FR3111401A3 - Transmission mécanique - Google Patents

Abstract

L'invention est une transmission mécanique étagée très simple et très rustique, dont le rapport peut varier automatiquement en fonction du couple auquel est soumis son arbre de sortie ou en fonction de tout autre paramètre, et qui ne produit aucun acyclisme. Elle comporte un sélecteur qui peut connecter simultanément deux transmissions élémentaires, mais elle est munie d’un moyen dit de gestion de conflit entre transmissions élémentaires, qui déconnecte dans ce cas l’une de ces deux transmissions élémentaires. Figure de l’abrégé : Fig. 1

Description

Transmission mécanique

L’invention est une transmission mécanique très simple et rustique de conception, ne nécessitant pas d’être débrayée pour que l’on puisse changer de vitesses, ne nécessitant pas de synchro non plus, et très facile à rendre automatique par de simples moyens mécaniques.

Problème technique

De nombreux ingénieurs ont conçu des boites de vitesses manuelles ou automatiques permettant de se passer d’embrayage et de synchro, comme par exemple des boites de vitesses à crabots, mais ils ont abouti à des conceptions complexes, fragiles et coûteuses à réaliser.

On connait un très grand nombre de documents décrivant des boites de vitesses manuelles et automatiques et en particulier les trois documents suivants.
- GB758516 (A) du 3 octobre 1956 de Thomas Hindmarch, qui décrit une transmission dont l'arbre d'entrée entraîne des pignons s'engageant avec un pignon sur l’arbre de sortie, au moins un pignon sur l'arbre d'entrée étant pourvu d'un embrayage à friction à sélection de vitesse et au moins un pignon sur l'arbre de sortie étant pourvu d'une roue libre.
- GB2193766 (A) du 17 février 1988 de Eric Albert Whateley, qui décrit une transmission comprenant deux embrayages à friction et deux roues libres, et des moyens de commande pour débrayer l’un des embrayages à friction.
- et WO2020020398 (A1) du 30 janvier 2020 de Ps Satyanarayana [IN] et Prajod Ayyyppath [IN] qui décrit une boîte de vitesses à deux vitesses qui comprend deux étages d'engrenage, le premier étage d'engrenage étant relié de façon fixe à l'arbre d'entrée et un premier engrenage d'entrée connecté à l'arbre de sortie via une roue libre, l’entrée du premier étage d’engrenage et/ou l'arbre d'entrée étant lié à l’entrée du second étage d’engrenage par un embrayage centrifuge.

On connait aussi 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 la demande de brevet FR1870485 de Franck Guigan [FR] déposée le 24 avril 2018 et les documents cités dans son rapport de recherche.

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 37 qui représentent toutes des dispositifs ou partie de dispositifs selon l'invention.

Pour simplifier l’exposé,
- on dira ci-après qu’une transmission élémentaire est « connectée » ou « embrayée » lorsque l’arbre d’entrée de la transmission selon l’invention est lié mécaniquement en rotation à son entrée et que sa sortie est liée mécaniquement en rotation avec l’arbre de sortie de la transmission selon l’invention, et qu’elle est « déconnectée » ou « débrayée » lorsque l’une au moins de ces deux liaisons mécaniques n’est pas réalisée.
- on appellera transmission élémentaire « adjacente » une transmission élémentaire dont le plan principal – celui comprenant son entrée ou sa sortie, comme un pignon, une manivelle, une bielle ou un levier moteur – est le plus proche de celui de la transmission élémentaire considérée,
- et on définira une transmission élémentaire par son « rang » dans la liste des transmissions élémentaires dont le rapport de transmission va croissant, en partant de la transmission élémentaire de rang 1 pour celle correspondant au rapport de transmission le plus faible aussi couramment appelé la « première vitesse ». Plusieurs transmissions élémentaires adjacentes de rang croissant peuvent ainsi être dénommées la « première vitesse », la « deuxième vitesse », la « troisième vitesse », etc.

ainsi que les trois suivantes sont des vues en perspective d’une transmission selon l’invention dans un premier mode de réalisation, à arbres parallèles, comportant trois transmissions élémentaires 2001 2002 et 2003 composées chacune de deux pignons, un pignon d’entrée entraîné par l’arbre d’entrée 2 et un pignon de sortie pouvant entraîner l’arbre de sortie 3. La transmission élémentaire 2001 est composée des pignons d’entrée 201 et de sortie 301, la transmission élémentaire 2002 est composée des pignons d’entrée 202 et de sortie 302, et la transmission élémentaire 2003 est composée des pignons d’entrée 203 et de sortie 303. La transmission est vue entière à la figure 1.

est une vue en perspective de cette transmission démunie de ses pignons de sortie pour que l’on puisse voir le sélecteur 40 qui est un écrou coopérant avec la partie de l’arbre de sortie 3 qui est une vis 31. Deux ressorts maintiennent élastiquement ce sélecteur dans le même plan que les plans de rotation du pignon d’entrée 202 et du pignon de sortie 302.

est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 et de sa partie centrale qui est la vis 31 coopérant avec le sélecteur 40.

est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 muni de son sélecteur 40 dont la butée 42 peut être entraînée en rotation par la butée 502 du pignon de sortie 302. On peut noter la présence d’un ressort spiral 702 entre le centre du pignon de sortie et sa périphérie comportant les dents, ce qui amortit le choc lors de la connexion de la transmission élémentaire considérée.

