Domaine d'application

L'invention est un engrenage dont la circonférence est variable. C'est aussi une transmission à rapport de démultiplication variable ou une machine munie d'un tel engrenage, et un procédé pour faire varier la circonférence d'un engrenage et le rapport de démultiplication d'une transmission.

Problème posé

L'objectif poursuivi par la présente invention est de permettre la réalisation d'une transmission à variation continue qui fonctionne sans glissement possible, par engrenages.

Art antérieur

On connaît les variateurs de vitesse à courroie qui sont composés d'une courroie, métallique ou souple, et de deux poulies dont les joues sont à écartement variable. En fonction de l'écartement des joues des poulies, la courroie pénètre plus ou moins près du centre, et change le rapport de démultiplication en conséquence. Ces solutions génèrent d'importants frottements et ne sont pas adaptés à la transmission de puissance. Elles ne sont pas non plus adaptées aux treuils car un glissement, qui est toujours possible pourrait avoir des conséquences dramatiques.

On connaît aussi plusieurs méthodes permettant de réaliser des engrenages à diamètre variable et des transmissions à rapport de démultiplication variable comme par exemple US 4772250 A de Kovar et al. du 20 septembre 1988 qui propose une transmission à aubes dentées, et la demande US 2011/0252909 Al de Nathan Naveh et al.Mass (IL) du 20 octobre 2011 qui décrit un système de dents rétractables. On connaît aussi WO2014068202 Al, de Franck Guigan [FR] et Janick Simmeray [FR] 8 mai 2014, et WO/2014/125177 de Franck Guigan [FR] 21.08.2014, ainsi que tous les documents cités dans ces documents et leurs rapports de recherche.

On connaît aussi FR 2 978 221 Al (Clopet Cyril Lilian Lucien [FR] du 25 janvier 2013 qui décrit un système qui n'est pas un véritable engrenage en ce sens que les dents qu'il propose n'ont pas de fonction de transfert de couple par engrènement.

On connaît enfin les documents US 2009/118043 Al (Eitan Nimrod [IL] ET AL du 7 mai 2009 et WO 2010067329 Al des mêmes inventeurs du 17 juin 2010, qui permettent de réaliser un engrenage dont le nombre de dents est variable, mais aucun des deux ne fournit un moyen efficace pour synchroniser une dent en approche d'une denture avec laquelle coopère cet engrenage.

Or ce point est essentiel pour éviter les conflits entre dentures. Pour prendre un exemple, un dérailleur de bicyclette ne gère pas les conflits de denture entre la chaîne de transmission à rouleaux et les dents d'un des engrenages du dérailleur. Il s'ensuit un léger à coup lorsque un rouleau de la chaîne de transmission vient buter sur le sommet d'une dent d'un des engrenages. De plus, il n'existe aucune solution dans laquelle les transmissions proposées par les deux demandes précitées permettent une variation continue du rapport de transmission.

Personne jusqu'ici n'a en effet trouvé un moyen d'obtenir une telle synchronisation et une telle variation en continu pour une transmission fonctionnant par engrènement et non pas par friction. Aucune des solutions proposées dans ces documents ne permet de réaliser des transmissions qui aient les qualités suivantes :

1. une variation continue du rapport de démultiplication,

2. une liaison mécanique constante entre l'engrenage selon l'invention et un autre engrenage,

3. une liaison sans aucun acyclisme,

4. une transmission de couple par engrenages, sans aucun glissement possible, ce qui permet un transfert de puissance important et sécurisé, avec un minimum de frottements,

5. une plage de variation très large du rapport de transmission,

6. une variation automatique du rapport de démultiplication en fonction du couple résistant,

7. un volume limité,

8. un poids limité,

9. et une conception assez simple et rustique pour répondre à toutes les applications envisagées au moindre coût.

Différents modes de réalisation décrits ci-après permettent aussi de bénéficier d'un frein moteur, d'un embrayage progressif, d'une marche arrière, et même d'une variation continue du rapport de transmission entre la marche avant et la marche arrière en passant par une configuration dans laquelle la transmission, au choix de son concepteur, a un rapport de transmission nul ou infini.

Description sommaire des dessins

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 27 qui représentent toutes des dispositifs ou parties de dispositifs selon l'invention. La figure 1 est une vue en perspective de 6 dentures 31 à 36 juxtaposées formant un engrenage selon l'invention.

Les figures 2 à 5 montrent des détails d'une variante dans laquelle les dentures coopèrent avec un engrenage secondaire 4 qui est ici un ensemble de deux courroies crantées jumelées. L'ensemble représenté tourne dans le sens trigonométrique. La figure 2 montre la partie avant d'une denture 32 dite suivante, qui est poussée vers l'avant par ses dents de synchronisation amont 3211 3212 et suivantes, c'est-à-dire vers la gauche de la figure, lorsqu'elle vient coopérer avec la denture 31 dite embrayée représentée à la figure 3, qui est munie de dents de synchronisation aval 3121 3122 et suivantes. La figure 4 montre l'assemblage de ces dentures avec l'engrenage secondaire 4, et la figure 5 montre l'ensemble de deux courroies crantées jumelées constituant cet engrenage secondaire 4, qui sont solidaires l'une de l'autre.

Les figures 6 à 8 sont des vues en perspective qui montrent un moyen de synchronisation avantageux, constitué par un bracelet 50 dont la coopération avec les dents de synchronisation aval 3121 3122 synchronise le bracelet 50 avec la denture 31 en prise avec un engrenage secondaire, et sa coopération avec les dents de synchronisation amont 3211 3212 de la denture 32 en approche de cet engrenage secondaire 4 synchronise à son tour cette denture 32 en approche.

