Brevet FR2988796A1 — publié le 20131004

Variateur de couples mécanique équipé d'un arbre moteur et un dispositif de pression comprimant des galets coniques étagés modifiant la rotation coaxiale de l'arbre de transmission et le couple reçu. Les boîtes de vitesses appliquées aux véhicules actuels sont des organes indispensables aux phases de fonctionnement tels que le démarrage, la variation des vitesses, le franchissement des dénivelés et les ralentissements jusqu'à l'immobilisation. Elles sont munies d'organes annexes nécessaires nécessaire à leur fonctionnement tels le mécanisme d'embrayage avec un levier sélectif des vitesses. Il existe des modèles plus sophistiqués avec des automatismes qui nécessitent une assistance hydraulique et une régulation électronique qui demandent un supplément d'énergie donc de carburant à une mécanique déjà gourmande. Le variateur suivant l'invention est constitué par un rotor suspendu entre deux paliers d'entrée et de sortie du mouvement reçu et à transmettre, qui comporte un organe de pression axial commandé indépendamment qui module les couples et les vitesses à un ensemble de galets et de pignons qui n'ont aucun contact support avec la paroi du carter pouvant freiner la rotation du rotor, ce qui favorise le rendement mécanique. Il a de plus l'avantage de comporter une couronne dentée qui permet de recevoir un générateur électrique réversible favorable à une motorisation hybride et d'utiliser cet équipement électrique pour le démarrage du moteur et les manoeuvres de stationnement. Le variateur selon l'invention se caractérise par l'entrée de l'arbre moteur en rotation dans un carter maintenu par un palier à roulements conique et cylindrique lequel supporte également par un épaulement intérieur le mécanisme de pression qui régit le fonctionnement de l'ensemble du mécanisme. Le mécanisme de pression est constitué d'une bague pivotante comportant sur sa périphérie extérieure un rainurage hélicoïdale pour sa mise en rotation par une vis globique motorisée solidaire du carter. Cette même bague comporte un filetage intérieur pour la translation d'une seconde bague filetée avec un épaulement supportant une batterie de rondelles ressort exerçant une pression en coulissant sur l'arbre par une troisième bague épaulée et coiffée par un roulement conique au contact avec un galet conique central en rotation glissante mais solidaire de l'arbre, constituant le premier élément de l'amplificateur de couple qui gère la puissance du variateur. Le variateur selon l'invention se caractérise par l'amplificateur de couple précité dont le galet central coulissant sur l'arbre moteur reste solidaire de celui-ci en rotation et entraîne trois galets coniques satellites identiques repartis à cent vingt degrés et en position inclinée entraînant à leur tour en rotation inversée une couronne extérieure à deux voies obliques symétriques. Cette deuxième voie de la couronne précitée enroule en symétrie trois galets satellites identiques jusqu'à un deuxième galet central conique solidaire de l'arbre moteur provoquant la force de réaction due à la pression reçue de son homologue qui en rotation solidaire et glissante sur l'arbre provoque les variations de couple sur l'ensemble des galets. Ainsi l'amplificateur de couple décrit ci avant ressemble à un double roulement géant à conicité convergente, complète par la liaison des six axes des galets coniques satellites, à un corps suspendu autour de l'arbre moteur dont la rotation indépendante commande celle de la couronne extérieure. Le variateur de couple est caractérisé par un flan rigide solidaire de la couronne précitée lequel est équipé d'un moyeu cannelé qui entraîne l'arbre de transmission qui lui est solidaire en rotation glissante, lequel est soutenu par un palier à roulements conique et cylindrique en sortie de carter qui sert à son tour de palier coulissant à l'arbre moteur qui s'interrompt et s'emboîte par un roulement dans un alésage prévu sur ce même arbre de transmission, ainsi l'ensemble variateur régit l'équilibre des puissances d'entrée et sortie selon les vitesses de rotation, et la pression émise sur l'amplificateur de couple, lequel est régulé par la vitesse de rotation indépendante des galets coniques auxiliaires solidaires du corps qui les maintient par leur axe respectif oscillant. La présente invention, est caractérisée par une variante qui suit la couronne