Brevet FR2850440A1 — publié le 20040730

La présente invention concerne un dispositif mécanique permettant de transformer le mouvement d'un bras apte à pivoter de façon aléatoire dans l'espace mais autour du sommet d'un cône, en un mouvement de rotation dans un sens unique d'un arbre. La course du bras peut être quelconque, par exemple: - se situer dans un plan passant par le sommet du cône, quel que soit l'orientation de ce plan ou - décrire une surface conique régulière ou non, ce dernier cas pouvant être appliqué à la transmission de la rotation d'un bras d'entrée à la rotation d'un arbre de sortie avec possibilité de faire varier progressivement sa vitesse comme il sera précisé plus loin. Un tel dispositif a déjà été expérimenté sur des systèmes comme des éoliennes à balancier. Il 1o permet la rotation simultanée de deux arbres à partir des oscillations d'une perche sollicitée par le vent. Un tel dispositif est par exemple décrit et illustré dans la demande PCT/0RIO1/00915. Ce dispositif connu présente l'inconvénient de nécessiter deux arbres de sortie éloignés l'un de l'autre et en outre reliés par des moyens encombrants tels que des courroies, chaînes, pignons,.. .destinés à entraîner les deux arbres à l'unisson, condition indispensable au 15 fonctionnement correct de l'ensemble de ce dispositif. Le dispositif selon l'invention permet d' obtenir le même résultat, mais de façon très avantageuse sur un seul arbre de sortie et en outre de ne pas comporter des pièces de liaison comme celles mentionnées ci-dessus qui pénalisait le rendement mécanique de l'ensemble. Plus précisément la présente invention a pour objet un dispositif permettant de transformer le 20 mouvement d'un bras apte à pivoter dans un espace conique autour du sommet du cône en un mouvement de rotation d'un arbre porté par un premier axe, caractérisé en ce qu'il comporte: - un bâti tubulaire - quatre premiers pignons d'engrenages montés en série sur un arbre, ces dits quatre premiers pignons qui ne peuvent entraîner cet arbre que dans un seul sens de rotation, l'autre sens ne 25 donnant qu'un effet de roue libre. - deux premières roues d'entraînement montées en rotation libre autour dudit bâti selon un premier axe, - des premiers moyens pour coupler ces deux premières roues aux quatre premiers pignons d'engrenages, - deux secondes roues d'entraînement disposées selon un second axe perpendiculaire audit premier axe, - des seconds moyens pour monter ces deux secondes roues d'entraînement en satellites autour desdites premières roues, et - des moyens pour lier l'extrémité du bras aux deux secondes roues d'entraînement. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le dispositif selon l'invention comporte en outre: - un bâti tubulaire scindé longitudinalement en deux demi-coques à l'intérieur duquel trois paliers sont disposés et reçoivent un arbre central guidé en rotation. - quatre seconds pignons d'engrenages droits montés libres sur le dit arbre et regroupés en deux paires, chacun d'eux étant couplé à une troisième roue irréversible solidaire de cet arbre, chaque 40 ensemble pignon/roue irréversible ne permettant l'entraînement de cet arbre que dans un seul et même sens de rotation selon les sollicitations individuelles de chacun des quatre premiers pignons. L'autre sens de rotation ne donne qu'un effet de roue libre sans prise avec l'arbre. - deux premières roues d'engrenages coniques identiques indépendantes, montées en vis-à-vis et libres en rotation autour du bâti tubulaire. - deux couronnes à dentures d'engrenages internes, chacune montée solidairement à une des roues d'engrenages coniques. Chaque couronne entraîne une paire de pignons d'engrenages droits. - des jeux de pignons d'engrenages droits, intermédiaires entre les quatre seconds pignons disposés sur l'arbre et les dentures internes des deux couronnes. Ces seconds pignons dépassent du diamètre extérieur du bâti par des évidements