Brevet FR2985758A1 — publié le 20130719

La présente invention concerne une machine à fluide pouvant indifféremment fonctionner en tant que machine motrice ou en tant que pompe. Cette machine est constituée d'engrenages formant une chambre étanche de volume variable que nous appellerons par la suite chambre à diaphragme étant donné sa faculté à se dilater et se contracter jusqu'à fermeture. Les pignons qui délimitent cette chambre tournent rigoureusement dans le même sens et ce de façon parfaitement homocinétique. Ces engrenages extérieurs sont du type à contre engrènement, dit aussi engrenages paradoxaux. Les axes de rotation sont parallèles et équidistants selon trois ou quatre arbres, ce qui permet au fluide de travail de traverser le système dans le sens axial. La géométrie particulière de ces engrenages permet d'obtenir par leur emboîtement un contact permanent par glissement qui assure l'étanchéité du système. Les pompes et turbines actuelles ont besoin d'un conduit pour contraindre le fluide autour du rotor ou du piston. Ici les rotors assurent entre eux l'étanchéité du système et le guidage du flux sans qu'il y ait besoin d'élément supplémentaire. Chaque rotor étant parfaitement identique, la conception de la machine revient à réaliser plusieurs fois la même pièce pour obtenir l'unité fonctionnelle d'une chambre à diaphragme. De ce fait, le dispositif, selon l'invention, a un prix de revient particulièrement avantageux. Outre sa simplicité, le système présente l'avantage d'être relativement silencieux si le matériau utilisé permet des glissements sans frottements. Chaque engrenage en mouvement est parfaitement équilibré et ne provoque pas de vibration, ce qui est un avantage comparé aux systèmes excentrés à piston ou à piston rotatif. De plus, la machine favorise un flux de travail laminaire contrairement aux systèmes à une hélice qui génèrent des turbulences. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui suit le mode de réalisation donné à titre d'exemple en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 représente le mode de construction géométrique des engrenages. Leur géométrie simple peut se construire sur le modèle d'une rosace à six branches. Pour un pignon, chacun des trois sommets est le centre du cercle qui dessine le bord opposé. - La figure 2 est une section par un plan perpendiculaire aux axes de l'engrenage. La chambre à diaphragme C est délimitée par trois pignons dont les axes de rotation 01, 02 et 03 forment un triangle équilatéral. Pour ce système à trois axes, chaque pignon comporte trois dents. - La figure 3 représente la cinématique du système à trois axes. Lorsque les trois pignons font un tiers de tour, la surface de la chambre, au niveau de la coupe se dilate puis se contracte, passant d'une surface nulle C3 a une surface maximale C7 équivalente à 03-n/2)R2. Une révolution des trois rotors correspond à trois compressions / détentes de la chambre centrale. - La figure 4 représente le mode de construction géométrique des engrenages lorsque la chambre à diaphragme est délimitée par quatre pignons. Leur géométrie simple peut se construire par l'intersection de deux cercles de même rayon (R) dont les centres sont distants de .12R. - La figure 5 est une section par un plan perpendiculaire aux axes de l'engrenage pour le système à quatre axes. La chambre à diaphragme D est délimitée par quatre pignons dont les axes de rotation P1, P2, P3 et P4 forment un carré. Ici chaque pignon comporte deux dents. Cette extension du système à trois arbres, se faisant sans difficulté, reste du domaine de l' invention. - La figure 6 représente la cinématique du système à quatre axes. Lorsque les quatre pignons font un demi tour, la surface de la chambre, au niveau de la coupe se dilate puis se contracte, passant d'une surface nulle D3 a une surface maximale 07 équivalente à (4-n)R2. Une révolution des quatre rotors correspond à deux compressions / détentes de la chambre 25 centrale. - La figure 7 est une vue supérieure lorsque le système utilise des pignons hélicoïdaux. L'hélice de chaque pignon a le même angle et le même sens. Une hélice d'une longueur d'au moins 1/n tour permet d'obtenir un système très intéressant car il ferme la chambre centrale 30 en un point mobile le long des axes de rotation, ce qui oriente le trajet du fluide qui traverse le système selon le sens de rotation. L'utilisation de pignons hélicoïdaux pour le système à quatre arbres, se faisant sans difficulté, reste du domaine de l'invention. - La figure 8 représente une vue en perspective du système correspondant à la figure 7. La hauteur choisie selon l'axe des pignons détermine le volume du flux transitant par la chambre à diaphragme par tour d'engrenage. - La figure 9 est une extension du système comportant plusieurs chambres à diaphragmes. Il est en effet rentable d'augmenter le nombre de pignons pour augmenter le nombre de chambres à diaphragme puisque, selon le système à trois arbres, trois pignons forment une chambre et, par exemple, sept pignons forment six chambres. Le système à quatre arbres peut subir le même type d'extension sans difficulté. Quatre 10 pignons forment une chambre et, par exemple, neuf pignons forment quatre chambres. La forme massive des dents évite la troncature des sommets de dents, ce qui permet d'avoir la conduite maximale par le profil. Le taillage, la finition et le contrôle de ces engrenages relève des mêmes techniques 15 que celles utilisées pour les engrenages classiques à développante de cercle (en particulier taillage par fraise mère). Conformément à l'invention, ce système peut fonctionner dans les deux sens. En temps que moteur il transforme le déplacement contraint d'un fluide en mouvement rotatif 20 continu. En temps que pompe, il transforme un mouvement rotatif continu en déplacement de fluide. L'étanchéité de la chambre centrale dépendra de la précision de l'usinage, et pourra être améliorée par l'utilisation de segment d'étanchéité. La synchronisation des pignons pourra être améliorée par un engrenage classique ce qui aura l'avantage de centraliser les mouvements de rotation sur un seul arbre. L'invention est donc l'organe central de la machine 25 à laquelle devront s'ajouter d'autres éléments selon l'utilisation voulue. L'invention couvre également, outre la chambre à diaphragme elle-même, toutes les applications utilisant une ou plusieurs caractéristiques de l'engrenage formant la chambre, puis seul ou en combinaison avec des engrenages classiques dans quelque domaine que ce soit. 30 REVENDICATIONS1) Dispositif de chambre à volume variable formée par l'agencement d'engrenages extérieurs, caractérisé en ce que les pignons desdits engrenages tournent dans le même sens de façon parfaitement homocinétique. 2) Dispositif de chambre à volume variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes de rotation des pignons sont parallèles et équidistants. 3) Dispositif de chambre à volume variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pignons formant la chambre sont identiques, c'est-à-dire qu'ils ont le même nombre de dents. 4) Dispositif de chambre à volume variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil des dents dans un plan perpendiculaire à l'axe est une développante de cercle. 5) Dispositif de chambre à volume variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour trois axes de rotation chaque pignon possède trois dents. 6) Dispositif de chambre à volume variable selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface maximale de la chambre au niveau de la coupe est égale à (13-n/2)R2. 7) Dispositif de chambre à volume variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour quatre axes de rotation chaque pignon possède deux dents. 8) Dispositif de chambre à volume variable selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface maximale de la chambre au niveau de la coupe est égale à (4-7c)R2. 9) Dispositif de chambre à volume variable selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dent est sur une hélice d'une longueur d'au moins 1/n tour. 10) Dispositif de chambre à volume variable selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'hélice de chaque pignon à le même angle et le même sens.