de l'amplificateur de couple équipé de son flan et de son moyeu coulissant sur une bague cannelée en rotation par deux roulements sur l'arbre, lequel flan comporte deux axes perpendiculaires et diamétralement opposés sur lesquels pivotent deux doubles pignons satellites accolés dont les premiers s'engrènent à un pignon central solidaire de l'arbre moteur et les seconds sur un pignon solidaire de l'arbre de transmission sortant du carter comme précédemment, servant de palier par des roulements supportant à l'arbre moteur qui s'interrompt. Ainsi la transmission du mouvement se partage entre le pignon central de l'arbre moteur et l'amplificateur de couple à galets, lequel selon les rapports choisis pour l'enroulement des pignons peuvent voir la rotation de la couronne extérieure multipliée par deux - trois ou quatre pour transmettre une puissance accrue dans les mêmes proportions. La caractéristique suivante consiste à accoupler deux ensembles variateur alignés sur le même arbre moteur avec en partie centrale un ensemble de pression à double sens juxtapose à l'engrenage moteur entraînant les deux mécanismes. Cette configuration a l'avantage de doubler la puissance de transmission et d'assurer la rotation indépendante des deux roues motrices évitant l'aménagement d'un dispositif à différentiel prévu à cet effet. Une autre caractéristique spécifique à ce type de variateur consiste à équiper la couronne de l'amplificateur de couple d'une denture pour permettre à celle-ci de s'engrener à un générateur électrique réversible qui serait suffisant en réaction sur le moteur pour les manoeuvres de stationnement par moyens électriques ou après freinage des roues motrices de contribuer au démarrage du moteur, ou enfin de fournir ou d'emmagasiner les déficits ou les excédents d'énergie pour une motorisation hybride. La présente invention se caractérise enfin par une adaptation du mécanisme variateur à une bicyclette après transformation du cadre à l'emplacement du pédalier par deux brides formant paliers permettant d'insérer l'ensemble du mécanisme après quelques variantes pour l'entraînement de l'axe moteur par des manivelles à pédales, puis en modifiant le rapport d'entraînement des galets de l'amplificateur de couple, en adaptant le train d'engrenages décrit précédemment à un plateau d'entraînement par chaîne, et en transformant le mécanisme de pression par l'aménagement d'un câble de commande de la bague de serrage au guidon laquelle bague est munie d'un ressort de rappel. L'ensemble variateur adapté à la bicyclette permet de supprimer le dérailleur compensé par un tendeur de chaîne, la roue libre peut être supprimée si un générateur électrique réversible a besoin de recharger l'accumulateur en cours de descente si la bicyclette est équipée pour une assistance à l'effort. L'invention sera mieux comprise par la description ci après jointe en référence aux dessins annexés. Bien entendu la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 représente une coupe longitudinale de l'ensemble variateur selon une structure de base définissant le principe de fonctionnement. La figure 2 est un schéma de profil complétant la figure 1. La figure 3 est une coupe longitudinale qui complète le mécanisme de la figure 1 par un train d'engrenages en zone de transmission améliorant la performance du variateur. La figure 4 est un schéma de profil complétant la figure 3. La figure 5 représente un accouplement longitudinal de deux ensembles figure 3 20 permettant le doublement de la puissance et l'application du système en substitution au différentiel dans la rotation des deux roues motrices. La figure 6 représente une adaptation du mécanisme variateur sur une bicyclette. La figure 7 est une vue de profil de la figure 6 détaillant la modification du cadre, la transmission par chaîne du mécanisme variateur et la commande par câble du système de 25 pression. Selon les figures 1 et 2 l'arbre moteur 1 entraîné par un pignon moteur 1 bis qui traverse le carter 2 par un palier 3 à deux roulements l'un cylindrique 4, l'autre conique 5 assurant la rotation et la résistance à la pression longitudinale. L'arbre moteur traverse le mécanisme de pression par une bague 6 pivotante sur un épaulement du carter 7 et comporte 30 une denture hélicoïdale 8 s'engrenant à une vis globique 9 manuelle ou motorisée pour la rotation de la bague 6 qui entraîne en translation par