est une vue en perspective d’une version similaire à celle représentée aux figures précédentes, qui est munie d’un moyen de blocage du déplacement du sélecteur.

est une vue en perspective d’une version similaire à celle représentée aux figures précédentes, mais dont le sélecteur 40 est déplacé manuellement le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie 3, à l’aide d’une fourchette 3000.

est une vue en perspective de trois pignons 301 302 et 303 comportant chacun des butées pouvant être entraînées en rotation par le sélecteur dont une butée est munie d’une roulette 4010.

est une vue en perspective d’un sélecteur perfectionné dont deux butées sont munies de roulettes 4010 et 4010a, qui peuvent se décaler le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie par rapport à une position de repos centrale. Le sélecteur 40 comporte une partie mobile 4014 supportant les axes de rotation des roulettes, et cette partie mobile peut coulisser le long de cet axe de rotation. Deux ressorts 4015 et 4016 situés de part et d’autre de la partie mobile 4014 maintiennent cette dernière dans une position de repos centrale.

est une vue en perspective d’une transmission étagée selon l’invention dans un mode de mise en œuvre peu encombrant, dont le rapport de transmission varie en fonction du couple auquel est soumis l’arbre de sortie, et dont les deux transmissions élémentaires sont constituées chacune par un des deux modes de transmission suivants d’un train épicycloïdal, le premier de ces modes étant la transmission en prise directe de l’arbre d’entrée 2 à l’arbre de sortie 3, la couronne 300 tournant dans le sens moteur avec le soleil 202 et les satellites 252a 252b et suivant, ce mouvement de rotation étant permis par la roue libre à clabots 602, le second étant la transmission par l’intermédiaire du train épicycloïdal, le mouvement étant transmis successivement du soleil 202 solidaire de l’arbre d’entrée 2 aux satellites 252a 252b et suivant et au porte-satellites 263, la couronne 300 restant fixe.

est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 de la transmission de la figure 9, qui comporte une vis 31.

est une vue en perspective de l’arbre de sortie 3 de la transmission de la figure 9, muni du sélecteur 40 qui coopère avec la vis 31 en se déplaçant le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie 3 lorsqu’il tourne par rapport à cet arbre de sortie 3, et qui comporte des butées 41 42 et 43 qui peuvent tourner soit par le couple fourni par les butées 501a et suivantes solidaires de l’arbre d’entrée 2, soit par le couple fourni par les butées 502a, 502b et suivante solidaires du porte-satellites 263

est une vue en perspective de la transmission de la figure 9, lorsque ce sélecteur tourne par le couple fourni par les butées 501a et suivantes solidaires de l’arbre d’entrée 2 aux butées 41 et suivantes du sélecteur 40.

est une vue en perspective de la transmission de la figure 9, lorsque ce sélecteur tourne par le couple fourni par les butées 502a, 502b et suivante solidaires du porte-satellites 263 aux butées 41 42 et suivante du sélecteur. On voit le ressort hélicoïdal 803 qui pousse le sélecteur vers le plan dans lequel se trouvent les butées solidaires de l’arbre d’entrée.

ainsi que les deux suivantes sont des vues en perspective qui illustrent une variante de la transmission des figures 9 à 13, qui peut fonctionner aussi bien en marche avant qu’en marche arrière. Le sélecteur comporte dans ce cas des butées secondaires 41A 42A et suivante. On distingue le guide 6002 de l’ergot du sélecteur de sens de rotation de la roue libre 602.

est une vue en perspective de la même transmission, en régime de croisière en marche avant.

est une vue en perspective de la même transmission, cette fois en marche arrière et avec une résistance de l’arbre de sortie qui a provoqué un déplacement du sélecteur le long de l’axe de rotation du moteur, l’écartant du moteur pour qu’il coopère avec le porte-satellites du train épicycloïdal.

ainsi que les trois suivantes sont des vues en perspective de détails d’un d’une roue libre bidirectionnelle qui permet à la couronne de tourner en marche avant. On distingue l’ergot 6001 du sélecteur de sens de rotation 6000, la couronne 300 qui comporte un ergot 3021 qui est ici bloqué en rotation par le cliquet 6003.

est une vue en perspective de la même roue libre, mais qui permet ici à la couronne de ne tourner qu’en marche arrière parce que le moteur tourne en marche arrière, l’ergot 3021 étant bloqué en sens de rotation inverse par le cliquet 6004.

est une vue en perspective de cette roue libre avec le moteur.

est une vue en perspective de cette roue libre avec le moteur qui tourne en sens inverse de celui dans lequel il tourne à la figure 19.

est une vue en perspective d’une transmission du même type que celles représentées aux figures 9 à 13 dont la couronne 300 est remplacée par un second soleil 300, les satellites 252 et 252a ayant chacun deux pignons accolés de diamètres différents.

est une vue en perspective d’une transmission particulière similaire à celle représentée aux figures 9 à 13 dont la couronne est solidaire d’une roue 8.

est une vue en perspective d’une transmission à arbres parallèles dont les transmissions élémentaires sont embrayées en fonction du couple transmis à l’arbre d’entrée. Le rappel élastique 803 tend à éloigner les extrémités des arbres du sélecteur de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2, et la tension de ce rappel élastique est réglable par le curseur 804. On peut distinguer un ressort spiral 703 qui permet à la partie du pignon denté comportant les dents de se décaler angulairement de sa partie centrale entrainant la roue libre sous la force d’un couple transféré par le pignon, afin de réduire le choc lorsque ce pignon commence à être entraîné.

