Brevet FR3010166A1 — publié le 20150306

TRANSMISSION A VARIATION CONTINUE AVEC RECIRCULATION DE PUISSANCE L'invention a trait au domaine de la transmission mécanique de mouvement rotatif. Plus particulièrement, l'invention a trait à une transmission à variation continue ainsi qu'à un groupe motopropulseur et à un véhicule pourvu d'une telle transmission. La figure 1 illustre une transmission à variation continue Nuvinci® de la société Fallbrook Technologies Inc. Cette transmission 2 comprend essentiellement un arbre d'entrée (non représenté) relié à une première couronne 4 avec une première surface circulaire de transmission 16, un arbre de sortie (non représenté) aligné avec l'arbre d'entrée et relié à une deuxième couronne 6 avec une deuxième surface de transmission 18. La transmission 2 comprend également une série de billes 8 formant des satellites répartis selon un cercle centré sur l'axe 14 des arbres d'entrée et de sortie, les billes étant montées rotatives sur des axes de rotation 10. Un porte-satellites (non représenté) soutient les axes de rotation 10 des billes 8. Les première et deuxième surfaces de transmission 16 et 18 sont en contact de pression avec les billes 8. Ces dernières sont également en contact de pression avec une bague intérieure 12 libre en rotation. Le contact en pression des billes avec la bague 12 permet de reprendre les efforts résultant du contact en pression des surfaces de transmission 16 et 18. Lors de la rotation de l'arbre d'entrée et de la première couronne 4, les billes 8 sont entrainées en rotation autour de leurs axes respectifs 10. La rotation des billes 8 entraine alors la rotation de la deuxième couronne 6 dans le même sens que la première couronne 4. L'inclinaison des axes de rotation 10 des billes 8 permet de faire varier le rapport de transmission. En effet, lorsque les axes de rotation 10 des billes 8 sont inclinés par rapport à l'axe principal 4 de la transmission, les surfaces de transmission 16 et 18 sont alors en contact avec les billes sur des trajectoires circulaires centrées sur les axes 10 qui présentent des rayons différents, permettant ainsi de générer des vitesses de rotation différentes entre les première et deuxième couronnes. Le document de brevet US 2012/0115667 Al divulgue une transmission à variation continue du type décrit ci- avant. La transmission décrite ci-avant est intéressante en ce que la variation du rapport de transmission est continue. Elle présente également des avantages de compacité. Le rapport de transmission de ce dispositif peut varier de 0.51 à 1.96 (pour un angle y d'inclinaison des axes de rotation des billes compris entre -18° et +18°) proposant ainsi une ouverture intéressante mais non suffisante notamment pour une transmission automobile. L'ouverture d'une transmission est le rapport entre les rapports maximum et minimum de transmission (rmax/rmin), soit 3.85 pour un angle y entre -18° et +18°. Il est toutefois à noter que lerendement de cette transmission chute rapidement lorsque l'on s'éloigne du rapport de transmission égal à 1. En comparaison avec une transmission classique à engrenages, le rendement d'une transmission à variation continue, notamment telle que celle décrite ci-avant, est inférieure. Son utilisation peut cependant permettre de faire fonctionner un dispositif d'entrainement ou un dispositif entrainé à des meilleurs points de fonctionnement, résultant alors en un rendement global amélioré. Pour maintenir un gain d'un point de vue du rendement global, il est donc nécessaire de limiter la plage d'inclinaison des axes de rotation des billes. L'invention a pour objectif de proposer une transmission à variation continue avec satellites, proposant une ouverture compatible d'une transmission automobile et des rendements de transmission satisfaisants. Plus particulièrement et sans le fait de permettre l'augmentation d'ouverture, l'invention a aussi pour objectif de diminuer les pertes de rendement d'une transmission à variation continue avec satellites lorsqu'elle fonctionne aux rapports de transmission extrêmes pour une ouverture donnée. L'invention a pour objet une transmission à variation continue comprenant: une première