Brevet FR2916825A1 — publié le 20081205

La présente invention concerne un dispositif qui fait varier en continu le rapport de vitesse de rotation entre deux éléments tournants. La boîte de vitesse est l'organe qui permet de modifier la vitesse d'une voiture même si la vitesse de rotation du moteur est constante et surtout, dans le cas du moteur à explosion, d'adapter le couple moteur disponible aux besoins. Une boîte de vitesses est un montage de pignons mobiles et fixes sur des axes, ce système permet de modifier le rapport de démultiplication indispensable entre les roues et le moteur, les moteurs à explosion n'ayant pas un couple suffisant disponible à tous les régimes de rotation. Le rapport de démultiplication désigne la relation entre la vitesse de rotation du moteur et celle des roues motrices. Cette boîte de vitesse peut être manuelle, robotisée, automatique ou à variation continue : - La boîte de vitesses manuelle comporte souvent cinq à six rapports en marche avant, plus une marche arrière. Ce type de boîte impose une rupture de la traction au changement en rapports courts et longs. - Une boîte robotisée est une boîte manuelle actionnée par des moteurs hydrauliques ou électrotechniques. Les changements de rapport sont commandés par le conducteur ou gérés par un automate électronique. - Une boîte automatique offre un confort supplémentaire, elle n'impose pas d'interruption de la traction pour changer de rapport. La gestion est confiée à un automate électronique au service de l'hydraulique. Un convertisseur de couple hydraulique placé entre le moteur à la boîte, augmente le couple disponible à bas régime et filtre les à-coups. Le convertisseur, ainsi que la boîte automatique, entraîne une légère surconsommation pour un confort de conduite non négligeable. - Une boîte à variation continue (CVT) est constituée d'une courroie reliant deux poulies : une côté moteur, une côté différentiel, dont les diamètres varient automatiquement adaptant la demande au couple fournit par le moteur. Elle offre une infinité de rapports sans à-coups, ni rupture de la propulsion et une adaptation constante entre le régime de rotation du moteur et sa charge instantanée. Elle présente toutefois un rendement inférieur à celui d'une boîte à vitesse mécanique et ne supporte pas de forts couples. La présente invention associe les avantages des boîtes mécaniques et les avantages des transmissions à variation continue traditionnelles tout en éliminant les inconvénients de celles-ci. En effet, la transmission à variation continue à spirales dentées permet de changer de rapport sans rupture et accepte les forts couples que peuvent fournir les moteurs actuels les plus performants. 2 Le dispositif est composé de pignons mobiles et fixes et de deux spirales dentées mobiles ou fixes selon le mode de réalisation. La formation de la spirale dentée peut être comparée à un pignon. Si on défini un pignon comme une répétition de dents sur un cercle, alors une spirale dentée peut être définie comme une répétition de dents sur une spirale comme le montre la figure 1 (vue de face), la figure 2 (vue de gauche), la figure 3 (vue de dessus) et la figure 4 (vue isométrique). La spirale se définie par trois éléments comme le montre la figure 2 qui sont : - Le pas axial noté p comme le montre la figure 5 (vue de face) - Le pas radial noté e comme le montre la figure 6 (vue de gauche de la figure 5) -Le sens : soit la spirale tourne à gauche comme le montre les figures 5 et 6 Soit la spirale tourne à droite comme le montre les figures 7 (vue de face) et 8 (vue de gauche de la figure 7). Le rapport de démultiplication d'un engrenage dépend des diamètres primitifs des pignons. Ce rapport est constant car les diamètres primitifs sont constants. Or, avec la spirale dentée le rapport de démultiplication varie selon la position du pignon par rapport à la spirale car le diamètre primitif de la spirale varie comme le montre la figure 9. Voir les figures 10 (vue de face) et 11 (vue isométrique), pour les définitions suivantes : Soit P un plan fixe orthogonale à l'axe As de la spirale dentée. Soit