verrouillage des vis goupilles 16 une bague épaulée 10 qui comporte un épaulement cannelé 11 supportant d'une part une batterie de rondelles ressort 12 poussant une deuxième bague épaulée coulissante 13 sur laquelle s'emboîte un roulement conique 15 en pression sur un galet conique 14 coulissant sur 35 l'arbre 1. Le galet conique 14 décrit ci-dessus entraîne en rotation et en translation trois galets satellites 18 répartis à cent vingt degrés chacun monté sur un axe 21 et une bague élastique 22 en mouvement sur deux roulements l'un conique 19 et l'autre cylindrique 20. L'ensemble des trois galets 18 entraînent à leur tour une couronne enveloppante 23 à deux voies obliques pour entraîner en symétrie trois autres galets 18 jusqu'à un deuxième galet conique central 25 solidaire par deux goupilles 26 de l'arbre moteur 1, le galet 25 se solidarisant en rotation à son homologue 24 par deux ensembles d'oreilles 27 et 28 dont la décompression sur l'arbre est assurée par un ressort 39. L'ensemble rotatif décrit ci-dessus constitue l'amplificateur de couple construit comme un roulement conique géant dont les six galets auxiliaires 18 ont leur axe respectif 21 emboîte transversalement par un axe 29 sur un corps médian 30 suspendu autour de l'arbre moteur 1 et en rotation indépendante gérant l'équilibre des couples entre l'entrée et la sortie des arbres d'entraînement 1 et 32 ce dernier étant entraîné par un flan 31 solidaire de la couronne 23. L'arbre de transmission 32 précité est entraîné en rotation par le flan de couronne 31 emboîtée sur une structure cannelée 31 bis commune aux deux éléments qui permet un déplacement latéral au relâchement de la pression par un ressort 40 en réaction sur l'épaulement 32 bis. L'arbre moteur 1 s'interrompt et s'encastre dans un alésage 32 bis de l'arbre 32 qui lui sert de palier à leur rotation respective indépendante par un roulement à billes double 46 ; l'ensemble des deux arbres alignés 1 et 32 étant verrouillé et solidarisé au carter 2 par une vis et rondelle 55 et 56 entre l'extrémité de l'arbre 1 et le roulement 46 d'une part et le palier de sortie de carter par les roulements coniques 58 et le roulement cylindrique 59 soutenant l'arbre de transmission 32. Selon les figures 3 et 4 le mode de transmission est moins directe que précédemment car à partir du flan 31 solidaire de la couronne 23 le guidage en rotation sur l'arbre 1 se réalise par le relais d'une bague cannelée 47 avec un épaulement pour l'appui le ressort 40 lors de la translation de recentrage de la couronne 23 sur les galets 18 lors des variations de pression, cette bague est elle-même munie de deux roulements 48 bloqués sur l'arbre 1 entre le galet central 25 et un pignon 44 qui lui est solidaire par deux goupilles 45. Le même flan 31 est aussi équipé de deux axes 41 diamétralement opposés qui reçoivent deux pignons doubles 42 et 43 en rotation sur deux roulements qui s'engrènent pour les pignons 42 avec le pignon 44 entraîné par l'arbre 1, et pour les pignons 43 avec le pignon 46 appartenant à la structure de l'arbre de transmission 32 qui comme selon la Figure 2 soutient l'arbre moteur 1 qui s'interrompt et traverse le carter par un pallier supporté par les roulements conique et cylindrique 58 et 59. Ce type de montage montre que ce mariage mécanique modifie la vitesse de la couronne 23 et présentement la multiplie par trois pour obtenir une puissance de transmission trois fois supérieure. Au-delà de l'axe de rotation en partie basse les pignons 42 bis - 43 bis ont des rapports de rotation différents qui modifient la vitesse de l'arbre 32 de neuf à trois tours seconde, ceci étant donné à titre d'exemple. Il est à noter qu'une cloison 47 divise le carter 2 en une zone lubrifiée dans le compartiment à engrenages et une zone sèche pour la partie des organes coniques. Selon la figure 5 l'ensemble représente en symétrie un accouplement sur l'arbre 1 prolongé, deux mécanismes inversés selon la Figure 3 avec l'adaptation en partie centrale d'un dispositif à double effet par les bagues 6 bis à deux filetages inversés qui entraînent en sens opposé les bagues 10 bis et 10 ter. La vis globique 9 est solidaire d'un support 49 solidaire du carter 2 bis qui comporte un système de bride à verrou 50 et 51 supprimant toute rotation des bagues 10 bis et 10 ter. Ainsi selon cette structure les arbres de transmission 32 bis réagissent d'une façon active