La figure 9 est une vue en perspective de deux transmissions assemblées en série. Chacune est composée de deux engrenages à diamètre variable coopérant avec une courroie synchrone. Les arbres d'entrée et de sortie, au premier plan, sont alignés.

Les figures 10 à 12 sont des vues en perspective d'éléments d'un train épicycloïdal selon l'invention. L'engrenage à diamètre variable constitué des dentures 31 et 32 coopère avec les trois engrenages triples, 811a, 811b et 811, 812a 812b et 812, 813a 813aet 813 lesquels entraînent à leur tour les satellites 711, 712 et 713 qui font tourner le porte satellite 71 à l'intérieur de la couronne 10. Les engrenages 81 1a, 811b, 812a, 812b, 813a et 813 sont chacun munis d'une roue libre 3100 transmettant dans un seul sens et indépendamment leur rotation aux engrenages coopérant avec les satellites 711 712 et 713, et de dentures de synchronisation aval, et les dentures 31 et 32 sont munies de dents de synchronisation amont (ces éléments ne sont pas représentés). La figure 13 est une vue en perspective d'un train épicycloïdal similaire simplifié, comportant un porte satellite qui fait fonction d'engrenage secondaire.

La figure 14 est une vue en perspective d'un engrenage à diamètre variable selon l'invention, coopérant avec un engrenage à diamètre fixe par l'intermédiaire d'un dispositif dit engrenage intermédiaire 41. Il illustre le fait que l'engrenage extérieur 41 peut être de toute nature, comme par exemple conique ou hélicoïdal et qu'il suffit qu'il soit entraîné par les dentures 31 et 32 par l'intermédiaire de sa couronne interne.

La figure 15 est une vue en perspective d'un engrenage à diamètre variable selon l'invention, comportant deux dentures 31 et 32 indépendantes. La roue à diamètre variable 2 est dite à joues latérales coniques parce que les dentures sont maintenues dans une forme circulaire par des poulies dont les joues 501 et 502 sont à écartement variable. Dans la version représentée, les joues 501 et 502 comportent des marches, chaque marche déterminant un diamètre de la denture favorisé pour lequel la circonférence de la denture est un multiple du pas des dents. Ces joues pourraient aussi être lisses, mais l'avantage des marches est que cela permet de privilégier les diamètres de l'engrenage à diamètre variable dont la circonférence est un multiple du pas d'une dent. La figure 16 est une vue en perspective d'une roue à diamètre variable <ie type dit parapluie dans deux configurations. Celle du haut a un diamètre plus faible que celle du bas.

La figure 17 est une vue en perspective d'un autre type de roue à diamètre variable de type dit à aubes, comportant des aubes qui s'écartent plus ou moins de l'axe de rotation de l'arbre principal 1. De haut en bas, le diamètre de chacune des trois roues est de plus en plus petit parce que les aubes sont de plus en plus repliées. Les aubes représentées sont pivotantes autour d'un axe situé sur une couronne centrale, mais elles pourraient aussi être souples et déformables en conservant la même fonctionnalité.

Les figures 18 à 22 représentent toutes des aspects différents du même engrenage à diamètre variable dont la roue à diamètre variable est à joues latérales coniques, dans une version à trois dentures dont le support de denture est constitué par une poulie dont les joues 501 et 502 ont des parois qui ne sont pas parallèles au plan médian de l'engrenage à diamètre variable, et sont à écartement variable . La figure 18 est une vue en perspective générale, la joue 502 étant montrée en transparence pour voir le mécanisme intérieur. La figure 19 est une vue en perspective après avoir supprimé une des deux joues et l'engrenage secondaire 4 qui est ici une courroie synchrone. La figure 20 est une vue en perspective d'une partie de cette courroie synchrone qui permet de voir les dents de synchronisation aval 411 412 et 413. La figure 21 est une vue en perspective d'une denture 31 qui comporte une seule dent 3101 qui est ici un roulement à billes, et deux dents de synchronisation amont 3111 et 3112. La figure 22 est une vue en coupe axiale de l'engrenage à diamètre variable.

Les figures 23 à 25 représentent toutes des aspects différents d'un autre engrenage à diamètre variable dont les trois dentures 31 32 et 33 tournent aussi dans le même plan, dans une autre version dont les joues à écartement variable 501 et 502 sont divisées en trois portions de joue respectivement 501A, 501B et 501C et 502A, 502B et 502C.

Chacune de ces portions de joue est entraînée en rotation par la denture correspondante qui ne comprend ici qu'une seule dent, respectivement 31 32 et 33. La figure 23 montre en détail l'un des trois éléments constitutifs de l'engrenage selon l'invention. La dent 31 peut s'écarter de l'axe de rotation du bras principal 1 parce que le bras de liaison 210 qui la supporte peut pivoter par l'extrémité du support de denture 21. Un ressort non figuré rappelle ce bras 210 vers l'extérieur et il est rabattu par le couple résistant vers l'axe 1 de l'engrenage ce qui permet une régulation automatique du rapport de transmission en fonction du couple résistant. La figure 24 montre un engrenage dépourvu d'un côté de ses joues, bras de liaison et supports de denture. L'engrenage secondaire est ici une courroie 4 que l'on voit aux figures 24 et 25 de l'intérieur, pour voir comment les dents coopèrent avec cette courroie en deux points par les dents 32 et 33. Lorsqu'elle se rapproche de la courroie, la dent 33 est synchronisée avec elle par les dents de synchronisation amont 3111 et 3112 que l'on voit mieux sur la figure 23.

Comme dans l'exemple des figures 18 à 22, les dentures des figures 23 à 25 ne comportent chacune qu'une dent d'entraînement qui est un roulement, et plusieurs dents de synchronisation amont qui coopèrent avec des dents de synchronisation aval situées sur la courroie 4.