surface circulaire de transmission; une deuxième surface circulaire de transmission disposée en face de la première surface; des satellites de transmission coopérant avec les première et deuxième surfaces; un porte-satellites, les satellites étant montés sur le porte-satellites via des axes de rotation dont l'inclinaison peut être variée en vue de modifier le rapport de transmission entre les première et deuxième surfaces de transmission; remarquable en ce que le porte-satellites est lié en rotation avec la première surface de transmission selon un rapport de transmission Rf différent de 0 et 1. Un rapport de transmission Rf égal à 1 annulerait l'aspect de rapport continument variable du système et un rapport de transmission égale à 0 reviendrait à un système de transmission à variation continue Nuvinci® où le porte-satellites serait bloqué en rotation. Le rapport de transmission Rf correspond au rapport entre le porte-satellites et la première surface de transmission. Les première et deuxième surfaces circulaires de transmission sont préférentiellement disposées en face l'une de l'autre axialement. Selon un mode avantageux de l'invention, le rapport de transmission Rf est inférieur à 0, le porte-satellites tournant en sens inverse à la première surface de transmission. Selon un mode avantageux de l'invention, le rapport de transmission Rf est supérieur à -1, le porte-satellites tournant à une vitesse de rotation inférieure à celle de la première surface de transmission. Selon un mode avantageux, le rapport de transmission Rf est supérieur à 0 (Rf égal à 1 étant exclu), le porte-satellites tournant dans le même sens que la première surface de rotation à une vitesse de rotation inférieure ou supérieure. Selon un mode avantageux, le rapport de transmission Rf est inférieur à -1, le porte-satellites tournant en sens inverse à la première surface de rotation et à une vitesse de supérieure. Selon un mode avantageux de l'invention, le porte-satellites comprend une couronne dentée en prise avec une ou plusieurs roues dentées montées libres en rotation sur un carter fixe de la transmission, ladite ou lesdites roues étant en prise avec une roue dentée liée en rotation avec la première surface circulaire de transmission. Ces moyens de recirculation de puissance présente l'avantage d'être simples, robustes et de présenter un rendement élevé. D'autres moyens de recirculation entre le porte-satellites et la première surface circulaire de transmission sont toutefois envisageables, comme notamment des moyens à courroie. Selon un mode avantageux de l'invention, la transmission comprend, en outre: un arbre primaire lié en rotation, préférentiellement en prise directe, avec la première surface circulaire de transmission; un arbre secondaire lié en rotation, préférentiellement en prise directe, avec la deuxième surface circulaire de transmission; un arbre intermédiaire en prise sélective selon deux rapports de transmission intermédiaire Rintav et Rint_ar avec l'arbre secondaire, lesdits rapports étant de signes opposés. Selon un mode avantageux de l'invention, la transmission comprend, en outre: un premier jeu de roues dentées assurant le premier rapport de transmission intermédiaire Rintav entre l'arbre intermédiaire et l'arbre secondaire; un deuxième jeu de roues dentées assurant le deuxième rapport de transmission intermédiaire Rint_ar entre l'arbre intermédiaire et l'arbre secondaire; des moyens à crabot et/ou synchronisation sur l'arbre intermédiaire, aptes à lier en rotation avec ledit arbre, de manière sélective, une roue des premier et deuxième jeux de roues dentées, disposée sur ledit arbre. Selon un mode avantageux de l'invention, les moyens à crabot et/ou synchronisation sont configurés pour permettre à l'arbre intermédiaire d'être libre en rotation par rapport aux premier et deuxième jeux de roues dentées. Selon un mode avantageux de l'invention, la transmission comprend, en outre, un différentiel en prise avec l'arbre intermédiaire. Selon un mode avantageux de l'invention, la transmission comprend, en outre, un embrayage en prise directe avec l'arbre primaire. L'invention a également pour objet un groupe motopropulseur, comprenant: un moteur, préférentiellement à combustion; une transmission à variation continue couplée au moteur; remarquable en ce que la transmission à variation continue est conforme à l'invention. La transmission à variation continue peut être du type à billes ou encore du type 25 toroïdal. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent par la recirculation de puissance entre le porte-satellites et l'arbre d'entrée d'en modifier la plage de transmission et notamment d'en augmenter l'ouverture. L'augmentation de l'ouverture de la transmission permet notamment de travailler sur une plage de variation de l'angle des satellites qui est plus limitée, ce qui permet de maintenir le rendement dans des limites satisfaisantes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - La figure 1 est une illustration de principe d'une transmission à variation continue connue du type Nuvinci® ; - La figure 2 est une illustration schématique du principe de fonctionnement de la transmission de la figure 1 ; - La figure 3 est une illustration schématique du principe de fonctionnement d'une transmission à variation continue avec recirculation de puissance selon l'invention ; - La figure 4 est une représentation détaillée de la transmission de la figure 3 selon l'invention ; - La figure 5 est une illustration détaillée de la géométrie relative au contact des surfaces de transmission avec les billes ; - La figure 6 est une représentation d'un groupe motopropulseur comprenant la transmission de la figure 4, conforme à l'invention et en mode neutre ; - La figure 7 est une illustration du groupe motopropulseur de la figure 6 en mode marche avant ; - La figure 8 est une illustration du groupe motopropulseur de la figure 6 en mode marche arrière ; - La figure 9 est une illustration graphique de la vitesse d'un véhicule équipé de la transmission selon l'invention, en marche avant et en marche arrière. La figure 1 illustrant le principe d'une transmission à variation continue connue du type Nuvinci® a déjà été décrite précédemment dans la partie relative à la description de l'état de la technique. La figure 2 illustre schématiquement le principe de fonctionnement de la transmission à variation continue à satellites de la figure 1. A la partie de gauche de la figure, l'arbre d'entrée est schématisé par la première couronne 4 comprenant une première surface 16 en contact avec la bille 8. L'arbre de sortie est schématisé par la deuxième couronne 8 avec une deuxième surface 18 en contact avec la bille 8. L'axe de rotation 10 de la bille 8 est monté sur un porte-satellite 20 apte à faire varier son angle d'inclinaison y. La bille 8 est en appui sur la bague 12. La partie de droite de la figure 2 est une représentation fonctionnelle de la transmission de la figure 1, sous la forme d'une boîte avec quatre éléments, à savoir : - un élément d'entrée E correspondant à l'arbre d'entrée ; - un élément de sortie S correspondant à l'arbre de sortie ; - un élément fixe F correspondant au porte-satellite ; et - un élément libre L correspondant à la rotation libre des billes autour de leurs axes respectifs. L'invention consiste à revoir l'architecture de la transmission de la figure 2 en vue d'augmenter son ouverture. Selon l'invention, l'élément fixe F de la figure 2 devient mobile en rotation par rapport à l'arbre d'entrée et ce suivant un rapport de transmission fixe. Cette situation est illustrée à la figure 3 où on peut observer que l'élément F n'est plus fixe mais bien lié en rotation avec l'entrée E, cette liaison étant représentée par le signe F->E. Les numéros de référence des figures 1 et 2 sont utilisés aux figures 3 à 8 pour les mêmes éléments ou les éléments correspondants, ces numéros étant toutefois majorés de 100 afin de bien distinguer l'invention de l'état de la technique. Des numéros spécifiques compris entre 100 et 200 y sont utilisés pour les éléments spécifiques. La liaison en rotation entre l'entrée E et le porte-satellite est préférentiellement une liaison à rapport fixe, notamment du type à engrenages. La figure 4 illustre de manière plus détaillée le principe de construction d'une telle transmission. En comparaison avec les figures 1 et 2, on