aménagés dans celui-ci. - Une pièce de roulement est disposée autour du bâti, entre les deux roues d'engrenages coniques, et munies de deux ergots latéraux opposés. Ces ergots sont disposés selon un même axe perpendiculaire à l'axe central du bâti et concourrant à celui-ci en un point représentant le centre 1o d'action du dispositif. - deux secondes roues d'engrenage coniques, chacune montée en rotation libre sur chacun des deux ergots, sont montées en coopération avec les deux premières roues ci-dessus. - Une fourchette à deux branches dont chacune de celles-ci est montée latéralement et en rotation libre respectivement sur chacun des deux ergots. Seule l'une de ces deux branches est solidaire de 15 la roue qui lui est immédiatement voisine. - Un bras de manoeuvre relié en son extrémité à la fourchette. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels: La figure 1 représente en vue perspective en partie écorchée, le dispositif complet avec en premier plan une seule demi-coque inférieure et la première couronne sectionnée. La figure 2 représente une vue perspective de la demi-coque inférieure composant le bâti tubulaire à l'intérieur de laquelle trois paliers reçoivent l'arbre central équipé de deux couples de " pignons/roues irréversibles ". La figure 3 représente cette même vue, complétée des jeux de pignons d'engrenages intermédiaires dépassant du diamètre extérieur du bâti par des fentes aménagées dans celui-ci, ainsi que la demi-coque supérieure destinée à coiffer l'ensemble. La figure 4 représente le bâti complet autour duquel sont disposées deux roues d'engrenages coniques équipées chacune d'une couronne (dont l'une est sectionnée) en prise intérieurement 30 avec les pignons d'engrenages intermédiaires dépassant du bâti. En référence à ces figures 1 à 4, le dispositif comprend: - un tube cylindrique fixe scindé longitudinalement en deux demi-coques 18, 19 tenant lieu de bâti B et orienté selon un premier axe central XX' constituant une pièce support pour d'autres pièces constitutives du dispositif. - A l'intérieur de ce bâti tubulaire B sont disposées transversalement à l'axe central XX' trois plaques circulaires 20, 21, 22 de même diamètre que le diamètre intérieur des demi-coques 18, 19 et elles sont par exemple vissées par leur périphérie sur la face interne de ces demi- coques quand elles sont assemblées. - Ces trois plaques 20, 21, 22 sont équipées en leur centre d'un élément de guidage en rotation tel 40 que roulement à billes ou analogue qui en outre servent de paliers à un arbre 2 les traversant et qui est centré sur ce premier axe XX'. - Ces plaques 20, 21, 22 assurent également la fixation de la demi-coque supérieure 18 à la demicoque inférieure 19. - Le dispositif comporte en outre quatre ensembles " pignons/roues irréversibles " respectivement référencés 3, 4, 5, 6 désignés ci-après par l'abrégé PRI. Ces quatre PRI 3-6 sont montés en deux couples 3, 4 et 5, 6 sur l'arbre 2 par exemple de part et d'autre de la plaque médiane 21. Chaque PRI se compose d'un pignon d'engrenage 23 droit monté libre en rotation sur l'arbre 2, et d'une roue intermédiaire 24 (fig. 2) montée en coopération entre ce pignon fou et l'arbre dont elle est solidaire. Cette coopération consiste à créer un organe composite pignon/roue ne permettant d'entraîner l'arbre 2 que dans un seul sens de rotation induit par le pignon 23. Le sens inverio se de rotation induit par ce pignon ne provoque qu'un effet de simple roue libre sur l'arbre 2. Chaque PRI 3-6 et son système (par exemple du même type que les systèmes dits à roues libres ou analogues) d'irréversibilité fonctionne par exemple par coincement provoqué par des billes ou des rouleaux. Ce système peut être usiné spécifiquement et logé dans un évidement cylindrique aménagé dans le moyeu du pignon d'engrenage ou même d'un système que l'on trouve sur le 15 marché, qui donc peut être rapporté et par exemple vissé sur un flanc du pignons 