Les figures 26 et 27 représentent une mise en œuvre particulière dans laquelle, pour un diamètre de l'engrenage à diamètre variable faible, l'engrenage secondaire 4 cesse d'être entraîné par l'engrenage à diamètre variable. Lorsque le diamètre est suffisant comme représenté par la figure 26, l'engrenage à diamètre variable transmet son mouvement aux engrenages 811a 811b et 811 qui sont solidaires entre eux, et qui transmettent leur mouvement à l'engrenage secondaire 4 par la coopération entre l'engrenage intermédiaire 81 1 et l'engrenage 711 solidaire de l'engrenage secondaire 4, tandis que la coopération n'existe plus à la figure 27 entre l'engrenage à diamètre variable et les engrenages 811a, et 811b car une butée (non représentée) a empêché ces engrenages de se rapprocher suffisamment de l'axe de rotation des dentures 31 et 32. Les roues libres associées aux dentures et les moyens de synchronisation de dentures ne sont pas représentés pour ne pas surcharger les figures.

Exposé de l'invention

L'invention est un engrenage à circonférence variable coopérant avec un autre moyen d'engrènement dit engrenage secondaire 4 comprenant :

- un axe de rotation dit arbre principal 1

- une pluralité de dentures 31, 32 et suivantes pouvant être entraînées par ledit arbre principal 1, composées chacune d'un ou plusieurs éléments dits dents d'entraînement 311 et le cas échéant 312 et suivants pour la denture 31, 321 et le cas échéant 322 et suivants pour la denture 32, etc.

- un moyen mécanique dit de maintien de coopération maintenant une denture au contact dudit engrenage secondaire 4,

caractérisé par le fait qu'une denture (31) est liée mécaniquement audit arbre d'entraînement par une roue libre (3100) permettant un décalage angulaire d'une denture (31) dite denture suivante par rapport à une autre denture (32) dite denture embrayée, et qu'elle comporte un moyen de synchronisation de dentures permettant de décaler angulairement une denture (31) dite suivante par rapport à une autre denture (32) dite embrayée, étant précisé que l'on entend ci-avant par engrenage un dispositif circulaire ou non muni d'un ou plusieurs éléments appelés dents transmettant un couple, c'est-à-dire une force sensiblement perpendiculaire à la surface de coopération dudit dispositif avec ledit engrenage secondaire, et par denture un ensemble d'une ou plusieurs de telles dents. Description détaillée de l'invention

Comme tous les engrenages, celui selon l'invention comporte un axe de rotation dit arbre principal 1, et une ou plusieurs dentures 31, 32 et suivantes qui sont des ensembles de dents d'entraînement transmettant un couple, c'est-à-dire une force sensiblement perpendiculaire au rayon joignant la dent au centre de la roue. Ce couple est transmis ou reçu d'un moyen d'engrainement avec lequel l'engrenage selon l'invention coopère, dit engrenage secondaire 4, que cet engrenage secondaire 4 soit mené ou qu'il soit menant.

Le principe général de l'invention

Au lieu d'avoir une seule denture, un engrenage selon l'invention en comporte plusieurs, par exemple deux 31 et 32. La figure 1 montre un engrenage composé de 6 dentures. Dans une configuration préférée, une denture a un rayon variable et doit être maintenue en contact avec l'engrenage secondaire 4 par des éléments dits supports de denture 21, 22 et suivants maintenant lesdites dentures à une distance sensiblement constante dudit arbre d'entraînement 1. Ces supports de denture forment un ensemble dit roue à diamètre variable 2.

L'innovation consiste en ce que le dispositif comporte une roue libre permettant de décaler angulairement une denture dite suivante par rapport à une denture 32 dite embrayée qui est déjà en prise avec l'engrenage secondaire 4, de telle sorte qu'en arrivant en contact avec l'engrenage secondaire 4, cette denture dite suivante 31 soit synchronisée avec lui. On entend ici par synchronisé le fait qu'il n'y ait pas de conflit entre les dents de l'engrenage selon l'invention et celle l'engrenage secondaire 4 au moment où ils entrent en coopération.

La roue libre 3100 qui permet à la denture dite suivante de se décaler angulairement, soit dans le sens moteur soit dans le sens inverse.

Le moyen de maintien de coopération

Il est impératif que les dents d'entraînement, quelle que soit la déformation d'une denture, restent en contact avec l'engrenage secondaire 4. Deux méthodes principales sont proposées:

- les dents peuvent être maintenues à la même distance de l'axe de rotation de l'arbre principal 1 par un moyen dit roue à diamètre variable comportant des éléments dits supports de denture 21 22 et suivants maintenant les dentures dans une forme sensiblement circulaire autour dudit arbre principal 1 ,

- soit dans une méthode dite parapluie, illustrée par la figure 16, parce qu'il existe des liens mécaniques déformables comme les baleines d'un parapluie entre des dents et l'arbre principal,

- soit dans une méthode dite à aubes, illustrée par la figure 17, parce les supports de denture 21, 22 et suivants ont une extrémité qui peut s'écarter dudit arbre principal 1 et donc écarter la denture considérée, - soit dans une méthode dite à poulies à joues à écartement variables, illustrée par les figures 18 à 25, parce que le dispositif comporte une poulie dont les joues 501 et 502 ont des parois qui ne sont pas parallèles au plan médian de l'engrenage à diamètre variable, et sont à écartement variable.