O un point fixe de l'axe Ap du pignon. Si O est coïncident à p lorsque le pignon engraine sur la spirale dentée alors on ne peut pas effectuer un cycle complet, c'est à dire que le pignon ne peut pas faire plus d'un tour de spirale dentée. En effet, deux cas se distinguent : le premier, lorsque le pignon évolue autour de la spirale dans le même sens que celle-ci (c'est à dire si le pignon tourne dans le sens horaire pour une spirale qui tourne à droite ou si le pignon tourne dans le sens non horaire pour une spirale qui tourne à gauche). Le second, lorsque le pignon évolue autour de la spirale dans le sens inverse à celle-ci (c'est à dire si le pignon tourne dans le sens horaire pour une spirale qui tourne à gauche ou si le pignon tourne dans le sens non horaire pour une spirale qui tourne à droite). Dans le premier cas, le pignon vient à quitter les dentures de la spirale au point B (représentation avec une spirale qui tourne à droite) et donc n'engraine plus sur celle-ci -3 comme le montre les figures 12 (vue de face), 13 (vue de gauche), 14 (vue dessus) et 15 (vue isométrique). Dans le deuxième cas, le pignon vient en conflit avec la spirale au point C (représentation avec une spirale qui tourne à droite) comme le montre les figures 16 (vue de face), 17 (vue de gauche), 18 (vue dessus) et 19 (vue isométrique). On peut remarquer que si l'on associe une portion de spirale (notée Sg) qui tourne à gauche équivalente à un demi-pas axiale (p/2) de celle- ci et une même portion de spirale (notée Sd) qui tourne à droite comme le montre les figures 20 (vue de face) et 21 (vue de gauche de la figure 20), on obtient un mécanisme qui permet de réaliser une continuité lorsque le pignon engraine sur ces deux spirales. Dans le plan P, notons I, le point d'intersection de la spirale dentée gauche noté Sg avec la spirale dentée droite notée Sd pour le diamètre primitif RI et 12 le point d'intersection de la spirale dentée gauche noté Sg avec la spirale dentée droite notée Sd pour le diamètre primitif R2. La figure 21 représente RI supérieur à R2 et la projection des portions de spirales sur le plan P. Lorsque le pignon quitte la spirale Sg aux points d'intersections, celui-ci engraine aussitôt sur la spirale Sd et vice versa. Ce mécanisme permet de réaliser une continuité parfaite entre la liaison pignon et spirales. Prenons alors non plus deux portions de spirale mais deux spirales de n pas, (voir la figure 22) une tournant à gauche et l'autre à droite (symétrique entres-elles donc). Notons Pd le pignon qui évolue sur la spirale Sd et Pg le pignon qui évolue sur la spirale Sg. On remarque alors que les pignons continuent à engrainer au-delà des points d'intersection definis précédemment. Cela dépend de la largeur (non nulle) de la spirale dentée notée ls (voir annotation figure 12) et du pas axial (non nul) noté p de celle-ci. Par conséquent, pendant ces phases de transition, les pignons engrainent sur leur spirale dentée respective mais pas sur le même diamètre, au point d'intersection le diamètre est identique mais avant et après lorsque que le diamètre de l'une des spirales dentées diminue l'autre augmente ce qui provoque une différence de vitesse de rotation des pignons Pd et Pg. De plus, les axes de rotation, notons Od pour le pignon Pd et 0g pour le pignon Pg, sont distincts. Relions ces deux pignons Pd et Pg par une roue dentée notée R de telle sorte que le diamètre primitif de R soit d'une part tangent au diamètre primitif de Pd au point d'intersection noté le et d'autre part tangent au diamètre primitif de Pg au point d'intersection noté If. Cette roue dentée notée R tourne autour de son axe, cet axe étant fixe par rapport au bâti. Elle permet au pignon Pd et Pg de pouvoir s'adapter à la variation de diamètre des spirales dentées. 