23. Ainsi, les quatre PRI répartis en deux couples 3, 4 et 5, 6 sont disposés sur l'arbre 2 de manière à ce que cet arbre ne puisse être entraîné par l'un, l'autre ou plusieurs de ces PRI que dans un seul et même sens de rotation. En cas d'arrêt simultané des quatre PRI en cours de fonctionnement, l'arbre 2 continue sa rotation sur son élan. Le système peut se comparer à un tandem mu par quatre pédaleurs.Chacun d'entre eux porte son effort sur deux pédales actionnant un axe muni d'un système irréversible couplé à un plateau participant à l'entraînement de la chaîne motrice du tandem. Chacun des pédaleurs peut doser son effort ou même se reposer en immobilisant ses pédales alors que ses coéquipiers continuent à faire avancer le tandem en pédalant dans le sens de traction. Les deux couples de PRI 3, 4 et 5,6 sont entraînés en rotation respectivement par deux couronnes 7, 8 à engrenages internes montées à l'extérieur du bâti, selon l'axe XX'. Chacune de ces deux couronnes 7, 8 entraîne simultanément un couple de PRI dont chacun des composant est entraîné en rotation en sens inverse l'un par rapport à l'autre par le fait de jeux d'engrenages intermédiaires 9, 10 et 11, 12 permettant cette inversion. Pour assurer la liaison et l'entraînement des PRI avec des éléments mécaniques extérieurs au bâti tubulaire, ces jeux de pignons d'engrenages intermédiaires 9, 10 et 11, 12 (figures 1, 3 et 4) relient et entraînent en rotation chaque PRI en émergeant du bâti par des fentes ou lumières aménagées dans les deux demi-coques 18, 19 composant ce bâti B. Pour chaque couronne 7, 8 ces jeux de pignons intermédiaires se composent: 35 d'un simple engrenage 10, 11 assurant un premier sens de rotation à un PRI - d'un jeu de deux pignons 9, 12 s'engrenant l'un à l'autre en assurant un deuxième sens de rotation inverse au PRI voisin proche. Les deux roues d'engrenages coniques 13, 14 sont montées en vis-à-vis, libres en rotation autour du bâti tubulaire B, chacune solidaire et guidant en rotation une des deux couronnes 7, 8. Entre ces deux roues 13, 14 une pièce de pivot P comprenant deux bagnes de roulement 25, 26 reliées par deux pattes 27, 28 (figure 4) diamétralement opposées est montée autour du bâti B sur lequel elle est guidée en rotation libre et indépendante. Chacune de ces deux pattes 27, 28 est équipée en son centre d'un arbre de relativement faible longueur avantageusement constitué par exemple d'un ergot 29, 30 en saillie sur chaque patte.Ces 45 deux ergots 29, 30 sont disposés sur un même second axe YY' qui est perpendiculaire au premier axe XX'. Les deux premier et second axes sont concourrants en un point O, qui est défini comme le " centre d'action du dispositif ". Il est aussi prévu deux roues d'engrenages coniques 15, 16 (figure 1) à denture de même module d'engrenage que les deux roues 13, 14, chacune de ces roues 15, 16 étant montée en rotation libre 5 sur chacun des deux ergots 29, 30. Les quatre roues 13-16 forment un train d'engrenages montés en coopération de telle manière que les roues 15, 16 agissent soit en satellites autour des roues 13, 14 par le pivot de la pièce P, soit de manière à ce que la rotation d'une quelconque des quatre roues 13-16 entraîne la rotation des trois autres. Une fourchette F à deux branches 31, 32 portant le bras 1, commande le dispositif. Chacune de 1o ces deux branches est montée en libre pivot autour du second axe YY' sur chacun des ergots 29, respectivement au voisinage immédiat des roues 15 et 16. Une seule de ces branches est solidarisée à la roue qui lui est voisine et pivote avec elle. L'autre branche pivote sur l'ergot sur lequel elle est montée indépendamment de la roue qui lui est voisine. Le bras 1 et la fourchette F entraînent les deux roues 15, 16 soit ensembles en satellites autour des deux roues 13, 14 par une course du bras contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe XX' en entraînant ces deux roues dans le