mais indépendante au couple résistant de leur roue respective, ce montage permettant de doubler la puissance de transmission et de se substituer au système différentiel en application. Selon la figure 1 - 3 et 5 la couronne 23 de l'amplificateur de couple est munie d'une denture extérieure 52 destinée à l'entraînement d'un générateur électrique réversible qui permet le démarrage du moteur ou l'entraînement par les moyens électriques du véhicule pour les manoeuvres de stationnement ainsi que la recharge et l'assistance électrique en marche hybride du véhicule, ce qui nécessite un pignon baladeur à point dur 53 permettant d'isoler l'engrenage 1 bis pour certaines manoeuvres. Les figures 6 et 7 représentent l'ensemble du mécanisme adapté à la bicyclette. Selon la nouvelle configuration l'arbre moteur 1 devenant l'axe de pédalier est entraîné par les manivelles de pédalage 2 bloquées sur lui par emboîtement à cannelures mâles et femelles 3 et 3 bis et immobilisé par vis et rondelles 4 et 5. Les manivelles 2 comportent chacune une gorge 6 emprisonnant les billes de roulement dans une gorge symétrique 8 sur deux étriers 9 constituant les deux paliers supportant le mécanisme variateur et assurant la liaison rigide avec le cadre 46, et que comme dans les configurations précédentes à partir d'une face interne d'un palier 9 est installé sur l'axe 1 une bague rotative 10 à filetage intérieur long en appui sur une bague anti-friction 11 entraînant en translation une bague filetée 12 immobilisée en rotation par deux goupilles 13, laquelle coulisse sur une seconde bague à cannelures 16 pour immobilisation rotative qui comporte un épaulement 16 bis emprisonnant une batterie de rondelles ressort 15 comprimant le galet conique central 19 par l'intermédiaire d'une butée à billes 17 et 18 usinée dans les deux éléments comprimés. A partir du galet 19 se structure l'ensemble amplificateur de couple par les six galets satellites 21 pivotant sur leur axe 39 par les roulements 43 clavetés au corps 41 par les axes 40 jusqu'à la couronne extérieure 22 à deux bandes de roulement obliques 22 bis, l'ensemble amplificateur se terminant par le deuxième galet central 23 solidarisé à l'axe 1 par les goupilles 24 et à son homologue 19 par les oreilles 25. La structure se poursuit par le flan 26 solidaire de la couronne 23 qui comporte deux axes symétriques 27 supportant deux pignons satellites 28 sur roulements 42 s'engrenant d'une part sur un pignon fixe 29 solidaire de l'axe 1 par une goupille 24 et d'autre part sur un pignon libre 30 sur roulement 47 lequel est solidarisé d'un plateau à chaîne 32 par les vis 31 entraînant la chaîne 33 et la roue arrière 35 par le pignon 34 et le tendeur de chaîne 44. Il est à noter que le mécanisme de pression est commandé par un câble 35 provenant de la poignée de guidon 36 avec un doigt de blocage 37 aboutissant à la bague 10 laquelle est munie d'un ressort de rappel 35. Il est à noter enfin que le rapport des galets est modifié pour accélérer la rotation de la couronne 23 laquelle peut comporter une denture 52 en liaison avec une mécanique d'assistance électrique qui impose un pignon fixe 34 sur la roue arrière pour l'entraînement du générateur en fonction recharge batterie, la fonction roue libre pouvant être réalisée par les galets satellites 21 sur le corps 41 en rotation indépendante. Le variateur de couples selon le descriptif ci-avant peut transmettre une puissance Pu évolutive selon la vitesse variable de rotation de l'arbre moteur 1 dont la valeur se définit par le couple instantané transmis par la couronne 23 selon la formule Pu=FxDexNxC F) représente la valeur de pression des galets auxiliaires 18 sur les bandes de roulement 24 de 15 la couronne 23 selon le diagramme des forces indiquant l'amplification de la pression P selon la conicité des galets coniques et le nombre des galets. Soit pour 6 galets F = 6 x 5P. De) représente le développé de la couronne 23 par les bandes de roulement coniques 24 selon le diamètre moyen - d x t. N) représente la vitesse de rotation de la couronne 23 après le rapport de réduction de 20 l'ensemble des galets coniques à partir des galets centraux 14 et 25 solidaires de l'arbre moteur 1. C) représente le coefficient d'adhérence des galets auxiliaires sur la couronne 23. REVENDICATIONS1) Variateur de couples et de vitesses mécanique caractérisé par un ensemble rotor intégré à un arbre moteur 1 suspendu entre deux paliers 3 et 3 bis d'un carter 2 comportant un dispositif de pression constitué d'une bague taraudée 6 qui en rotation commandée entraîne en translation une bague filetée 10 supportant une batterie de rondelles ressort 11 et un roulement de butée 15 pour comprimer un amplificateur de couple à galets coniques étages 14-18-23 et 25 qui entraîne par pression un arbre de transmission coaxial 32 en sortie de carter selon un couple modifié par le différentiel des vitesses de rotation avec l'arbre moteur. 