est une vue sous une autre perspective de la transmission de la figure 23 dont les bras d’entraînement constituant le sélecteur sont ici à l’intérieur des pignons d’entrée, et on voit les butées 501a et 501b de la première vitesse, qui entraînent le pignon d’entrée 201.

est une vue en perspective de la même transmission vue sous un autre angle, mais ici démunie de ses pignons d’entrée pour que l’on puisse voir le détail des bras 401a 402a et 403a constituant le sélecteur, qui peuvent pivoter autour d’un axe légèrement éloigné de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2

est une vue axiale du mécanisme d’entraînement du pignon d’entrée 201 de la première vitesse. A gauche, les bras 401a et 401b du sélecteur entraînent en rotation les butées 501a et 501b seulement, mais à droite, le couple résistant ayant diminué, les positions des bras ont pu changer, et leur extrémité entraîne alors aussi les butées 502a et 502b du pignon d’entrée 202 de la deuxième vitesse qui ne sont visibles que sur la figure suivante.

est une vue axiale du mécanisme d’entraînement du pignon d’entrée 202 de la deuxième vitesse. A gauche, les bras 402a et 402b du sélecteur entraînent les butées 502a et 502b seulement, mais à droite, le couple résistant ayant diminué, les positions des bras ont pu changer, et leur extrémité entraîne alors aussi les butées 503a et 503b du pignon d’entrée 203 de la troisième vitesse qui ne sont visibles que sur la figure suivante.

est une vue axiale du mécanisme d’entraînement du pignon d’entrée 203 de la troisième et dernière vitesse. Les bras 403a et 403b entraînent les butées 503a et 503b.

est une vue en perspective d’une transmission à trois transmissions élémentaires selon l’invention, dans un autre mode de mise en œuvre, dont le rapport change en fonction de la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée 2. Elle a trois transmissions élémentaires correspondant à trois rapports de transmissions différents. L’arbre d’entrée 2 fait tourner trois pignons d’entrée de diamètres différents dont on ne voit que le plus grand 203, par l’intermédiaire de trois sélecteurs qui sont des ensembles de bras d’entraînement 403a 403b et 403c dont une extrémité pivote autour d’un axe proche de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2 et dont l’autre coopère avec une butée 503a ou 503b solidaire du pignon d’entrée 203. Chaque pignon d’entrée entraîné en rotation par l’arbre d’entrée 2 peut entraîner à son tour en rotation par engrenage un pignon de sortie entraînant l’arbre de sortie 3 par une roue libre. On voit la roue libre 603 par laquelle le pignon de sortie 303 fait tourner l’arbre de sortie. La force centrifuge qui s’applique aux arbres tend à les éloigner de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2, mais un rappel élastique 803 tend au contraire à rapprocher les extrémités de ces arbres de l’axe de rotation de l’arbre d’entrée 2. La tension de ce rappel élastique est réglable par le curseur 804.

est une vue en perspective d’une transmission similaire, 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 sélecteurs constitués chacun d’un ensemble de trois bras d’entraînement. Les bras d’entraînement sont synchronisés de telle sorte que toutes leurs extrémités soient à la même distance de l’axe de l’arbre d’entrée 2.

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 d’un mécanisme de synchronisation des bras d’entraînement 401a, 401b 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 est à rapport de transmission variable, comprenant une manivelle 101 reliée par une bielle 106 à un levier moteur 105 qui est souple. Cette première transmission à trois transmissions élémentaires est associée en parallèle avec une autre transmission comportant aussi trois transmissions élémentaires de rapports différents, dits rapports impairs pour les différencier des rapports dits pairs de la première transmission. C’est donc une boite à six vitesses dont une à rapport de transmission variable qui peut jouer le rôle d’embrayage. 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.

est une vue en perspective d’une partie de transmission selon l’invention dans un mode de réalisation particulier. L’arbre d’entrée 2 comporte un pignon entraînant en rotation quatre satellites 252a 252b 252c et 252d.

est une vue en perspective de cette transmission complète, munie de ses quatre satellites comportant chacun une série de pignons solidaires entre eux, chaque série de pignons étant entraînée par une roue libre par l’un des satellites 252a 252b 252c et 252d. Chacun de ces pignons entraîne en rotation un soleil solidaire d’un anneau comportant des butées pouvant entraîner les butées du sélecteur. On distingue des ensembles de séries de pignons dits pairs 252a2 et 252a4 et des séries de satellites impaires 252b1 et 252b3, qui entraînent respectivement les transmissions élémentaires dites paires et des transmissions élémentaires dites impaires. Ainsi, lorsque le sélecteur 40 connecte simultanément deux transmissions élémentaires adjacentes, cela ne provoque pas de conflit.

est une vue en perspective d’une transmission selon l’invention dans un mode de réalisation à 8 vitesses avant et deux vitesses arrière. Le pignon 31 entraîné par l’arbre d’entrée entraîne en rotation trois satellites 252a 252b qui sont étagés et correspondent l’un aux vitesses dites paires et l’autre aux vitesses impaires, et 252c qui correspond aux deux vitesses démarche arrière. Les pignons 252b7 et 252a8 correspondent ainsi respectivement aux 7ème et 8ème vitesses.

est une vue en perspective d’un détail de cette transmission qui montre que l’un des deux ressorts déterminant avec le couple résistant la position du sélecteur sont l’un un ressort 4015 relié au sélecteur par un câble, et l’autre un ressort de compression 4016 qui n’est comprimé que lors de la marche arrière ou du frein moteur de marche avant.

