FR3105334A1

FR3105334A1 - Convertisseur de couple

Info

Publication number: FR3105334A1
Application number: FR1914782A
Authority: FR
Inventors: Franck Guigan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-06-25

Abstract

L'invention est une transmission mécanique à rapport variable en fonction du couple transmis ou de la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée ou de l’arbre de sortie ou d’une combinaison de ces paramètres. Elle sélectionne automatiquement le rapport de transmission le plus approprié et ne produit aucun acyclisme. De telles transmissions peuvent entrer dans la fabrication de transmissions robotisées à double embrayage et transférer des puissances importantes, tout en restant très simples à fabriquer et peu coûteuses. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Convertisseur de couple

L’invention est une transmission mécanique dont le rapport de transmission varie automatiquement en fonction du couple résistant.

Problème technique

De nombreux ingénieurs ont conçu des transmissions à rapport variable, mais aucune ne donne vraiment satisfaction.

On connait la demande PCT-FR-2019-000030 de Franck Guigan [FR] déposée le 6 Mars 2019, qui propose d'utiliser un moyen mécanique permettant au maneton d'une manivelle de se rapprocher de son axe de rotation sous l’effet d’une force créée par le couple auquel est soumise la transmission, et/ou de s’en éloigner par sa vitesse et/ou par un rappel élastique, ce qui a pour effet de faire varier l'amplitude du mouvement de va et vient d'une bielle entraînée par ce maneton et commandant par une roue libre la rotation d'un arbre de sortie toujours dans le même sens.

On connait aussi les documents cités par cette demande, ceux cités dans son rapport de recherche ainsi que ceux cités dans le rapport de recherche de la demande de brevet FR1870485 de Franck Guigan [FR] déposée le 24 avril 2018.

L’invention sera bien comprise, et d’autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 5 qui représentent toutes des dispositifs ou partie de dispositifs selon l'invention.

est une vue en perspective d’une transmission à trois transmissions élémentaires selon l’invention. Elle a donc trois vitesses correspondant à trois rapports de transmissions différents. L’arbre d’entrée 2 fait tourner trois pignons dentés dit d’entrée de diamètres différents dont on ne voit que le plus grand 203. Il est entraîné en rotation par trois bras d’entraînement 403a 403b et 403c qui pivotent chacun autour d’un axe proche de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée. Chaque pignon d’entrée entraîné en rotation par l’arbre d’entrée peut entraîner à son tour en rotation par engrenage un pignon denté dit de sortie, 301302 et 303 selon le cas, entraînant l’arbre de sortie 3 par une roue libre. On voit la roue libre 603 par laquelle le pignon de sortie 603 fait tourner l’arbre de sortie. Un rappel élastique 800 tend à rapprocher les extrémités de ces arbres de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée, et la tension de ce rappel élastique est réglable par le curseur 801.

est une vue en perspective de la même transmission, vue du même côté mais sous une perspective différente. Les pignons dentés d’entrée ne sont pas montrés pour que l’on voie les trois ensembles de bras d’entraînement. 401a 401b et 401c pour le pignon 301. On voit aussi les bras 402a et 403a qui entraînent respectivement les pignons d’entrée 302 et 303. On voit en revanche les trois pignons de sortie 201202 et 203. Ces bras d’entraînement sont synchronisés et toutes leurs extrémités sont à la même distance de l’axe de l’arbre d’entrée.

est une vue en perspective sous un autre angle de la même transmission cette fois munie de tous ses pignons d’entrée.

est une vue en perspective du mécanisme de synchronisation des bras d’entraînement 401a401b et 401c. Chacun de ces trois bras d’entraînement est solidaire des bras d’entraînement homologues associés aux deux autres pignons d’entrée.

est une vue en perspective d’une transmission perfectionnée dont l’une des transmissions élémentaires à rapport de transmission variable, comprenant une manivelle 101 reliée par une bielle 106 à un levier moteur 105 qui est souple. Cette transmission est associée en parallèle avec une autre transmission comportant trois transmissions élémentaires de rapports différents, dits rapports impairs pour les différencier des rapports dits pairs de la première transmission. Il y a donc six vitesses dont une à rapport de transmission variable. Chacune transmet son mouvement à un disque d’embrayage, 801 pour les rapports impairs et 802 pour les rapports pairs. Un disque d’embrayage mobile 800 coopère alternativement avec l’un et avec l’autre pour bénéficier des avantages d’une transmission robotisée à double embrayage.

