intervalle S rendu étanche par des moyens qui seront décrits ensuite. L'intervalle S permet de compenser les tolérances de fabrication et les déformations des pièces. La figure 2 montre la courbe F de la fonction périodique formée par le chemin de circulation 5 et ayant une période T. Le segment de ligne représenté et non les extrémités se situe sur la courbe fonctionnelle F et dont la longueur correspond sensiblement à la moitié de la longueur de la période T/2, correspondent chaque fois à la distance A comprise entre les zones de contact 3a, 3b de l'organe de contact 3. Le centre des segments se trouve (indépendamment de la position du segment linéaire sur la courbe F) toujours sur la ligne zéro ou est décalé d'une faible distance (e) par rapport à cette ligne zéro. Appliqué aux organes de contact 3, cela signifie que lors du mouvement des organes de contact 3 causé par la forme du chemin de circulation 5 et par la rotation relative du rotor 2 par rapport au stator 1, il n'y a pas de course mais un mouvement de basculement autour du pôle instantané M. Dans la machine volumétrique selon la figure 3 construite selon le principe de la machine représentée à la figure 1, et constituant, dans le présent exemple de réalisation, un moteur rotatif hydrostatique tournant lentement, le stator 1 est installé entre deux couvercles de palier 7,8, et forme avec ceux-ci le corps ou boîtier de la machine. Les volumes de refoulement 6 sont entourés chacun par un organe de contact 3, la trajectoire ou chemin de circulation 5 et les couvercles ou chapeaux de palier latéraux 7,8. Les couvercles de palier 7,8, reçoivent un arbre d'entraînement 9 sur lequel est formée une roue dentée 9a et qui est couplée par une cannelure 9n au rotor 2. Le couvercle ou chapeau de palier droit 8 selon la figure comporte les canaux d'alimentation et de refoulement de fluide hydraulique 1. Comme cela résulte de la vue de la figure 4, radialement entre chaque volume 4 et l'organe de contact 3, correspondant, on a formé chaque fois une chambre de pression 11 au niveau de laquelle se trouvent les orifices D des canaux d'alimentation et de refoulement de liquide hydraulique 10. Les chambres de pression 11 sont reliées par des canaux 12 usinés dans les organes de contact 3 pour être reliés au volume de refoulement 6. Ainsi, on relie, d'une part, les canaux d'alimentation et de refoulement de liquide hydraulique 10, lors de la rotation du rotor 2, périodiquement au volume de refoulement 6, et, d'autre part, l'effet de la pression hydrostatique dans les chambres de pression 11 assure la décharge hydrostatique des organes de contact 3. Dans cette construction, la pression hydrostatique agit en principe directement entre le chemin de circulation 5 du stator 1 et le logement 4 du rotor 2. L'organe de contact 3, déchargé ou équilibré du point de vue hydrostatique, a uniquement pour fonction délimitée vis à vis de l'extérieur le volume de refoulement 6 et d'en assurer l'étanchéité ainsi que celle de la chambre de pression 11 c'est-à-dire d'assurer en quelque sorte l'emprisonnement du liquide hydraulique. Le couple est fourni essentiellement directement par les efforts hydrostatiques. Contrairement à des machines avec transmission de force par des vérins et des rouleaux circulant sur un chemin de circulation et création indirecte de couple, pour transmettre une force dans le cas présent aucune pièce n'est nécessaire. Il suffit de pousser les pièces les unes contre les autres pour assurer l'étanchéité à savoir les barrettes d'étanchéité qui seront décrites en liaison avec les figures 7,8 et 9 appliquées contre le chemin de circulation 5 et les organes de contact 3 dans les logements 4. C'est pourquoi le frottement est réduit ce qui réduit au minimum les pertes mécaniques. Seule une moitié des orifices D répartis de manière concentrique des canaux d'alimentation et de refoulement de liquide hydraulique 10 c'est-à-dire chaque second orifice est en permanence soumis à une haute pression Du pendant le fonctionnement et l'autre moitié DN est en permanence à basse pression. Pour les chambres de refoulement 6 reliées aux orifices DH à haute pression, la figure 4 montre la direction de la force hydrostatique résultante, appliquée aux organes