- un patin ou une roue situé à distance de l'axe de rotation dudit arbre principal 1 assure la pression entre une denture de l'engrenage à diamètre variable et l'engrenage secondaire 4 au lieu de leur coopération. Sans sortir du cadre de la présente invention, l'engrenage à diamètre variable peut donc avoir une forme quelconque, pas nécessairement circulaire.

Les figures 15, 16 et 17 présentent trois modes principaux de conception de roues à diamètre variable respectivement dénommées le type à joues coniques, le type parapluie, et le type à aubes, qui peuvent se combiner. L'utilisation de poulies à joues coniques permet une circularité parfaitement régulière, tandis que l'utilisation d'aubes permet une régulation automatique du rapport de transmission en fonction du couple résistant. On obtient la plage de rapport de transmission la plus large avec des aubes rotatives tournant autour d'un axe situé à une distance de l'axe de l'arbre 1 plus grande que le rayon de la denture qu'il supporte. Le fait que les aubes, rappelées dans une position donnée par un moyen mécanique comme un rappel élastique, s'écartent de cette position pour s'ouvrir ou se fermer sous l'effet du couple résistant, conduit en effet à une modification automatique du rayon de l'engrenage en fonction de ce couple.

Ces deux méthodes peuvent avantageusement être combinées comme c'est le cas pour les figures 18 à 25.

Les joues 501 et 502 d'une poulie peuvent soit être coniques et lisses, la section des dentures étant alors trapézoïdale, soit comporter des marches, chaque marche déterminant le diamètre de la denture, comme représenté à la figure 15. Avantageusement, ces diamètres correspondent à des circonférences d'engrenage qui sont des multiples du pas de l'engrenage à diamètre variable. Le moyen de synchronisation des dentures

Que l'objectif soit de garantir le changement de rapport de transmission sans conflit de denture ou d'obtenir une transmission véritablement variable en continu, il faut d'utiliser un moyen de synchronisation comme par exemple l'un de ceux décrits ci-après.

L'engrenage à diamètre variable peut comporter un moyen mécanique permettant d'écarter une denture dite suivante 31 d'une denture embrayée 32 ou de la denture de l'engrenage secondaire 4.

Dans la situation où la circonférence de l'engrenage n'est pas égale à la somme du pas des dents des différentes parties de la denture constituant un tour complet, ce sont les dents proches du début de la denture 2 qui seront les premières à ne pas se retrouver en vis-à-vis des dents de la denture qui sont situées dans une denture décalée qui est sur le même plan passant par l'axe de rotation de l'arbre principal 1, et donc en conflit avec celles de l'engrenage secondaire 4. Une solution consiste à ce que les dents les plus proches du début de la denture soient pointues pour limiter les possibilités de conflit entre la tête de ces dents et la tête des dents de l'engrenage secondaire 4.

Une autre solution consiste à ce que le pas des dents situées à l'avant de la denture soit légèrement différent de celui du reste de la denture, pour que, dans le cas où une dent de la denture se retrouve en conflit avec une dent du moyen d'engrènement, ce ne puisse pas être le cas de l'une des dents suivantes et que le problème se retrouve ainsi résolu.

L'engrenage à diamètre variable peut aussi comporter un moyen de coopération par friction avec une surface de friction de l'engrenage secondaire 4.

Comme cela est illustré par les figures 6, 7 et 8, on peut aussi utiliser un anneau 50 qui assure la coopération entre les dents de synchronisation d'une denture 31 et celles d'une autre denture 32. Cet anneau ne coopère avec ces dents que dans la partie de l'engrenage à diamètre variable qui est proche de la zone de coopération entre l'engrenage à diamètre variable et l'engrenage secondaire 4. L'avantage est que les dentures ne sont liées entre elles que dans cette zone, et que leur diamètre peut donc plus facilement s'agrandir ou se rétrécir lorsque cela est souhaité. La circonférence de l'anneau 50 est plus grande que la plus grande circonférence possible de l'engrenage variable quand ses dents sont extérieures, et plus petite dans le cas inverse, lorsque l'engrenage variable est une couronne. L'anneau peut être rigide comme représenté à la figure 8, ou souple comme une courroie synchrone, solution plus adaptée lorsque l'engrenage à diamètre variable entraîne une courroie synchrone.

Il est recommandé de munir les dentures 31 32 et suivantes de l'engrenage à diamètre variable d'un moyen de rappel élastique les replaçant à une position dans laquelle la répartition des masses autour de l'axe de rotation de l'arbre principal 1 est régulière, afin d'éviter les vibrations. Le déplacement angulaire d'une denture se fait facilement dans la position où ses dents de coopération ne coopèrent ni avec celles d'une autre denture ni avec l'engrenage secondaire. Le moyen de synchronisation préféré consiste à utiliser comme moyen de synchronisation de dentures une ou plusieurs dents dites dents de synchronisation amont - 3111 et le cas échéant 3112 et suivantes - solidaires d'une denture dite suivante, coopérant avec une ou plusieurs dents dite de synchronisation aval solidaires soit de ladite denture embrayée - 3221 et le cas échéant 3222 et suivantes - soit d'un engrenage secondaire 4 - 4111 et le cas échéant 4112 et suivantes. Dans le cas où l'arbre principal 1 est moteur, les dents de synchronisation amont doivent être orientées vers l'arrière lorsqu'elles coopèrent avec un engrenage secondaire 4 concave comme représenté aux figures 8 à 25, pour être poussées par l'engrenage secondaire et entraîner la denture concernée à une vitesse supérieure à celle des autres dentures qui sont embrayées, c'est à dire dans le sens permis par la roue libre. Les dents de synchronisation peuvent ne servir qu'à la synchronisation ou avoir aussi une fonction d'entraînement.