La présente invention est une transmission mécanique comportant un arbre d’entrée (2), un arbre de sortie (3), ces deux arbres étant reliés mécaniquement par une pluralité de sous-ensembles dits transmissions élémentaires ayant chacune un rapport de transmission différent (ensembles de pignons 203 et 303, 202 et 302, et le cas échéant ensembles suivants), associées en parallèle, caractérisé en ce que chacune de ces transmissions élémentaires comporte une roue libre (603 pour la transmission composée des pignons 203 et 303) de telle sorte que ledit arbre de sortie est entraîné par ladite transmission élémentaire lui transmettant la plus grande vitesse de rotation., et que l’une au moins desdites transmissions élémentaires comporte un limiteur de couple ou de vitesse de rotation (403 pour la transmission composée des pignons 203 et 303), de telle sorte qu’elle ne lie mécaniquement l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie que si le couple auquel est soumis ladite transmission élémentaire est inférieur à une valeur prédéterminée, ou que si la vitesse de rotation à laquelle elle est soumise est inférieure ou supérieure à une valeur prédéterminée, selon le cas.

Description détaillée de l’invention

Le principe de la présente invention consiste à relier un arbre d’entrée à un arbre de sortie par plusieurs transmissions élémentaires ayant chacune un rapport de transmission différent, chacune de ces transmissions élémentaires comportant une roue libre reliée à l’arbre de sortie, de telle sorte que seule la transmission élémentaire transmettant le mouvement le plus rapide à l’arbre de transmission transmet le mouvement de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie, et l’une au moins de ces transmissions élémentaires comportant un limiteur de couple, de telle sorte qu’elle ne relie l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie que si le couple auquel est soumis la transmission est inférieur à une valeur prédéterminée.

Ce limiteur de couple peut être remplacé par un limiteur de vitesse de rotation ce qui a alors pour effet qu’une transmission élémentaire ne relie l‘arbre d’entrée à l’arbre de sortie que si la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée ou de l’arbre de sortie ou de tout élément intermédiaire est inférieure à une valeur déterminée.

Une transmission élémentaire entre en rotation si son limiteur de couple ou de vitesse de rotation le permet, et entre les transmissions élémentaires qui tournent, seule celle qui procure le mouvement le plus rapide à l’arbre de sortie assure effectivement la transmission de l’énergie à l’arbre de sortie.

Un perfectionnement important est qu’un limiteur de couple ou de vitesse de rotation d’une des transmissions élémentaires est lié mécaniquement au limiteur de couple ou de vitesse de rotation d’une autre desdites transmissions élémentaires de telle sorte que lorsqu’il lie mécaniquement l’arbre d’entrée au pignon transmettant le mouvement à l’arbre de sortie, cela empêche simultanément le limiteur de couple ou de vitesse de rotation de ladite autre transmission élémentaire de lier mécaniquement son arbre d’entrée à son arbre de sortie.

Cela permet d’éviter que, lorsque le limiteur de couple ou de vitesse de rotation associé à une transmission élémentaire entre en fonction, le couple subi par cette transmission élémentaire devienne nul ou la vitesse devienne supérieure ou inférieure au seuil prévu, et que le limiteur de couple ou de vitesse de rotation cesse alors de ne plus transmettre le couple à l’arbre de sortie. Il en résulterait des à coups dans la transmission préjudiciable à sa qualité.

Avantageusement, toutes les transmissions élémentaires comportent un limiteur de couple ou de vitesse de rotation, mais ce n’est pas indispensable car l’une d’entre elles, par exemple la première vitesse, peut ne pas en comporter et être en prise directe permanente. L’avantage de munir la première vitesse d’un limiteur de couple ou de vitesse de rotation est de pouvoir utiliser cette transmission élémentaire comme embrayage.

La solution la plus simple est que le limiteur de couple comporte un bras d’entraînement qui relie directement ou indirectement l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie de ladite transmission élémentaire à laquelle il appartient lorsque le couple auquel est soumise la transmission élémentaire considérée excède une valeur déterminée ou est inférieur à une valeur déterminée. La liaison permanente de ce bras d’entraînement peut être à l’une ou l’autre de ses extrémités.