Toutes ces figures illustrent des dispositions choisies pour permettre de bien exposer les différentes méthodes envisagées. L’homme de l’art pourra avantageusement réaliser des versions plus compactes, en particulier pour les versions dont les arbres d’entrée et de sortie sont alignés. Il est en effet possible de ne pas cumuler la longueur des trois ensembles que sont le ressort 803, la zone de déplacement du sélecteur 40, et l’ensemble des pignons dentés. Ces trois séries d’éléments peuvent en effet se situer dans des volumes cylindriques concentriques ne se chevauchant pas.

La présente invention est une transmission mécanique de mouvement d'un arbre d’entrée 2 à un arbre de sortie 3, dite transmission étagée, comportant une pluralité de moyens de transfert du mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie, dits transmissions élémentaires (2001, 2002 et 2003) comportant chacune une entrée pouvant être entraînée en rotation par ledit arbre d’entrée et une sortie pouvant entraîner en rotation ledit arbre de sortie,
- au moins deux transmissions élémentaires pouvant assurer ce transfert de mouvement selon des rapports de transmission différents,
- l’entrée et la sortie de ces deux transmissions élémentaires étant reliées mécaniquement en permanence, même lorsqu’elles ne transmettent pas le couple de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie,
- la transmission étagée étant munie au moins d’un moyen d’embrayage dit sélecteur 40 ayant pour effet de mettre une transmission élémentaire en configuration dite connectée en liant mécaniquement son entrée audit arbre d’entrée ou sa sortie audit arbre de sortie, ou au contraire de la mettre en configuration dite déconnectée en déconnectant mécaniquement son entrée dudit arbre d’entrée ou sa sortie dudit arbre de sortie,
- ledit sélecteur pouvant avoir différentes positions et un tel changement de position ayant pour effet de connecter ou de déconnecter une desdites transmissions élémentaires,
caractérisée en ce que ledit sélecteur peut prendre une position dans laquelle il connecterait simultanément deux transmissions élémentaires, parce que ladite transmission étagée est munie d’un moyen dit de gestion de conflit entre transmissions élémentaires, qui déconnecte dans ce cas l’une de ces deux transmissions élémentaires,
étant précisé ci-avant et ci-après qu’une sortie est dite connectée ou embrayée lorsque l’arbre d’entrée est liée mécaniquement en rotation à son entrée et que sa sortie est liée mécaniquement en rotation avec ledit arbre de sortie, et déconnectée ou débrayée lorsque l’une au moins de ces deux liaisons mécaniques n’est pas réalisée.

Description détaillée de l’invention

Les boites de vitesses dites étagées comportent généralement plusieurs transmissions élémentaires ayant des rapports de transmission différents, un moyen de sélection permettant de mettre en service l’une de ces transmissions élémentaires en déplaçant un moyen d’embrayage dit sélecteur, comme par exemple une fourchette de boites de vitesses et ses baladeurs.

Le principe de l’art antérieur est de faire en sorte que deux transmissions élémentaires ne puissent pas transférer simultanément le mouvement de rotation de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie, car comme elles ont par conception des rapports de transmission différents, cela provoquerait un conflit.

Le principe de la présente invention est de ne pas respecter ce principe, c'est-à-dire d’accepter que deux transmissions élémentaires puissent être mises en service simultanément, tout en gérant le conflit de concurrence entre deux transmissions élémentaires, de telle sorte qu’une seule de ces deux transmissions élémentaires transmette effectivement le mouvement de rotation de l’arbre primaire à l’arbre secondaire.

La boite de vitesses est donc munie d’un moyen de gestion de conflit entre transmissions élémentaires qui déconnecte mécaniquement l’une des deux transmissions élémentaires mises en service, ce qui fait qu’une seule de ces deux transmissions élémentaires transfère effectivement le mouvement de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie.

Un premier moyen possible de gestion de conflit consiste à ce que le sélecteur est muni d’un moyen dit moyen d’évitement modifiant sa position lorsque sa position aurait pour effet que deux transmissions élémentaires soient connectées simultanément, de telle sorte qu’une seule de ces deux transmissions élémentaires reste connectée. Un tel moyen d’évitement est illustré aux figures 7 et 8. Les butées 501 502 et suivante des pignons de sortie 301 ou 302 ou 303 ont des extrémités latérales qui sont pointues, et les butées du sélecteur 40 sont chacune munie d’une roulette, respectivement 4010 et 4010a, qui coopèrent avec ces butées. Lorsque l’axe de rotation d’une roulette se situe dans un plan comprenant l’extrémité pointue d’une butée d’un pignon de sortie d’une première transmission intermédiaire, la roulette considérée connecte effectivement cette transmission élémentaire, mais dès lors que cette roulette rencontre aussi l’extrémité pointue de la butée du pignon de sortie d’une transmission élémentaire adjacente, elle cesse d’être en équilibre et le sélecteur 40 se décale latéralement le long de l’axe de rotation de l’arbre secondaire pour ne plus entraîner en rotation que la première transmission intermédiaire. Pour mettre en œuvre ce premier moyen, il est recommandé que la butée du sélecteur, ou le sélecteur lui-même puisse se décaler légèrement pour se retrouver en vis-à-vis de la butée d’un pignon de sortie. Un rappel élastique peut annuler ce décalage lorsqu’il n’est plus nécessaire.