même sens de rotation, soit ensembles en rotation par la branche dont elle est solidaire et provoquant de ce fait la rotation des trois autres roues lors du déplacement du bras 1 dans un plan vertical contenant l'axe XX'. Ces deux alternatives peuvent se combiner, permettant de ce fait au bras 1 de décrire toutes formes de courses dans son espace conique d'action. Dans ce cas, les deux couronnes 7, 8 sont entraînées alternativement en rotation soit dans le même sens l'une par rapport à l'autre, soit en sens contraire. Chacune entraîne un couple de PRI dont les deux éléments sont entraînés en sens de rotation inverse l'un par rapport à l'autre. Ainsi conçu, le dispositif fonctionne grâce au fait que chacune des deux couronnes 7, 8 entraîne deux PRI selon des sens de rotation différents, ce qui permet d'avoir toujours au moins l'un de ces PRI entraînant l'arbre 2 dans un sens préalablement défini, les autres PRI, sollicités en sens inverse, ne donnant qu'un effet de roue libre et donc sans effet sur l'arbre 2. Cette disposition est toujours vérifiée quel que soit le mouvement du bras 1, qu'il soit contenu 30 dans un plan quelconque ou qu'il décrive les génératrices d'une surface conique et/ou une combinaison de ces mouvements. Chacun de ces cas induira des vitesses de rotation pouvant être différentes sur l'une des couronnes 7, 8 par rapport à l'autre. En effet, lorsque le bras décrit une course contenue dans l'un des deux plans " remarquables " cités plus haut, les roues 13, 14 et respectivement les couronnes 35 7, 8 ont même vitesse de rotation, que ce soit dans le même sens ou dans des sens différents l'une par rapport à l"autre. Dans tout autre cas, l'une des roues 13, 14 tournera plus vite que l'autre, avec un maximum de rapport de 2/1 obtenu lorsque la course du bras 1 est contenue dans un plan vertical passant par le point O et orienté à 450 par rapport aux deux axes XX" et yy". Ainsi la couronne tournant plus vite aura priorité de prise sur l'arbre 2 par rapport à sa co40 équipière plus lente, tel le cas des plateaux de tandem évoqué plus haut. Un arrêt du bras en cours de fonctionnement du dispositif induira la continuité de rotation de l'arbre 2 jusqu'à épuisement de l'inertie entretenue par un volant (non représenté) indispensable à la régulation de fonctionnement du dispositif. Le dispositif selon l'invention permet d'apporter des solutions économiques et pratiques à des 45 problèmes de transmissions mécaniques délicats tels que: - obtenir la rotation d'un arbre à partir d'un bras pivotant, quelle que soit la sollicitation qui lui est donnée dans son espace conique de déplacement. - faire varier la vitesse de rotation de l'arbre de sortie de façon progressive tout en conservant une vitesse constante à l'arbre d'entrée par des moyens permettant de faire varier la conicité de la course du bras 2. La vitesse de rotation de l'arbre de sortie sera d'autant plus élevée que la conicité sera grande et inversement. Le dispositif selon l'invention trouve des applications particulièrement avantageuses notamment pour: - la captation d'énergie éolienne en particulier dans les zones de turbulences et de vents de 1o grandes puissances que ne savent pas capter les dispositifs existants, en équipant le bras notamment d'une voilure et en plaçant un contrepoids de rappel en partie opposée. - La captation d'énergie du ressac marin ou hydraulique en général en équipant le bras d'une pelle pouvant le cas échéant coulisser le long du bras selon les hauteurs d'eau. - La captation de l'énergie des vagues selon des sollicitations horizontales et verticales en 15 équipant La captation de toutes forme de récupération des énergies de sorties de fluides perdues dans certaines unités industrielles. Le présent dispositif est aussi avantageux car il peut capter des énergies de grandes puissances qu'il peut restituer sur un arbre qui est animé d'une rotation lente et avec un couple très 20 