En jouant sur la position du centre de gravité de ce bras d’entraînement, on peut aussi mettre en service et hors service une transmission élémentaire en fonction de la vitesse de rotation de son arbre d’entrée ou de son arbre de sortie.

Lors d’une surcharge mécanique, un bras d’entraînement fléchit et son extrémité mobile cesse de coopérer avec son moyen de liaison mécanique avec l’arbre d’entrée ou avec l’arbre de sortie, selon le cas. Le pignon d’entrée n’est dans ce cas plus accouplé à l’arbre d’entrée, tandis que le ré-accouplement est automatique.

Le bras d’entraînement est avantageusement relié mécaniquement directement ou indirectement aux arbres d’entrée ou de sortie d’une pluralité de transmissions élémentaires.

Le bras d’entraînement peut être muni de crochets comme représenté sur les figures, ou d’un rappel élastique lui conférant plusieurs positions intermédiaires de repos privilégiées, ou de crantages. La liaison entre un bras d’entraînement et le pignon dont il assure l’entraînement peut être mécanique ou magnétique.

Dans une version perfectionnée représentée à la figure 5, une au moins desdites transmissions élémentaires a un rapport de transmission qui varie en fonction du couple auquel elle est soumise ou de sa vitesse de rotation. Il existe de nombreuses façons de réaliser de telles transmissions, dont celles décrites dans les PCT-FR-2019-000030 et FR1870485 précitées.

Il est également possible de réaliser avec l’invention des boites de vitesses à double embrayage comme celle représentée à la figure 5. Une telle transmission comporte deux ensembles de transmissions élémentaires correspondant à des rapports de transmission dit pairs et impairs comme cela est largement connu. Chacune de ces transmissions élémentaires transmet son mouvement à un disque d’embrayage, respectivement 801 et 802. Ces disques d’embrayage coopèrent alternativement avec l’arbre de sortie de l’ensemble par un troisième disque d’embrayage 800. L’avantage est d’éviter les chocs lors de la mise en service d’une roue libre, puisque celle-ci est mise en service avant d’assurer la transmission du couple à l’arbre de sortie. Cette disposition est donc particulièrement adaptée aux transmissions de puissance.

L’invention est aussi une machine munie d’une transmission selon l’invention ou transmettant sa puissance par une telle transmission, ou mise en mouvement par une telle transmission.

Elle est aussi le procédé de transmission de mouvement d'un arbre d’entrée à un arbre de sortie par l’utilisation d’une transmission mécanique selon l’invention.

Dispositions et combinaisons particulières

Toutes les dispositions et combinaisons décrites dans le document PCT-FR-2019-000030 précité peuvent évidemment être mises en œuvre dans le cadre de la présente invention, dont en particulier
- le blocage et déblocage de la variation du rayon de giration du maneton,
- la limitation de la variation pendant une partie du cycle,
- l’amortissement de toute déformation élastique d’un élément de liaison,
- la limitation de la déformation élastique d’un élément de liaison,
- la modification de l’orientation d’une crémaillère,
- la mise en œuvre de formes conjuguées entre crémaillère et secteur,
- l’utilisation d’une double crémaillère fonctionnant à l’aller et au retour,
- l’utilisation de crémaillères interchangeables,
- l’inversion de la transmission,
- le blocage de la transmission,
- la limitation de la course de la crémaillère et/ou du secteur,
- le rappel élastique en fin de la course d’un élément de liaison,
- l’équilibrage d’une transmission par disposition de plusieurs transmissions élémentaires symétriquement par rapport à l’axe de l’arbre d’entrée et/ou de l’arbre de sortie,
- la rotation limitée du bâti,
- l’utilisation d’un levier moteur,
- le fonctionnement réciproque, permettant de disposer d’un frein moteur ou de faire démarrer un moteur à explosion,
- le stockage d’énergie et le freinage,
- les applications aux moteurs à piston,
- les applications aux moteurs à chaleur externe,
- les applications aux outillages tournants,
- l’utilisation de lanceur séparé.