La figure 8 montre un mode de mise en œuvre particulier du moyen d’évitement. Les deux butées 4010 et 4010a qui sont ici des roulettes peuvent se décaler par rapport au reste du sélecteur le long de l’axe de rotation de l’arbre de sortie, et un moyen mécanique, comme par exemple deux ressorts 4014 et 4015, a pour effet de donner aux butées une position de repos centrale par rapport au sélecteur 40. Lorsque le sélecteur n’est pas dans le plan où il coopère le mieux avec un pignon, ces ressorts se déforment et permettent à la partie mobile 4014 du sélecteur de se décaler latéralement pour qu’une butée 4010 se situe dans le plan dans lequel elle coopère le mieux avec la butée 501 du pignon le plus proche.

Un second moyen possible de gestion de conflit, préféré, consiste à ce qu’une au moins desdites transmissions élémentaires connectée est munie d’un embrayage unidirectionnel dit roue libre 601 permettant à sa sortie de tourner à la même vitesse que celle d’une autre transmission qui est connectée simultanément et dont la sortie tourne plus vite.

Il est avantageux de combiner les deux moyens de gestion de conflit qui viennent d’être décrits.

Il est également possible de remplacer un tel embrayage unidirectionnel par un embrayage électromagnétique.

Dans une version perfectionnée, non représentée, l’embrayage unidirectionnel d’une transmission élémentaire permet à la sortie de cette dernière de tourner à la même vitesse que celle d’une autre transmission qui serait connectée simultanément et dont la sortie tournerait plus vite, tout en faisant tourner un moyen de stockage d’énergie comme un volant d’inertie ou un générateur d’électricité, afin d’amortir le choc de la mise en service de l’embrayage unidirectionnel tout en récupérant de l’énergie sous une forme ou sous une autre.

Dans une version particulièrement avantageuse, représentée en totalité ou en partie aux figures 1 à 4 en particulier, le changement de position du sélecteur dépend du couple auquel est soumise ladite transmission étagée.

Il peut aussi, comme dans l’exemple représenté aux figures 29 à 31 dépendre de la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée ou de l’arbre de sortie.

Dans ces deux cas, le changement de position du sélecteur peut avantageusement être limité par une butée (non représentée) qui peut être déplacée à la main ou sur commande d’un ordinateur pour sélectionner une ou plusieurs transmissions élémentaires pouvant être mises en service, par exemple pour obtenir un frein moteur ou une génération d’énergie lors d’un ralentissement.

Dans la description qui va suivre, une roue libre est placée sur un pignon d’entrée ou sur un pignon de sortie, mais les dispositions inverses à celles qui sont décrites fonctionnent aussi. De même, le sélecteur 40 est présenté comme entraînant l’arbre de sortie ou entraîné par l’arbre d’entrée, et les deux solutions sont envisageables. D’une façon plus générale, on peut intervertir arbre d’entrée et arbre de sortie des solutions décrites, sans sortir du cadre de l’invention, ce qui procure des effets différents ayant des applications différentes.

Les figures 1 à 4 permettent d’illustrer un mode de réalisation préféré d’une transmission selon l’invention, à arbres parallèles, comportant deux rapports de marche avant et deux rapports de marche arrière qui changent automatiquement en fonction du sens dans lequel tourne l’arbre d’entrée 2 et de la résistance à la rotation de l’arbre de sortie 3.

Dans cette version, le sélecteur peut se déplacer le long dudit arbre de sortie ou dudit arbre d’entrée, à l’intérieur des éléments mécaniques qui l’entraînent ou qu’il entraîne, selon le cas, le long de leur axe de rotation. Il se déplace ici le long de l’arbre de sortie qu’il entraîne, mais pourrait aussi se déplacer le long de l’arbre d’entrée qui l’entraînerait dans ce cas. A la différence des crabots utilisés dans l’art antérieur, ce sélecteur se déplace à l’intérieur des pignons qui l’entraînent ou qu’il entraîne, selon le cas, le long de leur axe de rotation. C’est ce qui permet d’utiliser un sélecteur unique pour toutes les transmissions élémentaires de la transmission étagée.

L’arbre d’entrée 2 est relié de façon fixe au pignon 202, qui est le pignon de vitesses dont le rapport de transmission est le plus élevé puisqu’il est le pignon d’entrée le plus grand et qu’il entraîne en rotation le pignon de sortie 302 qui est le plus petit. Il tourne toujours à la vitesse du pignon d’entrée.

Les deux autres pignons d’entrée sont plus petits et reliés chacun à l’arbre d’entrée 2 par une roue libre, mais ces deux roues libres sont de directions opposées. Si le moteur tourne dans un sens, les pignons 201 et 202 tournent dans son sens de rotation, tandis que s’il tourne dans l’autre sens, ce sont les pignons 202 et 203 qui tournent dans son sens de rotation. La présence de ces roues libres a pour conséquence non seulement que les pignons 201 et 203 ne sont entraînés en rotation que dans le sens moteur, mais aussi qu’ils peuvent tourner plus vite que le pignon 202.