Il est particulièrement avantageux d'utiliser l'attraction magnétique pour synchroniser une denture suivante avec une denture dite embrayée. Les dents de synchronisation amont - 3111 et le cas échéant 3112 et suivantes - et les dents de synchronisation aval - 3221 et le cas échéant 3222 et suivantes - sont dans ce cas remplacées par des aimants, car cette solution limite les frottements. On entend ci avant par aimant aussi bien un aimant qu'un électro-aimant ou un ensemble d' électro-aimants formant un moteur ou même une pièce métallique attirée par un aimant

La mise en œuyre monoplan

Pour former un engrenage selon l'invention, les dentures peuvent aussi bien être associées dans des plans différents comme c'est le cas dans les mises en œuvre des figures I à 9 et l3 à l5 que dans le même plan comme illustré par les figures 18 à 27. Dans un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux, adapté à une mise en œuvre par des dentures situées dans des plans différents mais aussi à celui dans lequel les dentures sont dans le même plan, l'engrenage à circonférence variable ne comporte que trois dentures 31, 32 et 33. Deux d'entre elles sont embrayées sur le secondaire 4 tandis qu'une autre dite suivante est maintenue par un lien élastique dans une position sensiblement médiane par rapport aux deux autres, avant d'être synchronisée par les dents de synchronisation.

L'engrenage à circonférence variable comporte avantageusement un moyen dit moyen de répartition homogène assurant un écart angulaire le plus homogène possible entre les différentes dentures, qui est mis en œuvre lorsqu'une denture n'est pas en prise avec ledit engrenage secondaire 4. Ce moyen de répartition homogène est avantageusement un rappel élastique d'une denture vers une position angulaire correspondant à la bissectrice de la position angulaire de la denture qui la précède et de celle qui la suit.

Les dentures peuvent ne comporter chacune qu'une seule dent qui est un roulement à billes ou à aiguilles, des dents de synchronisation amont solidaires des dentures coopérant avec des dents de synchronisation aval situées sur l'engrenage secondaire 4.

Les dents de synchronisation amont 3111 et 3112 forment un sous-ensemble souple qui s'adapte à la courbure de l'engrenage secondaire 4 et assurent une arrivée sans heurt de la denture suivante 31 sur lui. Dans un mode perfectionné, non représenté, lesdites dents de synchronisation amont - 3111 et le cas échéant 3112 et suivantes - se poursuivent par une partie souple 31110 s'enroulant à l'intérieur de l'engrenage à circonférence variable. Ces parties souples peuvent par exemple coulisser sur la partie proche de l'arbre de transmission 1 des autres dentures. Elles prennent alors une forme sensiblement circulaire, et leur masse reste relativement stable lors de la rotation de l'engrenage selon l'invention.

Dans cette configuration, c'est l'engrenage secondaire 4 qui comporte des dents de synchronisation 411, 412 et suivantes qui coopèrent avec ces dents de synchronisation amont. Dans l'exemple représenté, l'engrenage à diamètre variable est moteur, et les dents de synchronisation sont orientées de telle sorte que la partie inclinée de chacune d'entre elles force progressivement la denture 31 à avancer plus vite que la précédente 32 si elle n'est pas déjà dans une position synchronisée.

Chacune de ces dentures 31 32 et 33 peut être reliée à l'arbre principal par une lame de ressort, respectivement 21 22 et 23. La vue en coupe de la figure 22 permet de voir que chacune de ces lames de ressort 21 22 et 23 est reliée à l'arbre principal par une roue libre 3100 3200 et 3300 différente, ce qui fait que leur position angulaire relative est légèrement variable pour permettre la synchronisation.

L'engrenage secondaire 4 est ici une courroie synchrone, mais ce pourrait aussi être une chaîne. L'essentiel est qu'il soit en prise avec l'engrenage à diamètre variable sur un angle suffisant, par exemple 60° lorsqu'il y a trois dentures, pour qu'il y ait toujours une denture qui soit embrayée sur l'engrenage secondaire 4.

Deux joues coniques 501 et 502 qui peuvent être lisses ou à marches assurent la circularité de l'engrenage secondaire 4 lors de sa coopération avec l'engrenage à diamètre variable. Dans la version illustré par mes figures 18 à 22, un rappel élastique (non représenté) les rapproche l'une de l'autre et leur écartement est déterminé par l'écartement des dentures de l'axe de rotation de l'arbre principal 1.

Dans la mise en œuvre des figures 18 à 22, des liens élastiques 51 et 52 peuvent assurer le maintien de la denture qui n'est pas embrayée sur le secondaire, pour éviter qu'elle ne s'écarte sous l'effet de la force centrifuge et vienne buter sur l'engrenage secondaire avec une vitesse relative excessive. Ces liens sont constitués d'une partie peu élastique qui fait toujours plus d'une fois le tour de l'engrenage, pour être coincée par au moins une dent en prise avec l'engrenage secondaire 4, et d'une partie plus élastique qui assure leur tension quelle que soit la distance des dentures avec l'axe de rotation de l'arbre principal 1. La face externe des liens élastiques est peu glissante pour être coincée par l'engrenage secondaire 4 et tourner avec lui sur une denture embrayée, tandis que la face interne est glissante pour permettre à la denture qui n'est pas embrayée d'avancer ou de reculer angulairement si nécessaire. La légère élasticité de la partie peu élastique du lien élastique permet une variation progressive du diamètre de l'engrenage. Ces liens élastiques ne sont pas nécessaires dans la version illustrée par les figures 23 à 25, version dans laquelle une joue est divisée en trois portions de joue au moins. Chacune de ces portions dé joue (respectivement 501 A, 501B et 501C pour la joue 501 et 502A, 502B et 502C pour la joue 502) est entraînée en rotation par la denture correspondante (respectivement 31, 32 et 33). L'écartement de chaque portion de joue est déterminé par le coulissement d'un ergot d'une denture pratiquée dans une gorge radiale d'une portion de joue. Les joues sont solidaires entre elles dans une direction parallèle à l'arbre de rotation 1, par un moyen mécanique simple comme celui qui est représenté sur les figures 23 à 27, alors que la position angulaire d'une portion de joue n'est pas fixe par rapport aux portions adjacentes mais peut varier légèrement dans la phase de synchronisation de la denture concernée. La circularité de l'engrenage est ainsi garantie. Il est évidemment possible de rajouter au dispositif des barreaux de soutien de l'engrenage secondaire 4 (non représentés), coulissant dans des rainures similaires, et n'ayant pas de fonction d'entraînement.