Applications

Les principales applications sont les suivantes:
- les transmissions à variation continue à engrenages,
- les transmissions à variation continue dont le rapport de transmission s’adapte automatiquement au couple résistant, ce qui concerne tous les véhicules et en particulier les bateaux dont le couple résistant dépend des vagues et courants rencontrés,
- les boites de vitesses étagées à changement de vitesse automatique en fonction du couple résistant et/ou du régime moteur,
- les embrayages centrifuges sans déperdition d’énergie,
- les synchro de boites de vitesses,
- les limiteurs de couple,
- le transfert de puissance à une pluralité de roues motrices par une pluralité de transmissions selon l’invention, en remplacement des différentiels,
- la combinaison de plusieurs sources d’énergie, chacune étant reliée à un même arbre de sortie par une transmission selon l’invention,
- les moteurs à pistons comportant une transmission selon l’invention en lieu et place du système bielle-vilebrequin,
- les moteurs électriques munis d’une transmission selon l’invention pour supporter tout couple supérieur à celui fourni par le moteur lors de son fonctionnement normal, par exemple celui qui est nécessaire au démarrage ou en cas de surcharge mécanique,
- la récupération d’énergie au freinage, par l’accouplement des roues à un moyen de stockage d’énergie, en faisant varier le rapport de transmission pour doser l’énergie stockée et donc l'importance du freinage,
- l’adaptation en temps réel du rapport de transmission des éoliennes et des hydroliennes à la vitesse optimale de leur générateur électrique
- le stockage d’énergie dans des volants d’inertie de jouets et d’autres machines
- la propulsion des vélos et autres véhicules ou machines mus par un pédalier ou des manivelles,
- les winches, crics et treuils dont le rapport de transmissions s‘adapte automatiquement au couple résistant,
- les outillages tournants.

Claims

Transmission mécanique comportant un arbre d’entrée (2), un arbre de sortie (3), ces deux arbres étant reliés mécaniquement par une pluralité de sous-ensembles dits transmissions élémentaires ayant chacune un rapport de transmission différent (ensembles de pignons 203 et 303, 202 et 302, et le cas échéant ensembles suivants), associées en parallèle, caractérisé en ce que chacune de ces transmissions élémentaires comporte une roue libre (603 pour la transmission composée des pignons 203 et 303) de telle sorte que ledit arbre de sortie est entraîné par ladite transmission élémentaire lui transmettant la plus grande vitesse de rotation., et que l’une au moins desdites transmissions élémentaires comporte un limiteur de couple ou de vitesse de rotation (403 pour la transmission composée des pignons 203 et 303), de telle sorte qu’elle ne lie mécaniquement l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie que si le couple auquel est soumis ladite transmission élémentaire est inférieur à une valeur prédéterminée, ou que si la vitesse de rotation à laquelle elle est soumise est inférieure ou supérieure à une valeur prédéterminée, selon le cas.
Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce qu’un limiteur de couple ou de vitesse de rotation (403) d’une desdites transmissions élémentaires est lié mécaniquement au limiteur de couple ou de vitesse de rotation d’une autre desdites transmissions élémentaires de telle sorte que lorsqu’il lie mécaniquement son arbre d’entrée à son arbre de sortie, cela empêche simultanément le limiteur de couple ou de vitesse de rotation de ladite autre transmission élémentaire de lier mécaniquement son arbre d’entrée à son arbre de sortie.
Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que toutes lesdites transmissions élémentaires comportent un limiteur de couple ou de vitesse de rotation.
Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit limiteur de couple ou de vitesse de rotation (403) comporte un bras d’entraînement (403a) qui relie directement ou indirectement l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie de ladite transmission élémentaire à laquelle il appartient lorsque le couple auquel est soumise ladite transmission élémentaire excède une valeur déterminée ou est inférieur à une valeur déterminée.
Transmission mécanique selon la revendication 4 caractérisée en ce que ledit bras d’entraînement est relié mécaniquement directement ou indirectement aux arbres d’entrée ou de sortie d’une pluralité de transmissions élémentaires.
Transmission mécanique selon la revendication 4 caractérisée en ce que ledit bras d’entraînement est muni d’un rappel élastique lui conférant plusieurs positions intermédiaires de repos.
Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que l’une au moins desdites transmissions élémentaires a un rapport de transmission qui varie en fonction du couple auquel elle est soumise.
Transmission mécanique selon la revendication 1 comportant deux ensembles de transmissions élémentaires transmettant chacune leur mouvement à un disque d’embrayage (respectivement 801 et 802), coopérant alternativement avec l’arbre de sortie de l’ensemble par un troisième disque d’embrayage (800).
Machine munie d’une transmission selon l’une quelconque des revendications précédentes ou transmettant sa puissance par une telle transmission, ou mise en mouvement par une telle transmission.