Brevet FR3003924A1 — publié le 20141003

TRANSMISSION A VARIATION CONTINUE 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 0.6 à 2.4 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). Il est toutefois à noter que le rendement 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 suffisante et des rendements de transmission satisfaisants. Plus particulièrement, l'invention a 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 ou la deuxième surface de transmission selon un rapport de transmission Rf différent de 1, ou avec la rotation des satellites sur leurs axes. Les première et deuxième surfaces peuvent être sur des couronnes respectives. Ces surfaces sont montées tournantes autour d'un même axe. La première surface de transmission est préférentiellement une surface d'entrée. La deuxième surface de transmission est préférentiellement une surface de sortie. La transmission peut comprendre un arbre d'entrée relié directement ou indirectement à la première couronne et/ou la première surface de transmission. La transmission peut comprendre un arbre de sortie relié directement ou indirectement à la deuxième couronne et/ou la deuxième surface de transmission. Selon un mode avantageux de l'invention, le porte-satellites est lié en rotation avec la première ou la deuxième surface de transmission selon un rapport de transmission Rf 0, préférentiellement Rf>2, le porte-satellites tournant dans le sens de la première ou deuxième surface de transmission. Selon un mode avantageux de l'invention, les première et deuxième surfaces de transmission sont coaxiales et les satellites sont répartis de manière circonférentielle par rapport à l'axe desdites surfaces. Selon un mode avantageux de l'invention, la transmission comprend un arbre d'entrée lié en rotation, préférentiellement en prise directe, avec le porte-satellites, ledit porte-satellites étant lié en rotation avec la première surface de transmission suivant le rapport de transmission Rf. Selon un mode avantageux de l'invention, le porte-satellites est lié en rotation avec la première surface de transmission via deux engrenages à denture externe, et une denture interne, la denture interne étant préférentiellement directement liée à la première surface de transmission. La transmission comprend alors préférentiellement une première couronne supportant la première surface de transmission et la denture interne. Selon un mode avantageux de l'invention, la transmission comprend un arbre de sortie lié en rotation, préférentiellement en prise directe, avec le porte-satellites, ledit porte-satellites étant lié en rotation avec la deuxième surface de transmission suivant le rapport de transmission Rf. Selon un mode avantageux de l'invention, les satellites coopèrent essentiellement par friction avec les première et deuxième surfaces circulaires. Selon un mode avantageux de l'invention, les satellites comprennent des surfaces sphériques de contact avec les première et deuxième surfaces circulaires. Les première et deuxième surfaces sont préférentiellement des surfaces annulaires aptes à coopérer avec des satellites sphériques. Les satellites peuvent également être des roues coopérant avec les première et deuxième surfaces de transmission toroïdales présentant chacune un profil radial convexe généralement circulaire. L'invention a également pour objet un groupe motopropulseur notamment pour véhicule automobile, comprenant une transmission à variation continue, remarquable en ce que ladite transmission est conforme à l'invention. La transmission à variation continue peut être du type à billes ou encore du type toroïdal. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent par la recirculation de puissance entre deux des quatre éléments de la transmission 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 selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - La figure 4 est une représentation détaillée de la transmission de la figure 3 selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - La figure 5 est une illustration détaillée de la géométrie relative au contact des surfaces de transmission avec les billes ; 3003 92 4 5 - La figure 6 une illustration schématique du principe de fonctionnement d'une transmission à variation continue selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - La figure 7 une illustration schématique du principe de fonctionnement d'une 5 transmission à variation continue selon un troisième mode de réalisation de l'invention. 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. 10 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 15 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 20 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 25 axes respectifs. L'invention consiste à revoir l'architecture de la transmission de la figure 2 en vue d'augmenter son ouverture. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'élément fixe F de la figure 2 devient mobile en rotation par rapport à l'arbre d'entrée et ce préférentiellement 30 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 5 pour les mêmes éléments ou les éléments correspondants, ces numéros étant toutefois majorés de 100 afin de bien distinguer l'invention. La liaison en rotation entre l'entrée E et le porte-satellite est préférentiellement une liaison à rapport fixe du type 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 engrenage entre la première couronne 104 et l'arbre d'entrée 130 et que le porte-satellites 120 est directement lié en rotation avec l'arbre d'entrée 130. Les engrenages 122 et 128 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 122 monté rotatif sur le carter 126 de la transmission 102, cet engrenage intermédiaire 122 engrenant avec un premier engrenage 128 fixe en rotation avec l'arbre d'entrée 130 et une denture de la première couronne 104. La présence de l'engrenage intermédiaire assure une inversion du sens de rotation entre l'arbre d'entrée 130 et la première couronne 104. La différence importante entre le nombre de dents du premier engrenage et de la couronne dentée 104 assure un rapport de transmission important, par exemple dont la valeur absolue, c'est-à-dire sa valeur numérique sans tenir compte de son signe, est supérieur à 2, préférentiellement supérieur à 4, plus préférentiellement supérieur à 6. 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 de la figure 4, l'angle y d'inclinaison des axes des billes étant ici de signe opposé à celui de la figure 4. Le rapport de transmission de la transmission Rg lobal s'énonce : Nsortie Rglobal = m 'y entrée où Neertie 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 l'arbre d'entrée 130 (figure 4) et la première couronne 104, c'est-à-dire - Npremière couronne R f - Nentrée on peut écrire Nsortie = (Nentrée- RC Npremière couronne - RA Nentrée - RA - 1 AB Rc Or AB = r = r sin(90°-0; -y) = r cos(a + y) CD = r sin ô = r sin( 900-0; +y) = r cos(a - y) On a alors : Nsortie RA. COS(ac - Y) Rglobal = = 1 +(R 1) Rc. cos(aA + y) 'y entrée Dans le cas où l'entrée est directement la couronne 104 et le rapport fixe Rf est entre l'entrée et le porte-satellite (cas n'étant pas représenté), on a alors : Nsortie RA. COS(ac - y) Rglobal = = Rf + (1 Rf) Rc. cos(aA + y) 'ventrée Dans le cas où par rapport à l'entrée, il y a un rapport fixe Rfi vers le porte-satellite et un rapport Rf2 vers la couronne (cas n'étant également pas représenté), on a alors : RA. COS(ac Y) = Rf1 (Rf2 Rf1) Rc. cos(A + Y) Rglobal = Nentrée Nsortie 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 (Rf - 1) ou (Rf2 - Rf1) 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 dés 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 deux, c'est-à-dire lorsque la première couronne tourne au moins deux fois plus vite que le porte-satellites 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 Rg lobal est également égal à 1. Lorsque la première couronne tourne plus de deux fois plus vite que le porte- satellites, la vitesse de rotation des billes autour de leurs axes respectifs 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. Les mêmes considérations sont également valables lorsque le taux de variation du rapport de transmission est affecté du facteur (Rf2 - Rf1), à savoir qu'il sera augmenté si (Rf2 - Rf1) > 1 ou si (Rf2 - Rf1) S. Cette liaison est préférentiellement à rapport fixe. Similaire au premier mode de réalisation de l'invention illustré notamment à la figure 4, la liaison en rotation entre le porte-satellites et l'arbre de sortie peut être assurée par un jeu d'engrenages. Similairement à ce qui a été détaillé en relation avec le premier mode de réalisation de l'invention et en référence à la figure 5, on peut également calculer le rapport global 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, et R'f le rapport de transmission entre le porte-satellites et la deuxième couronne. On peut considérer les deux cas suivants, similairement à ce qui a été fait pour le premier mode de réalisation, à savoir : - Le rapport fixe R'f est entre la sortie et l'élément F->S, l'élément S étant en liaison directe avec la sortie (Fig. 6) : Nsortie 1 "global = = 1 1 N , entree ef+ (1 R,f) RA. cos(lac - y) Rc. cos(aA + y) - Le rapport fixe R'f est entre la sortie et l'élément S, l'élément F->S étant en liaison directe avec la sortie (cas n'étant pas représenté) : Ri global = Nsortie Nentrée 1 = 1 1+ (, -1) 1 R f RA. COS(aC - y) Rc. cos(aA + Y) Or, en l'absence de recirculation de puissance, le rapport de transmission global serait : Ri global' = Rc. cos(aA + y) Lorsque R'f est égal à 1, le rapport de transmission Rglobal devient alors égal à 1 car effectivement, les billes ne peuvent tourner autour de leurs axes respectifs en l'absence de mouvement relatif entre le