Il est possible de limiter le nombre de dentures à deux, mais il est recommandé dans ce cas de munir chacune d'entre elles d'un nombre de dents suffisant pour qu'il y ait toujours une dent qui soit embrayée sur le secondaire 4.

Associations d'engrenages selon l'invention

Toutes les dispositions de mécanismes de transmission de mouvement décrites dans les documents WO2014068202 Al et WO/2014/125177 précités peuvent être mises en œuvre sans sortir du cadre de la présente invention.

On notera en particulier la possibilité d'associer ces engrenages en parallèle, ou en série comme illustré par la figure 9, et de les utiliser dans la construction de trains épicycloïdaux comme ceux décrits dans l'un ou l'autre de ces documents et comme ceux représentés par les figures 10 et 13. Un point important est qu'il faut respecter la règle qu'une denture d'un engrenage à diamètre variable selon l'invention ne peut pas être simultanément en prise en deux emplacements avec un autre engrenage, si ces deux emplacements doivent être rapprochés ou éloignés pour changer de rapport de transmission. Cela empêcherait évidemment toute modification de la distance entre ces deux emplacements. Dans le cas d'un train épicycloïdal, par exemple si c'est le soleil ou la couronne qui sont des engrenages à diamètre variable selon l'invention, la meilleure solution est que l'élément considéré ne coopère qu'avec un seul satellite comme représenté à la figure 13, ou que la liaison mécanique reliant cet élément avec un satellite comporte une roue libre. Sur cette figure, la transmission de mouvement se fait de gauche à droite, l'arbre moteur étant l'arbre de rotation des dentures 31 et 32, et le mouvement se transmettant successivement aux satellites 81 la et 81 lb qui sont tous les deux solidaires de l'engrenage 811, lequel coopère avec le satellite 711 par l'intermédiaire de l'engrenage intermédiaire 711a. L'arbre de sortie est l'arbre de rotation du porte satellite, qui tourne dans un sens ou dans l'autre en fonction du diamètre de l'engrenage à diamètre variable situé à gauche. Pour ne pas compliquer la figure, on n'a représenté ni les roues libres associées aux dentures 31 et 32 ni les moyens de synchronisation de ces dentures, mais elles sont indispensables pour qu'une couronne 32 soit synchronisée avec la couronne 31 déjà en prise avec le secondaire lorsqu'elle va rencontrer l'engrenage 911b, conformément au principe de la présente invention.

Chacun des engrenages 81 la et 81 lb peut recevoir une roue libre, respectivement 3100 et 3200, permettant à l'un des engrenages de tourner moins vite que l'autre dans le sens moteur, afin que des dents de synchronisation situées à l'avant d'une denture dite suivante ralentissent la rotation de cet engrenage jusqu'à ce qu'il soit synchronisé avec la denture considérée. Ces dentures - non représentées - sont de préférence pointues et peuvent s'escamoter élastiquement en cas de conflit entre les dents de synchronisation d'une denture 31 avec les dents de synchronisation d'un engrenage 811a (non représentées).

Des assemblages en parallèle permettent de réaliser des dispositifs équivalents à des différentiels, mais aussi de jumeler des moteurs de différentes natures. Des assemblages en série permettent d'obtenir de très grandes plages variation du rapport de transmission, ce qui peut se révéler particulièrement avantageux pour la récupération d'énergie au freinage par exemple, en faisant tourner très rapidement un alternateur pour une très faible vitesse de rotation d'une roue que l'on souhaite freiner.

Une disposition avantageuse, non représentée, consiste à faire coopérer une courroie synchrone avec deux dispositifs selon l'invention, et à munir chacun d'eux d'un moyen de rappel élastique vers une position dans laquelle la circonférence est la plus élevée afin que la courroie soit toujours tendue.

Les arbres de chacun des engrenages selon l'invention sont ainsi fixes et la plage de variation possible du rapport de transmission est plus grande. Cet ensemble peut être associé en série avec quatre engrenages selon l'invention, avec l'avantage que les arbres d'entrée et de sortie peuvent être alignés comme représenté par la figure 9.

Des trains épicycloïdaux selon l'invention offrent des avantages considérables puisque la variation du diamètre d'un engrenage qui est aussi bien le soleil qu'un satellite ou la couronne peut faire varier le rapport de transmission de l'un à un autre des trois composants du train épicycloïdal dans des plages très larges, tout en ayant la possibilité d'inverser le mouvement en passant par une configuration où le rapport de transmission peut être nul ou infini.

La présente invention permet de réaliser facilement une roue motorisée. Un moteur muni d'un engrenage à diamètre variable coopère avec un moyen d'engrènement relié directement ou non à la jante de la roue motorisée, la variation du diamètre de l'engrenage ayant pour seule conséquence le déplacement du moteur par rapport à l'axe de rotation de la roue. L'homme de l'art peut trouver de nombreuses façons de déplacer ce moteur pour que l'engrenage à diamètre variable reste en permanence en contact avec le moyen d'engrènement relié à la jante.