Chacun des pignons de sortie 301 302 et 303 est entrainé par le pignon d’entrée qui est dans le même plan, le pignon de sortie 301 par le pignon d’entrée 201, le pignon de sortie 302 par le pignon d’entrée 202 et le pignon de sortie 303 par le pignon d’entrée 203. Ils entraînent l’arbre de sortie 3 par un sélecteur 40 qui est un écrou coopérant avec l’arbre de sortie qui comporte une partie formant un pas de vis. Le sélecteur est maintenu élastiquement dans le plan des pignons 202 et 302 un ou deux ressorts. La position de repos du sélecteur est celle dans laquelle il est entraîné par le pignon de sortie 302.

Lorsque le moteur commence à tourner, l’arbre d’entrée 2 entraîne donc le pignon 202 qui entraîne le pignon 302, lequel entraîne l’arbre de sortie 3 en deuxième vitesse, mais la résistance opposée par l’arbre de sortie déplace le sélecteur dans une direction si le moteur tourne en marche avant, et dans la direction opposée si le moteur tourne en marche arrière. On est ainsi dans les deux cas en première vitesse pour commencer, jusqu’à ce que l’accélération s’étant produite, le couple résistant diminue et la transmission passe en deuxième vitesse, dans le sens de rotation du moteur.

Lorsque l’arbre de sortie tourne plus vite que la vitesse de rotation qui lui est communiquée par l’arbre d’entrée, ce qui correspond par exemple à un véhicule motorisé dans une descente ou une décélération, tout dépend du couple résistant opposé par l’arbre d’entrée à celui fourni par l’arbre de sortie. Si ce couple est faible, l’arbre d’entrée est entraîné selon un rapport de couple inverse de celui de la deuxième vitesse, mais dès lors qu’il dépasse la valeur à laquelle la marche arrière passe en première vitesse, c’est à l’inverse de ce rapport de couple que l’arbre d’entrée est entraîné par l’arbre de sortie. On obtient donc un frein moteur d’autant plus multiplié que la résistance opposée par le moteur est forte, ce que l’utilisateur peut obtenir soit par des moyens électroniques, soit tout simplement en levant le pied de l’accélérateur.

Selon le sens du pas de vis 31, on voit que l’on peut donc obtenir aussi bien une réduction qu’une augmentation du rapport de couple lorsque le couple résistant augmente ou diminue. Les applications sont différentes, l’une des deux options est destinée à transmettre le mouvement d’un moteur à une roue tandis que l’autre concerne principalement la récupération d’énergie au ralentissement et au freinage.

Le concepteur d’une transmission selon l’invention peut avantageusement combiner ce qui vient d’être décrit avec des butées mobiles réglables ou des électro-aimants permettant de modifier la position du sélecteur pour le placer dans le plan de la transmission élémentaire souhaitée.

Il est à noter qu’il n’est pas possible qu’il y ait un conflit entre le sélecteur et un pignon de sortie, en raison de la présence des roues libres, puisque si le sélecteur se trouve dans un plan intermédiaire entre ceux de deux pignons adjacents, c’est le pignon qui tourne le plus rapidement, c'est-à-dire le pignon 302, qui fait tourner l’arbre de sortie, le pignon 301 ou le pignon 303 pouvant alors tourner aussi vite que lui puisque, comme on l’a vu plus haut, les pignons 201 et 203 peuvent tourner plus vite que le pignon 202.

Il est évidemment possible de disposer autant de couples de pignons d’entrée et de sortie que l’on veut, pour multiplier le nombre de rapports de transmission disponibles.

Une des transmissions élémentaires peut ne pas être dotée de roue libre, par exemple celle correspondant à la dernière vitesse dont le pignon de sortie est toujours celui qui tourne le plus vite lorsque la transmission élémentaire correspondante est connectée.

Le moyen d’embrayage assurant la fonction de sélecteur peut avantageusement être magnétique ou électro-magnétique pour éviter tout conflit mécanique comme par exemple un conflit de denture.

Le moyen d’embrayage assurant la fonction de sélecteur peut être aussi un moyen (non représenté) solidarisant le pignon d’une transmission élémentaire avec celui d’une autre transmission élémentaire adjacente qui est déjà embrayée. L’homme de l’art sait concevoir des surfaces rainurées radialement qui procurent ce type de solidarisation lorsque l’on plaque l’une de ces surfaces sur une autre qui lui est complémentaire. On peut par exemple installer un ressort entre une telle surface liée en rotation à un pignon et une surface similaire liée en rotation à un pignon de la transmission élémentaire adjacente, ces ressorts étant choisis pour que la pression sur le premier pignon entraîne les pignons dans un ordre déterminé d’une position dite de repos dans laquelle ils sont libres à une position dite de travail dans laquelle un pignon est solidarisé avec celui de la transmission élémentaire adjacente pour tourner avec lui.

Un moyen recommandé, également non représenté, peut consister par exemple à ce qu’un capteur de couple constitué par une barre de torsion entraîne mécaniquement le rapprochement ou l’éloignement d’un pignon d’un autre d’une transmission élémentaire adjacente, ou d’un moyen de solidarisation entre deux pignons du moyen similaire qui lui est adjacent. Le volume dans lequel est installé ce mécanisme de solidarisation de deux pignons de transmissions primaires adjacentes peut être un anneau, et les diamètres intérieur et extérieur de cet anneau peuvent varier d’un mécanisme au mécanisme de la transmission élémentaire a pour disposer de la place nécessaire au fonctionnement de ces mécanismes sans élargir pour autant les pignons d’entrée correspondants. Ceci permet de limiter l’encombrement total de la transmission étagée.