porte-satellites et la deuxième couronne, c'est-à-dire la couronne de sortie. Similairement au cas du premier mode de réalisation de l'invention, une valeur de R'f négative permet d'augmenter significativement le taux de variation du rapport de transmission et ainsi son ouverture et son rendement. La figure 7 est une illustration schématique du principe de fonctionnement d'une transmission à variation continue selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, ce sont les billes qui sont liées en rotation avec leur support. En d'autres termes, les billes sont liées en rotation autour de leurs axes respectifs avec la rotation du porte-satellites. Cela signifie physiquement que la rotation des billes induites par la rotation de la première couronne va provoquer une rotation contrôlée des billes sur leur support, ce qui va alors influencer directement leur vitesse de rotation autour de leurs axes. Similairement à ce qui a été détaillé en relation avec les premier et deuxième modes de réalisation de l'invention et en référence à la figure 5, on peut également calculer le rapport global de transmission si on pose que r est le rayon de la bille, RA, Rc et RG les rayons des points A, C et G de contact des surfaces de friction des première et deuxième couronnes et de la bague, et R"f le rapport de transmission entre les billes et le porte-satellites, à savoir : 1"f- = NL NF->L. RA. COS(ac - y) On obtient alors : Nsortie RG. COS(aC - Y) R" global = m 1 + (1 - Rut') Rc. cos(y) 1 v entrée 1 1 +(1 -R") RG. cos(aA + Y) RA. cos(y) Or, en l'absence de recirculation de puissance, le rapport de transmission global serait : R" global' = Nsortie N entrée RA. COS(ac - y) = R. cos(aA + y) REVENDICATIONS1. Transmission à variation continue (102 ; 202 ; 302) comprenant : une première surface circulaire de transmission (116) ; une deuxième surface circulaire de transmission (118) disposée en face de la première surface ; des satellites de transmission (108) coopérant avec les première et deuxième surfaces ; 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 ou la deuxième surface de transmission (116, 118) selon un rapport de transmission Rf différent de 1, ou avec la rotation des satellites (108) sur leurs axes (110). 2. Transmission à variation continue (102 ; 202) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le porte-satellites (120) est lié en rotation avec la première (116) ou la deuxième surface de transmission (118) selon un rapport de transmission Rf 3. Transmission à variation continue (102 ; 202) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le porte-satellites (120) est lié en rotation avec la première (116) ou la deuxième surface de transmission (118) selon un rapport de transmission Rf>0, préférentiellement Rf>2, le porte-satellites (120) tournant dans le sens de la première ou deuxième surface de transmission. 4. Transmission à variation continue (102; 202; 302) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les première (116) et deuxième surfaces de transmission (118) sont coaxiales et les satellites (108) sont répartis de manière circonférentielle par rapport à l'axe (114) desdites surfaces. 5. Transmission à variation continue (102) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un arbre d'entrée (130) lié en rotation, préférentiellement en prise directe, avec le porte-satellites (120), ledit porte-satellites étant lié en rotation avec la première surface de transmission (116) suivant le rapport de transmission Rf. 6. Transmission à variation continue (102) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le porte-satellites (120) est lié en rotation avec la première surface de transmission (116) via deux engrenages à denture externe (122, 128) et une denture interne, la denture interne étant préférentiellement directement 10 liée à la première surface de transmission (116). 7. Transmission à variation continue (202) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un arbre de sortie lié en rotation, préférentiellement en prise directe, avec le porte-satellites, ledit porte-satellites étant lié en rotation avec la deuxième surface de transmission suivant le 15 rapport de transmission Rf. 8. Transmission à variation continue (102; 202; 302) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les satellites (108) coopèrent essentiellement par friction avec les première et deuxième surfaces circulaires (116, 118). 20 9. Transmission à variation continue (102; 202; 302) selon la revendication 8, caractérisée en ce que les satellites (108) comprennent des surfaces sphériques de contact avec les première et deuxième surfaces circulaires (116, 118). 10.Groupe motopropulseur notamment pour véhicule automobile, comprenant 25 une transmission à variation continue, caractérisé en ce que ladite transmission (102 ; 202 ; 302) est conforme à l'une des revendications 1 à 9.