Débrayage

L'homme de l'art peut aussi concevoir une transmission dans laquelle, pour un diamètre donné de l'engrenage à diamètre variable, l'arbre moteur et l'engrenage secondaire cessent d'être entraînés par le dispositif. Une denture ayant un rayon de rotation trop faible peut par exemple cesser de coopérer avec le secondaire. Une telle disposition est représentée aux figures 26 et 27. L'engrenage à diamètre variable coopère directement ou indirectement avec l'engrenage secondaire 4 pour l'entraîner en rotation à la figure 26, mais cette coopération n'est plus possible pour un diamètre inférieur de l'engrenage à diamètre variable comme représenté à la figure 27. Un engrenage à circonférence variable peut ainsi cesser de coopérer directement ou indirectement avec l'engrenage secondaire 4 pour l'entraîner en rotation, un moyen mécanique comme par exemple une butée rendant cette coopération impossible pour une circonférence donnée de l'engrenage à circonférence variable.

Embrayage progressif

Il est avantageux que, pour un diamètre de l'engrenage à diamètre variable intermédiaire entre celui pour lequel il existe une coopération directe ou indirecte avec l'engrenage secondaire 4 et celui pour lequel cette coopération n'est plus possible, il existe un moyen de coopération par friction. L'engrenage à diamètre variable doit pour cela comporter un moyen de coopération par friction avec une surface de friction 53 d'un engrenage secondaire 4 ou d'un engrenage intermédiaire coopérant avec cet engrenage secondaire. Pour une circonférence de l'engrenage à circonférence variable intermédiaire entre celle pour laquelle il existe ainsi une coopération directe ou indirecte avec l'engrenage secondaire et celle pour laquelle cette coopération n'est plus possible, le dispositif est alors muni d'un embrayage progressif.

Marche arrière

Dans une plage de réglages dans laquelle un engrenage à circonférence variable cesse de coopérer directement ou indirectement avec l'engrenage secondaire 4, l'homme de l'art peut prévoir un autre mode de coopération directe ou indirecte entre l'engrenage à circonférence variable et un engrenage secondaire 4 pour faire tourner ce dernier dans un sens de rotation inverse. Cela permet de munir une transmission selon l'invention d'une marche arrière.

Désactivation de la roue libre

Une roue libre 3100 peut être désactivée lorsque la denture qu'elle relie à l'arbre principal coopère directement ou indirectement avec l'engrenage secondaire 4. Cela permet par exemple de disposer d'un frein moteur. De nombreuses méthodes sont à la disposition de l'homme de l'art pour réaliser cela. On peut par exemple prévoir une certaine souplesse dans la position d'un support de denture lorsqu'il n'est pas embrayé, lui permettant de s'écarter de l'arbre principal, alors que la pression du secondaire sur l'engrenage à diamètre variable a pour effet de rapprocher ce support de denture de cet arbre en le rendant ainsi solidaire en rotation de cet arbre principal (version non représentée). D'autres moyens électromagnétiques par exemple peuvent permettre de réaliser cet objectif.

Pour obtenir un frein moteur, il est également possible d'assembler deux transmissions en parallèle en les munissant de roues libres de sens de rotation libre opposé. L'une des deux transmissions assemblées en parallèle peut servir à la motorisation d'une machine et l'autre à la récupération d'énergie cinétique par freinage de l'engrenage secondaire.

Le choix du nombre de dentures et du nombre de dents des dentures

Une denture peut comporter une ou plusieurs dents, et le nombre de dentures doit être au moins égal à deux mais n'est pas limité.

Une denture 31 est entraînée en rotation autour de l'arbre principal 1 par une seule liaison mécanique, par exemple par son extrémité avant ou par son extrémité arrière ou par tout autre point de la denture. Ainsi, si la première dent de la denture est synchrone avec les dents d'un engrenage secondaire 4 comme par exemple une chaîne ou une courroie crantée ou un engrenage à dents classiques, les suivantes le sont donc aussi obligatoirement.

Il faut veiller à ce que le diamètre de l'engrenage à diamètre variable puisse varier à tout moment, même lorsqu'il est en prise avec l'engrenage secondaire 4. Cela est obtenu si deux parties non adjacentes d'une denture, par exemple ses extrémités, ne sont pas simultanément en prise avec l'engrenage secondaire 4. S'il existe deux points de contact simultanés, l'un des deux doit comporter une roue libre pour permettre ce changement de diamètre. La situation est différente selon que l'engrenage à diamètre variable et l'engrenage secondaire 4 sont de même concavité ou non, et l'homme de l'art saura facilement trouver les bonnes combinaisons en respectant cette règle. Dans le cas de dentures juxtaposées latéralement, le problème peut être réglé en dissociant l'engrenage secondaire 4 en plusieurs parties pouvant tourner à des vitesses différentes, par exemple parce qu'elles sont reliées à l'arbre autour duquel elles tournent par des roues libres.

Une solution préférée pour économiser l'espace consiste à ce que les dentures tournent dans le même plan, ce qui est possible en particulier lorsque l'engrenage à diamètre variable et l'engrenage secondaire 4 ont une concavité opposée, c'est-à-dire lorsque l'engrenage à diamètre variable est convexe et l'engrenage secondaire 4 une couronne. Il suffit alors qu'il y ait toujours au moins une dent qui soit en prise pour que l'entraînement de l'un par l'autre soit assuré. Cela est le cas avec trois dentures ne comportant qu'une seule dent chacune lorsque l'engrenage secondaire 4 est une courroie synchrone ou une chaîne comme cela est représenté aux figures 2 à 5, 9 et 18 à 25.