2) Variateur mécanique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la bague taraudée 6 est entraînée en rotation par une vis globique 9 dont l'entraînement est manuel ou motorisé, pivote dans un rainurage hélicoïdal 8 provoquant la translation de la bague 10 par le clavetage des vis goupilles 16 pour la mise en pression de l'ensemble ressorts et butée-roulement 11-1315 qui la transmet à l'amplificateur de couple à galets. 3) Variateur mécanique selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'amplificateur 15 de couple dont les deux galets centraux 14 et 25 solidaires en rotation de l'arbre 1 par le goupillage 26 et les oreilles coulissantes 27 et 28 comprime dans leur translation convergente les six galets satellites coniques à roulements 18, solidarisés par les axes articulés 21 et 29 à un corps suspendu 30 qui compriment à leur tour la couronne conique 23 selon une pression surmultipliée laquelle entraîne en rotation l'arbre de transmission 32 par le relais du flan 31 qui 20 lui est solidaire, ce dernier étant muni d'un manchon cannelé coulissant refoulant par un ressort 40 l'ensemble amplificateur à galets lors de sa décompression ; le fonctionnement enchaîné de ces différents organes inclue l'interruption de l'arbre moteur 1 en rotation indépendante par un roulement 48 disposé dans un alésage de l'arbre de transmission 32 qui le soutient. 25 4) Variateur mécanique selon la revendication 3 caractérisé par l'adjonction sur le flan de couronne 31 de deux couples de pignons jumelés et solidaires 42 et 43 pivotant sur deux axes 41 diamétralement opposés s'engrenant respectivement « les pignons 42 avec le pignon 44 solidaire de l'arbre 1 et les pignons 43 avec le pignon 46 intégré à l'arbre de transmission 32 bis en rotation indépendante de l'arbre 1 » déterminant un montage dont le rapport de rotation 30 se répercute sur la puissance émise par l'amplificateur de couple qui peut être différente par une autre combinaison telle que l'assemblage des pignons 42 bis, 44-46 bis et 43 bis. 5) Variateur mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'accouplement sur l'arbre moteur 1 de deux ensembles rotor disposés en symétrie de part et d'autre du dispositif de pression dont la bague de commande 6 bis est à double filetages 35 inversés permettant aux éléments qu'elle comprime 10 bis, 11-13 bis et 15 de se mouvoir selon une translation opposée, manoeuvrés par une vis globique unique 9, constituant un dispositif permettant de doubler la puissance de transmission et de réguler le différentiel de rotation surles deux arbres de transmission 32 bis selon les couples réactifs qu'ils subissent. 6) Variateur mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'adaptation du mécanisme à un pédalier de bicyclette par deux manivelles de pédalage 2 solidaires de l'axe moteur 1 pivotantes par deux jeux de billes 7 insérées dans deux gorges 8 d'un étrier 9 relié au cadre 46 facilitant le positionnement du mécanisme comportant le dispositif de pression dont la bague de serrage 10 a un pas de vis plus allongé pour une commande par câble 35 manipulé au guidon par manette 36 et 37. L'amplificateur de couple est assemblé selon un rapport d'enroulement différent entre les galets 19 et 21 augmentant la rotation de la couronne 22 dont le flan 26 est équipé de deux pignons satellites 28 qui /0 s'engrènent au pignon 29 solidaire de l'axe 1 et simultanément au pignon 31 à rotation indépendante solidaire du plateau d'entraînement 32 de la chaine 33 et du pignon de roue 34 muni d'un tendeur 44. 7) Variateur mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par une denture ménagée sur la couronne 23 de l'amplificateur de couple qui permet 15 l'accouplement à un générateur électrique réversible destiné à la recharge des accumulateurs une assistance énergétique et d'autres manoeuvres électriques du véhicule.