4 Soit t1 et t2 deux instants quelconques distincts pendant la phase de transition. Voir la figure 9 pour les définitions suivantes : A l'instant t1, notons : Id1, le point d'intersection du diamètre primitif de la spirale Sd et du diamètre primitif du 5 pignon Pd. Igl, le point d'intersection du diamètre primitif de la spirale Sg et du diamètre primitif du pignon Pg. Ici, le point d'intersection du diamètre primitif de la roue dentée R et du diamètre primitif du pignon Pd. 10 If1, le point d'intersection du diamètre primitif de la roue dentée R et du diamètre primitif du pignon Pg. A l'instant t2, notons : Id2, le point d'intersection du diamètre primitif de la spirale Sd et du diamètre primitif du pignon Pd. 15 Ig2, le point d'intersection du diamètre primitif de la spirale Sg et du diamètre primitif du pignon Pg. Ic2, le point d'intersection du diamètre primitif de la roue dentée R et du diamètre primitif du pignon Pd. If2, le point d'intersection du diamètre primitif de la roue dentée R et du diamètre 20 primitif du pignon Pg. Soit Ad, la distance parcourue par Pd sur Sd entre le point Id1 et Id2. Soit Ag, la distance parcourue par Pg sur Sg entre le point Ig1 et Ig2. Soit M, la distance de l'arc de R décrit entre le point Ici et If1. Soit 02, la distance de l'arc de R décrit entre le point Ic2 et If2. 25 Nous devons avoir à tout moment, Ad + M = Ag + A2. Si on utilise une spirale logarithmique comme base de nos spirales dentées cette égalité peut être vérifiée. En effet, dans ce cas, les distances Ad et Ag sont géométriquement proportionnels au pas radial noté e des spirales et les distances M et A2 le sont aussi. 30 Le mouvement de rotation de la roue dentée R est donc continu lorsque les spirales dentées Sd et Sg effectuent n tours sur leurs axes de rotations. La vitesse de la roue dentée R est proportionnelle à la vitesse de rotation des spirales dentées Sd et Sg, ce rapport de proportion évolue si on translate les pignons par rapport à leurs axes de rotation car les pignons évolueront sur un diamètre primitif moyen de spirale différent. Application pour une automobile (Illustrations : se reporter au schéma cinématique des figures 24, 25, 26 et 27 5 figure 24 : vue de face, figure 25 : vue de gauche de la figure 24, figure 26 : vue de dessus de la figure 25, figure 27 : vue isométrique) Le mécanisme est constitué d'un premier ensemble constitué de deux spirales dentées identiques (1) qui pivotent sur leur axe dans le sens inverse l'une de l'autre (leurs axes de rotation étant colinéaires et fixes) grâce à un engrenage conique (2) et d'un deuxième ensemble constitué de deux roues dentées (3) qui pivotent sur leur axe dans le sens inverse l'une de l'autre (leurs axes de rotation étant colinéaires et fixes). La liaison entre ces deux ensembles est réalisée à l'aide d'un premier pignon (5) entre l'une des spirales dentées et l'une des roues dentées et d'un second pignon (6) entre l'autre spirale dentée et l'autre roue dentée. Le diamètre primitif de chacun des pignons doit être tangent au diamètre primitif de chacune des spirales, ceci peut être réalisé par des cames (mécanisme non représenté sur le schéma cinématique et réalisable très facilement). La modification du rapport de démultiplication est réalisée par le déplacement des roues dentées sur leur axe de rotation grâce à une liaison glissière (7). Lorsque cette translation s'effectue, l'ensemble spirales dentées pivotent afin que les pignons engrainent correctement sur celles-ci. Une liaison à engrenage conique (8) permet de modifier le rapport de démultiplication même quand l'arbre de sortie est bloqué, le satellite de l'engrenage conique étant entraîné par une liaison roue et vis sans fin (9). L'arbre d'entrée est lié au système de roues dentées et est lié au moteur par un embrayage (10). L'arbre de sortie est lié au système de spirales dentées. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour faire varier en continu le rapport de démultiplication entre deux éléments tournants caractérisé par l'utilisation d'une ou plusieurs spirales dentées. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par l'association d'au moins deux pignons qui engrainent sur une ou plusieurs spirales dentées en se relayant entre-eux. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par l'utilisation d'un système de roues dentées reliant chacun des pignons afin de transmettre un mouvement continu.