Un pignon d’entrée passant d’une position déconnectant la transmission élémentaire à laquelle il appartient à une position la connectant peut passer par une étape intermédiaire (non représentée) dans laquelle il est entraîné par friction, avec une possibilité de glissement procurant le même effet qu’un synchro de boite de vitesses. Dans le cas où le moyen d‘embrayage est magnétique ou électromagnétique, un pignon d’entrée peut comporter des aimants qui s’attirent lorsqu’ils sont en position de travail. La fonction d’embrayage peut ainsi être progressive et sans poussière ni usure. Dans un mode perfectionné, l’aimant ou l’électro-aimant peut avoir deux positions possibles pour ne pas être attiré par un autre en position de repos.

Les sélecteurs d’une transmission étagée comportant des moyens de solidarisation en rotation d’un pignon d’une transmission élémentaire avec celui d’une transmission élémentaire adjacente peuvent ainsi former un moyen d’embrayage cumulatif embrayant de 0 à N pignons dans un ordre correspondant à des valeurs croissantes ou décroissantes du rapport de couple de la transmission élémentaire à laquelle ils appartiennent.

Lorsque le couple transmis ou la vitesse de rotation, selon le cas, est proche de la condition de débrayage d’une transmission élémentaire, la transmission étagée pourrait mettre en service et hors service une transmission élémentaire à un rythme d’alternance rapide, ce qui n’est pas souhaitable parce que cela provoquerait des à-coups dans la transmission et une usure prématurée. Pour éviter cela, il est souhaitable que la condition de débrayage d’une transmission élémentaire soit différente d’une condition dite condition d’embrayage qui est celle provoquant l’embrayage de la transmission élémentaire considérée, cette condition d’embrayage pouvant être que le couple auquel la transmission élémentaire considérée est soumise est supérieur à une valeur prédéterminée, ou que la vitesse de rotation à laquelle elle est soumise est supérieure ou inférieure à une valeur prédéterminée, selon le cas.

Une façon avantageuse d’obtenir ce résultat est qu’un sélecteur comporte un moyen de rappel vers au moins une position d’équilibre associée à une transmission élémentaire, ce moyen de rappel favorisant le maintien de l’embrayage de la transmission élémentaire considérée même sensiblement au-delà de ses conditions d’embrayage et de débrayage.

L’homme de l’art peut aussi jouer sur la forme des butées des pignons de sortie et des butées du sélecteur pour rendre le changement de vitesse plus ou moins difficile. Un sélecteur peut aussi être muni d’un rappel élastique lui conférant plusieurs positions intermédiaires de repos privilégiées, ou de crantages.

Le changement de position du sélecteur peut aussi être commandé manuellement ou par un ordinateur pour faire une boite manuelle ou robotisée, comme représenté à la figure 5, qui montre une transmission selon l’invention dépourvue de ses pignons de sortie, pour que l’on puisse voir le sélecteur entraînant en rotation l’arbre de sortie 3, ce sélecteur pouvant coulisser à l’aide de la fourchette 3000 le long de l’arbre de sortie afin de sélectionner le pignon de sortie qui doit l’entrainer en rotation. Rien ne s’oppose dans ce cas à ce que le sélecteur se déplace le long de l’arbre d’entrée, et il peut alors connecter différentes transmissions élémentaires ayant des caractéristiques différentes, comme des rapports de transmission différents de marche avant ou arrière, un point mort et une ou plusieurs transmissions élémentaires à rapport variable pouvant par exemple servir d’embrayage.

L’arbre d’entrée 2 et l’arbre de sortie 3 de la transmission étagée peuvent être alignés comme représenté aux figures 9 à 22. Il suffit pour cela de prévoir un renvoi par engrenages de l’arbre de sortie 3 vers l’axe de l’arbre d’entrée 2, ou de la sortie de chacune des transmissions élémentaires vers un pignon aligné avec l’arbre d’entrée et avec l’arbre de sortie.

Lorsque deux transmissions élémentaires sont associées en série, il est plus commode que l’axe de rotation de l’arbre de sortie de la deuxième transmission élémentaire soit confondu avec celui de l’arbre d’entrée de la première transmission élémentaire.

Ces figures 9 à 22 illustrent une mise en œuvre particulière, dans laquelle une transmission élémentaire comporte un train épicycloïdal.

L’arbre d’entrée fait tourner l’un des trois composants du train épicycloïdal. On entend ci-avant et ci-après par composants d’un train épicycloïdal le porte-satellites muni de ses satellites, et les deux planétaires (soleil ou couronne). Le train épicycloïdal peut comporter soit un porte-satellites, un soleil et une couronne, soit un porte-satellites muni de satellites comportant eux-mêmes deux pignons dentés de diamètres différents solidaires entre eux, associé soit à deux couronnes de diamètres différents, soit à deux soleils de diamètres différents (version non représentée). Ces différents types de trains épicycloïdaux offrent des avantages différents bien connus, notamment quant au sens de rotation de celui de leurs composants constituant l’arbre de sortie par rapport au sens de rotation de celui constituant leur arbre d’entrée, et à la possibilité d’avoir des rapports de transmission très faibles ou très élevés ou très proches de 1.