Rien n'oblige à ce que le pas de la denture 31 et celui de la denture 32 soient égaux. Le seul point important est qu'ils correspondent chacun au pas de la partie de l'engrenage secondaire 4 avec lequel elle coopère.

Le choix de la nature des dents

Un engrenage à diamètre variable selon l'invention peut aussi bien être un engrenage convexe qu'une couronne concave.

L'homme de l'art doit tenir compte du rayon de deux engrenages coopérant entre eux pour dessiner leurs dents respectives, car ces formes dépendent directement des deux rayons pour que les engrenages roulent l'un sur l'autre sans frottement. Cela constitue une difficulté pour la conception des engrenages à diamètre variable. Cette difficulté peut être contournée en insérant un engrenage intermédiaire 41 à diamètre fixe entre l'engrenage à diamètre variable et l'engrenage secondaire 4 avec lequel on veut le faire coopérer. Pour ce qui concerne la coopération entre l'engrenage à diamètre variable et l'engrenage intermédiaire 41, on peut rester limité aux principes de coopération entre un pignon et une courroie synchrone ou une chaîne de transmission, l'un des deux étant de préférence convexe si l'autre et concave et réciproquement, ce qui permet de ne générer que très peu de frottements, mais l'engrenage intermédiaire 41 ayant un diamètre fixe, on peut le faire coopérer sans frottement avec tout type d'autre engrenage 4. Une telle mise en œuvre est illustrée par la figure 14 dans laquelle l'engrenage secondaire 4 est un engrenage droit à diamètre fixe, mais tous les modes de coopération entre engrenages deviennent possibles dans les meilleures conditions. On peut donc réaliser avec cette méthode des engrenages de tous types connus comme des engrenages cylindriques ou conique, à vis sans fin, etc. qui sont très efficaces.

Une denture peut être aussi bien une courroie crantée qu'une chaîne ou un pignon de chaîne ainsi que tout type d'engrenage classique tel que dentures droites, hélicoïdales ou à chevron, lanternes, roues dentées non circulaires, engrenages conique ou à vis sans fin, etc..

Il est recommandé cependant de privilégier un dispositif d'engrainement dont le pas ne varie pas avec le diamètre de l'engrenage, comme une courroie synchrone, une chaîne de transmission ou un engrenage à lanterne par exemple.

Dans un mode de réalisation préféré, une dent est un roulement, par exemple un roulement à bille ou à aiguilles, et l'engrenage secondaire 4 est un pignon ou une chaîne comportant des dents conçues pour coopérer avec le roulement choisi. La variation du rapport de transmission

Plusieurs méthodes sont proposées pour modifier manuellement ou automatiquement le rapport de transmission en modifiant la distance entre l'axe de rotation de l'arbre principal et le point de liaison entre cet arbre et une denture, comme la force centrifuge qui s'applique à l'un des éléments du dispositif, ou un rappel élastique, ou encore la géométrie de la liaison mécanique entre l'arbre principal et une denture. On peut aussi modifier le diamètre de l'engrenage, par tous moyens mécaniques ou électromécaniques connus.

L'homme de l'art peut choisir de privilégier des géométries dans lesquelles la circonférence de l'engrenage à diamètre variable est égale à un nombre entier de pas des dentures constituant un tour complet de l'engrenage à diamètre variable, soit par des rappels élastiques conduisant les dentures à prendre de telles positions lorsqu'elles en sont proches, soit en utilisant des poulies à joues 501 et 502 comportant des marches comme illustré à la figure 15 dans le cas où cette solution est mise en œuvre, soit encore en utilisant un moyen mécanique motorisé pour faire varier le rayon de giration d'une denture et en gérant ce moyen mécanique motorisé avec un ordinateur.

Applications

L'invention s'applique en particulier :

a) à la transmission de motorisation de tous les types de moyens de transport comme les voitures, les camions, les trains, les engins civils et militaires, les vélos à assistance électrique, les bateaux, etc.

b) au freinage des véhicules et d'autres machines, évitant les poussières de garnitures et récupérant l'énergie même lors de freinages très puissants,

c) aux moteurs électriques, d'une part parce que l'invention permet de les faire tourner au régime le plus favorable tout en adaptant la vitesse de sortie, et d'autre part parce qu'elle permet d'éviter les surtensions dues aux surcharges, et donc d'utiliser des moteurs moins puissants plus économiques,

d) à la régulation de la vitesse de rotation des générateurs d'énergie électrique comme les alternateurs des véhicules, les éoliennes et les hydroliennes, les turbines et les dispositifs de récupération d'énergie.

e) aux palans, crics, treuils, winches, réducteurs, boites de vitesses et variateurs continus ou par étages,

f) au stockage d'énergie dans un volant d'inertie à grande vitesse parce que, le rapport de transmission variant avec le couple résistant, il augmente au fur et à mesure du stockage puisque le couple résistant diminue, et que cela a pour effet de faire prendre au volant d'inertie une vitesse qui croit de plus en plus ; ce qui est décrit dans la FR2014-00441 du 19 02 2014 - Système inertiel à vitesse croissante de Franck Guigan [FR] s'applique ainsi parfaitement à la présente invention.

g) aux broyeurs et concasseurs de minerais et aux mélangeurs,

h) aux tapis roulants et ascenseurs, remonte-pentes, téléphériques, etc.,

i) aux appareils électroménagers et à l'outillage,

j) aux moulinets de cannes à pêche,

k) aux jouets,

1) et d'une façon générale à tous les cas où un moteur doit, pour rester efficace ou économiser de l'énergie, avoir le régime optimal et/ou s'adapter à la variation du couple résistant.