peut observer que la transmission 102 de la figure 4 comprend une transmission à engrenages 126 entre la première couronne 104 et le porte-satellites 120. Les engrenages 128, 130 et 132 assurent effectivement une transmission à rapport fixe entre le porte-satellites 120 et la première couronne 104. Il est intéressant de noter que cette transmission à rapport fixe comprend un engrenage intermédiaire 130 monté rotatif sur le carter 132 de la transmission 102, cet engrenage intermédiaire 132 engrenant avec un engrenage 134 fixe en rotation avec l'arbre d'entrée 122 et une denture 128 du porte-satellites. La présence de l'engrenage intermédiaire 130 assure une inversion du sens de rotation entre l'arbre d'entrée 122 (en prise directe avec la première couronne 104) et le porte-satellites 120. Le rapport de la transmission, exprimé comme rapport entre la vitesse de rotation du porte-satellites et la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée peut être compris entre -1 et 0, préférentiellement entre -0.9 et -0.1, plus préférentiellement entre -0.7 et -0.2. A titre d'exemple, il peut valoir -0.4. La transmission entre le porte-satellites 120 et la première couronne 104 a pour effet de modifier la plage des rapports de la transmission comme cela va être détaillé ci- après en relation avec la figure 5. La figure 5 illustre de manière détaillée la géométrie de la transmission à variation continue de la figure 4. Le rapport de transmission de la transmission Rglobal s'énonce : Rglobal = Nentrée où Nsonie est la vitesse de rotation en sortie de transmission et Nentrée est la vitesse de rotation à l'entrée de transmission. Si on pose que r est le rayon de la bille, RA et Rc les rayons des points A et C de contact des surfaces de friction des première et deuxième couronnes par rapport à leur axe de rotation, aA et ac les angles de contact des première et deuxième couronnes par rapport à une direction transversale passant par le centre des billes, et Rf le rapport de transmission entre le porte-satellites 120 et l'arbre d'entrée 122 (figure 4) en prise directe avec la première couronne 104, c'est-à-dire R _ Nporte-satellites f Nentrée on peut écrire Nsortie = (Nentrée-Rf-RC Nentrée- RA Nporte-satellites- RA 1 .CD) Rc AB Nsortie Or AB = r sin le = r sin(90°-0; -y) = r cos(a + y) CD = r sin 8 = r sin( 90°-0; +y) = r cos(a - y) On a alors : Nsortie RA. COS(ac - y) Rglobal =entrée = Rf (1 - Rf) Rc. cos(aA + y) Or, en l'absence de recirculation de puissance, le rapport de transmission global serait : Ri global = Rc. cos(aA + y) Le taux de variation du rapport de transmission selon ce premier mode de réalisation de l'invention est ainsi affecté du facteur (1 - Rf) en comparaison avec le cas de la transmission de l'état de l'art où le porte-satellite est immobile. Cela signifie que pour une variation donnée de l'angle d'inclinaison y des axes des billes, l'ouverture de la transmission selon ce mode de réalisation sera augmentée dès que le rapport Rf est inférieur à zéro. Physiquement, cela revient à dire que les sens de rotation de la première couronne et du porte-satellites sont inversés, ce qui permet d'augmenter la vitesse de rotation des billes autour de leurs axes. Similairement, lorsque Rf est supérieur à À : R'max + en/in = D imax + Ri min - 1 (Valeur supérieure à 1 dépendante des amplitudes de l'angle y) C'est-à-dire lorsque le porte-satellites tourne au moins À fois plus vite que la première couronne et ce dans le même sens, l'ouverture de la transmission sera également augmentée. Physiquement, si la première couronne et le porte-satellites tournent à la même vitesse, les billes ne tournent pas autour de leurs axes respectifs et la deuxième couronne tourne à la même vitesse et dans le même sens que la première couronne. C'est la situation où Rf est égal à 1 et où le rapport global Rglobal est également égal à 1. Lorsque le porte-satellites tourne plus de À fois plus vite que la première couronne, la vitesse de rotation des billes autour de leurs axes respectifs RA. COS(ac - y) se voit augmentée par rapport à une transmission conventionnelle où le porte-satellites est fixe. A cette vitesse de rotation relative augmentée vient