de contact 3 (flèche de force Fp). Les forces hydrostatiques qui s'appliquent avec un bras de levier h par rapport à l'axe R du rotor 2 et créer ainsi un couple, font tourner le rotor 2. Comme il y a plusieurs telles forces réparties à périphérie ayant tendance à faire tourner le rotor on aura un degré de régularité très élevé. La variante représentée aux figures 5 et 6 de la machine volumétrique selon l'invention comporte des logements 4 pour les organes de contact 3 dans le stator 1. Inversement, le chemin de circulation 5 se trouve sur la surface périphérique extérieure du rotor 2. Il s'agit ainsi d'une machine à appui intérieur pour les organes de contact 3. Les chambres de refoulement 6 de cette variante de la machine volumétrique selon l'invention sont ainsi comprises radialement entre les organes de contact 3 et le rotor 2. Pour un même encombrement que celui de la variante décrite ci-dessus, on aura ici un nombre plus important d'organes de contact 3 (dans le présent exemple de réalisation on aura 10 organes de contact 3). Alors que dans la variante avec appui extérieur, les pôles instantanés M des organes de contact 3 tournent en synchronisme avec la rotation du rotor 2 sur la trajectoire circulaire K, dans la variante avec appui intérieur, les organes de contact n'effectuent qu'un mouvement de rotation autour des pôles fixes P. Le nombre d'orifices D de canaux d'alimentation et de refoulement de liquide hydraulique (il s'agit ici directement de canaux arrivant dans la chambre de refoulement 6) correspond au nombre d'organes de contact 3. Les orifices D sont répartis dans une zone balayée lors du mouvement relatif du rotor 2 et du stator 1 par les cames 2a du chemin de circulation 5 tournant avec le rotor 2. Les orifices D fournissent en alternance une haute pression et une basse pression par une commande appropriée, non représentée dans les figures. Les chambres de pression 11 et les canaux 12 entre les chambres de refoulement 6 et les chambres de pression 11 peuvent être de plus petite dimension que dans la variante des figures 3 et 4 car elles servent uniquement à la décharge hydrostatique et non à l'alimentation en liquide hydraulique des chambres de refoulement 6. Axialement entre le couvercle de palier 8 et le rotor 2 des organes de contact 3 on a prévu un dispositif de compensation de l'intervalle axial qui comporte une plaque 13 ; cette plaque peut être sollicitée par la force de ressort et dans le présent exemple de réalisation également par des forces hydrostatiques en direction du rotor 2 et des organes de contact 3. Lorsque les faces frontales sont fermées, cette pièce subit un réglage automatique. Les figures 7-9 (vue de détail des variantes de réalisation des figures 3 et 4) montrent plusieurs possibilités pour réaliser l'étanchéité des chambres de refoulement 6. Pour cela des rainures 14,15 sont prévues au niveau des zones de contact 3a, 3b avec des barrettes d'étanchéité 16,17 occupant toute la largeur des organes de contact 3. Les barrettes d'étanchéité 16,17 sont sollicitées en direction du chemin de circulation 5 par la force développée par des ressorts. Dans les réalisations des figures 7 et 8, les barrettes d'étanchéité ont un contour convexe. Dans le cas des barrettes d'étanchéité 16,17 de la figure 7, ce résultat s'obtient par un segment ayant en partie une forme de cylindre. Une rainure N réalisée dans les barrettes d'étanchéité 16,17 relie chaque fois la chambre arrière à la chambre de refoulement 6 si bien que les barrettes d'étanchéité 16,17 sont sollicitées par la pression hydraulique en direction du chemin de circulation 5. Les barrettes d'étanchéité 16,17 de la figure 8 sont réalisées sous la forme de rouleaux et reçoivent la pression hydraulique par les canaux 18,19 reliant les rainures 14,15 à la chambre de refoulement 6 et à la pression qui règne dans cette chambre. Les barrettes d'étanchéité 16, 17 représentées à la figure 9 ont chacune un contour avec arête vive par rapport au chemin de circulation 5. REVENDICATIONS 1 ) Machine volumétrique hydrostatique à course multiple, notamment moteur, comprenant un stator (1) recevant un rotor (2), et ayant plusieurs organes de contact (3) disposés radialement entre le stator (1) et le rotor (2) pour venir en appui contre un chemin de circulation (5), ainsi que plusieurs chambres de refoulement (6) qui, lors de la rotation relative du rotor (2) et du stator (1), changent de volume par le mouvement forcé des organes de contact (3), le chemin de circulation (5) ayant une forme de fonction périodique dans la direction périphérique, caractérisée en ce que les organes de contact (3) comportent chaque fois deux zones de contact (3a, 3b), écartées l'une de l'autre dans la direction périphérique du chemin de circulation (5) pour venir en appui contre ce chemin de circulation (5), zones entre lesquelles il se forme chaque fois une chambre de refoulement (6), et la distance A prise sur un segment de ligne droite entre les zones de contact (3a, 3b) l'une de l'autre correspond pour l'essentiel à la demi période T/2 de la fonction périodique du chemin de circulation (5), les organes de contact (3) étant pivotants. 2 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 1, caractérisée en ce que les organes de contact (3) sont montés pivotants chaque fois dans un logement (4) concave notamment un logement en forme de partie de cylindre. 3 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 2, caractérisée en ce que les organes de contact (3) sont montés dans leur logement (4) en étant à l'équilibre hydrostatique. 4 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 3, caractérisée en ce que radialement entre l'organe de contact (3) et le logement (4) correspondant on a une chambre de pression (11) reliée par au moins un canal (12) usiné dans l'organe de contact (3) à la chambre de refoulement correspondante (6). 5 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 2, caractérisée en ce que les logements (4) sont réalisés dans le rotor (2) et les organes de contact (3) sont pivotants respectivement autour d'un pôle instantané M mobile le long d'une trajectoire circulaire K concentrique à l'axe de rotation R du rotor (2). 6 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 5, caractérisée en ce qu' elle comporte des canaux (10) d'alimentation et de refoulement de liquide hydraulique susceptibles d'être reliés périodiquement aux chambres de refoulement (6), les orifices (D) des canaux étant situés dans une zone balayée par les chambres de pression (11) lors de la rotation relative du rotor (2) et du stator (1). 7 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 2, caractérisée en ce que les logements (4) sont réalisés dans le stator (1) et les organes de contact (3) peuvent basculer autour d'un pôle (P) se trouvant sur une trajectoire circulaire (K) concentrique à l'axe de rotation (R) du rotor (2). 8 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 7, caractérisée en ce qu' axialement entre d'une part un couvercle de boîtier (8) et d'autre part le rotor (2) et les organes de contact (3) il est prévu un dispositif de compensation de l'intervalle axial (plaque 13). 9 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 7, caractérisée par des canaux d'alimentation et de refoulement de liquide hydraulique qui peuvent être reliés périodiquement aux chambres de refoulement (6), et dont les orifices se trouvent dans une zone dans laquelle se trouvent les chambres de refoulement (6) et lors de la rotation relative du rotor (2) et du stator (1) cette zone est balayée par des cames (2a) du chemin de circulation (5) tournant avec le rotor (2). 10 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication l, caractérisée en ce que les organes de contact (3) sont munis de barrettes d'étanchéité (16,17) prévues dans des rainures (14,15) à chaque zone de contact (3a, 3b). 11 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 10, caractérisée en ce que les barrettes d'étanchéité (16,17) ont chacune un contour convexe notamment en forme de partie de cylindre. 12 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 11, caractérisée en ce que les barrettes d'étanchéité (16,17) sont des rouleaux. 13 ) Machine volumétrique hydrostatique à plusieurs courses selon la revendication 10, caractérisée en ce que les barrettes d'étanchéité (16,17) sont sollicitées en direction du chemin de circulation (5) par une force de ressort et/ou par la poussée de la chambre de refoulement (6).