important. Il est particulièrement destiné à capter les diverses formes d'énergies citées plus haut de manière non exhaustives et à les stocker par compression d'air dans des réservoirs haute pression permettant une régulation d'exploitation domestique. REVENDICATIONS 1- Dispositif permettant de transformer le mouvement d'un bras (1) apte à pivoter dans un espace conique autour du sommet du cône en un mouvement de rotation d'un arbre (2) porté par un premier axe (XX'), caractérisé en ce qu'il comporte: - un bâti tubulaire (B) - quatre premiers pignons d'engrenages (3, 4, 5, 6) montés en série sur un arbre (2), cesdits quatre premiers pignons ne pouvant entraîner cet arbre (2) que dans un seul sens de rotation, l'autre sens ne donnant qu'un effet de roue libre. - deux premières roues d'entraînement (13, 14) montées en rotation libre autour dudit bâti tubulaire (B) selon ledit premier axe (XX'). i0 - des premiers moyens (7-12) pour coupler ces deux premières roues aux quatre premiers pignons d'engrenages (3, 4, 5, 6). - deux secondes roues d'entraînement (15, 16) disposées selon un second axe (YY') perpendiculaire audit premier axe (XX') et le rencontrant en un point (O). - des seconds moyens (25-30) pour monter ces deux secondes roues d'entraînement (15, 16) en 1 5 satellites autour desdites premières roues (13, 14), et - des moyens (F. 31, 32) pour lier l'extrémité du bras (1) aux deux secondes roues d'entraînement (15, 16). 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour coupler les deux premières roues d'entraînement (13, 14) avec lesdits quatre premiers pignons d'engrenages (3, 4, 20 5, 6) sont constitués de deux couronnes (7, 8) à dentures d'engrenages internes disposées selon le premier axe (XX'), respectivement solidaires de ces deux premières roues d'entraînement, en prise avec des jeux de pignons intermédiaires (9, 10, 11, 12) assurant la transmission de rotation entre ces deux couronnes (7, 8) et les quatre premiers pignons (3, 4, 5, 6) 3- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les quatre premiers pignons (3-6) se répartissent en deux couples de deux pignons (3, 4) et (5, 6) les deux pignons de chacun de ces couples étant entraînés simultanément en rotation par l'une des deux dites couronnes (7, 8). 4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les deux pignons entraînés par l'une des deux couronnes (7, 8) sont entraînés dans des sens de rotation inverses l'un par rapport à l'autre au moyen de jeux de pignons intermédiaires (9-12) assurant la liaison mécanique entre les dites couronnes (7, 8) et les deux pignons entraînés par chacune d'elles. 5- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens pour monter les deux secondes roues d'entraînement (15, 16) en satellites autour des premières roues d'entraînement (13, 14) sont constitués d'une pièce de pivot (P) montée et guidée sur la surface 35 extérieure cylindrique du bâti (B), équipée de deux ergots (29, 30) opposés et centrés sur ledit second axe (YY'), chacune des secondes roues d'entraînement (15, 16) étant montée en rotation libre respectivement sur chacun des deux dits ergots et en coopération avec les premières roues d'entraînement (13, 14). 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens pour lier l'extrémité du bras (1) au dispositif comprennent une fourchette (F) à deux branches (31, 32) montée solidairement audit bras (1), chacune de ces deux branches venant saisir respectivement chacun des deux ergots sur lequel elle est montée en rotation libre. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la première (31) des deux branches de la fourchette (F) est montée solidaire en rotation de la seconde roue d'entraînement (15) qui lui est immédiatement voisine. 8- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la seconde (32) des deux branches de la fourchette (F) est montée indépendante en rotation de la seconde roue (15) qui lui 1o est immédiatement voisine.