s'ajouter la vitesse de rotation du porte-satellites. Non seulement le rapport de transmission global mais également le taux de variation du rapport de transmission se voient alors augmentés. La recirculation de puissance entre le porte-satellites et la première couronne permet ainsi d'augmenter le taux de variation du rapport de transmission par rapport à l'angle y d'inclinaison des axes des billes sur le porte-satellites. En d'autres termes, l'ouverture de la transmission se voit augmentée pour une variation donnée de l'angle y, ce qui permet alors de limiter la plage de variation de l'angle y pour une ouverture nécessaire donnée et partant, d'augmenter le rendement de la transmission. Les figures 6 à 8 illustrent un groupe motopropulseur comprenant la transmission de la figure 4. On peut en effet observer que le groupe motopropulseur 103 comprend un moteur 136, préférentiellement à combustion, relié via un embrayage 138 à l'arbre primaire ou d'entrée 122 de la transmission 102. L'arbre secondaire ou de sortie 124 supporte deux roues dentées 140 et 142, préférentiellement de nombres de dents différents. Un arbre intermédiaire 152 est disposé en parallèle aux arbres primaire et secondaire 122 et 124. L'arbre secondaire 152 supporte deux roues dentées 146 et 148 libres en rotation par rapport audit arbre. Une 148 des roues dentées libres en rotation de l'arbre intermédiaire engrène avec une 140 des deux roues dentées 140 et 142 de l'arbre de sortie 124 et l'autre 146 de ces roues dentées de l'arbre intermédiaire engrène avec une roue intermédiaire 144, montée libre en rotation par rapport au carter fixe de la transmission, cette roue intermédiaire 144 engrenant avec l'autre 142 des deux roues dentées de l'arbre de sortie 124. La présence de la roue intermédiaire 144, constituant une roue supplémentaire par rapport à l'engrènement des roues 140 et 148 permet d'inverser le sens de rotation. Le jeu de roues dentées 140 et 148 assure une transmission selon un rapport fixe négatif, pouvant correspondre à une transmission en marche avant, alors que le jeu de roues dentées 142, 144 et 146 peut correspondre à une transmission en marche arrière. L'arbre intermédiaire 152 comprend également une roue dentée 154 fixe avec ledit arbre, ladite roue engrenant avec une roue dentée 156 d'un différentiel, bien connu en soi de l'homme de métier. Un crabot 150 avec éventuellement des cônes de synchronisation est prévu sur l'arbre intermédiaire 152, apte à lier en rotation de manière sélective l'arbre en question avec chacune des deux roues dentées 146 et 148. En position centrale, telle qu'illustrée à la figure 6, le crabot n'engage avec aucune des deux roues dentées 146 et 148. Il s'agit de la configuration de la transmission en mode neutre, c'est-à-dire sans transmission de couple. Dans cette position, l'embrayage peut rester fermé. La figure 7 illustre le groupe motopropulseur de la figure 6, le groupe étant toutefois en mode de marche avant. En effet, le crabot 150 est en position gauche, c'est-à-dire en engagement avec la roue dentée 148 correspondant à la transmission intermédiaire de marche avant. La figure 8 illustre le groupe motopropulseur des figures 6 et 7, le groupe étant toutefois en mode de marche arrière. En effet, le crabot 150 est en position droite, c'est-à-dire en engagement avec la roue dentée 146 correspondant à la transmission intermédiaire de marche arrière La valeur absolue du rapport de la transmission secondaire de marche arrière est préférentiellement inférieure à celle de la marche avant. A titre d'exemple, le rapport de transmission intermédiaire de marche avant Rint_av peut être égal à -0.8 et celui de marche arrière Rintar peut être égal à 0.5. Le rapport de transmission du différentiel Rdiff peut être égal à -0.22. La figure 9 illustre de manière graphique la vitesse d'un véhicule pourvu du groupe motopropulseur décrit ci-avant, en marche avant et en marche arrière à un régime de 1000 tours/min du moteur, en fonction de l'angle y de la transmission à variation continue. L'angle y peut varier dans une plage de -18° à +18°. La vitese du véhicule dans les mêmes conditions en marche avant mais toutefois avec une transmission sans recirculation est également illustrée. On peut constater de manière assez nette que la plage de variation de la vitesse du véhicule est sensiblement plus large avec une transmission conforme à l'invention. REVENDICATIONS1. Transmission à variation continue (102) comprenant : - une première surface circulaire de transmission (116) ; - une deuxième surface circulaire de transmission (118) disposée en face de la première surface (116) ; - des satellites de transmission (108) coopérant avec les première et deuxième surfaces (116, 118) ; - un porte-satellites (120), les satellites (108) étant montés sur le porte-satellites via des axes de rotation (110) dont l'inclinaison peut être variée en vue de modifier le rapport de transmission entre les première et deuxième surfaces de transmission (116, 118) ; caractérisée en ce que le porte-satellites (120) est lié en rotation avec la première surface circulaire de transmission (116) selon un rapport de transmission Rf différent de 0 et 1. 2. Transmission à variation continue (102) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport de transmission Rf est inférieur à 0, le porte-satellites (120) tournant en sens inverse à la première surface circulaire de transmission (116). 3. Transmission à variation continue (102) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rapport de transmission Rf est supérieur à -1, le porte-satellites (120) tournant à une vitesse de rotation inférieure à celle de la première surface circulaire de transmission (116). 4. Transmission à variation continue (102) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le porte-satellites (120) comprend une couronne (128) en prise avec une ou plusieurs roues dentées (130) montées libres en rotation sur un carter fixe (132) de la transmission, ladite ou lesdites roues (130) étant en prise avec une roue dentée (134) liée en rotation avec la première surface circulaire de transmission (116). 5. Transmission à variation continue (102) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre :- un arbre primaire (122) lié en rotation, préférentiellement en prise directe, avec la première surface circulaire de transmission (116) ; - un arbre secondaire (124) lié en rotation, préférentiellement en prise directe, avec la deuxième surface circulaire de transmission (118) ; - un arbre intermédiaire (152) en prise sélective selon deux rapports de transmission intermédiaire Rintav et Rintar avec l'arbre secondaire (124), lesdits rapports étant de signes opposés. 6. Transmission à variation continue (102) selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre : - un premier jeu de roues dentées (140, 148) assurant le premier rapport de transmission intermédiaire Rintav entre l'arbre intermédiaire (152) et l'arbre secondaire (124) ; - un deuxième jeu de roues dentées (142, 144, 146) assurant le deuxième rapport de transmission intermédiaire Rintar entre l'arbre intermédiaire (152) et l'arbre secondaire (124) ; - des moyens à crabot et/ou synchronisation (150) sur l'arbre intermédiaire (152), aptes à lier en rotation avec ledit arbre de manière sélective une roue (146, 148) des premier (140, 148) et deuxième jeux (142, 144, 146) de roues dentées, disposée sur ledit arbre. 7. Transmission à variation continue (102) selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens à crabot et/ou synchronisation (150) sont configurés pour permettre à l'arbre intermédiaire (152) d'être libre en rotation par rapport aux premier (140, 148) et deuxième jeux (142, 144, 146) de roues dentées. 8. Transmission à variation continue (102) selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre : - un différentiel (156) en prise, préférentiellement directe, avec l'arbre intermédiaire (152). 9. Transmission à variation continue (102) selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre : - un embrayage (138) en prise directe avec l'arbre primaire (122). 10. Groupe motopropulseur (103), comprenant :- un moteur (136), préférentiellement à combustion ; - une transmission à variation continue (102) couplée au moteur; caractérisé en ce que la transmission à variation continue (102) est conforme à l'une des revendications 1 à 9.