Dans la configuration représentée, la transmission élémentaire de rang le moins élevé transmettant le mouvement est constituée par un embrayage de l’arbre de sortie sur l’arbre d’entrée, directement ou par un moyen de transmission intermédiaire, la couronne pouvant tourner librement dans le sens moteur, mais pas dans le sens inverse, parce qu’elle est reliée mécaniquement au bâti solidaire du moteur par une roue libre 602. La transmission est alors en prise directe, les trois composants du train épicycloïdal tournant ensemble à la même vitesse de rotation. Lorsque cette première transmission élémentaire est déconnectée, la transmission étagée passe dans une configuration dans laquelle la transmission élémentaire transmettant le mouvement est constituée par le fonctionnement du train épicycloïdal lui-même dont les trois composants tournent à des vitesses différentes, une roue libre empêchant la couronne de tourner dans le sens opposé au sens moteur, de telle sorte que l’arbre d’entrée entraîne l’arbre de sortie à une vitesse de rotation plus faible que celle à laquelle il aurait été entraîné dans la configuration de prise directe décrite précédemment.

Dans une version particulière, au lieu d’être reliée mécaniquement au bâti solidaire du moteur par une roue libre 602, comme illustré par les figures, la couronne peut tourner dans le sens inverse de celui du moteur mais en fournissant un couple à un moyen de stockage d’énergie. Le dispositif permet alors de stocker l’énergie résultant d’une surcharge dans un arbre de transmission. Un tel dispositif est avantageusement associé en série à une transmission selon l’invention pour amortir les à-coups résultant de la connexion d’une transmission élémentaire.

De nombreuses autres combinaisons connues de l’homme de l’art peuvent être envisagées quant à l’utilisation de trains épicycloïdaux comme ce qui vient d’être décrit. L’arbre d’entrée, solidaire d’un premier soleil, peut faire tourner directement l’arbre de sortie, ainsi que l’ensemble des composants du train épicycloïdal à la même vitesse de rotation. En cas de surcharge mécanique le ou les satellites se mettent à tourner sur leur axe, le porte satellite étant bloqué en rotation par une roue libre. Un satellite comporte deux pignons solidaires entre eux, de rayons différents, de telle sorte que le premier pignon est entraîné par le premier soleil tandis que le second entraîne le second soleil. L’avantage d’une telle disposition est qu’il n’existe dans ce cas aucune limitation quant au choix des rapports de transmission, puisque le choix des diamètres des satellites et du soleil secondaire est totalement libre. Un porte satellite peut comporter plusieurs séries de doubles satellites, pour entraîner plusieurs soleils correspondant à plusieurs rapports de transmissions différents.

La transmission représentée aux figures 9 à 22 ne comporte que deux transmissions élémentaires, mais rien ne s’oppose à ce que l’on conçoive selon le même principe une transmission ayant un nombre plus grand de transmissions élémentaires. Il est également possible de disposer d’un plus grand nombre de rapports de transmission en associant de telles transmissions en série.

La transmission étagée représentée par les figures 9 à 20 est munie d’un sélecteur général sur son arbre de sortie 3, et laisse la couronne tourner librement dans le sens moteur dans l’une des deux positions possibles du sélecteur 40. Ainsi, la transmission étagée peut tourner en prise directe.

Une version perfectionnée permet au moteur de tourner aussi bien en marche avant qu’en marche arrière. Elle est représentée aux figures 14 à 20. Le sélecteur est déplacé aussi bien vers le moteur que dans la direction inverse, selon le sens de rotation, et la roue libre permet à la couronne de tourner uniquement dans le sens moteur.

Le sélecteur 40 comprend dans ce cas deux séries de butées 42 et 42A. On voit à la figure 14 que la butée 42A est entraînée par la butée 502 du porte-satellites, car le ressort est compressé par un couple résistant excessif alors que le moteur tourne en marche avant.

On voit que lorsque la transmission tourne en marche avant en régime de croisière comme illustré par la figure 15, c'est-à-dire lorsque le couple auquel elle est soumise est inférieur à un seuil déterminé, c’est la butée 41 du sélecteur qui est entraînée par la butée 501A de l’arbre d’entrée. C’est aussi le cas en marche arrière, car la compression et la traction du ressort seraient dans ce cas également à peu près nulles.

A la figure 16, la transmission est en marche arrière mais avec une résistance excessive de l’arbre de sortie. Le ressort fonctionne alors en traction, et le sélecteur s’est donc rapproché du moteur. La butée 42A est entraînée en marche arrière par la butée 502 du porte-satellites.

Les figures 17 à 19 illustrent un mode de réalisation d’une roue libre permettant à la couronne de tourner uniquement dans le sens moteur. Elle se bloque toujours dans le sens opposé à celui du moteur. Cette roue libre comprend un anneau à cliquets 6000 guidé par un ergot 6001 coulissant dans une gorge 6002, de telle sorte que cet anneau à cliquets se déplace le long de l’axe de rotation du moteur soit vers le moteur lorsque le moteur tourne en marche avant, soit dans la direction opposée lorsqu’il tourne dans le sens inverse. L’anneau à cliquets comporte deux cliquets 6003 et 6004 de directions opposées, et seul l’un d’eux coopère avec une butée 3021 solidaire de la couronne 302. C’est le cliquet 6003 qui coopère avec la butée 3021 lorsque le moteur tourne en marche avant et le cliquet 6004 qui coopère avec cette butée 3021 lorsque le moteur tourne en marche arrière.

Lorsque le rapport de réduction doit être important, une solution recommandée pour réduire l’encombrement et le poids de la transmission – non représentée - consiste à ce que l'arbre d'entrée entraine un arbre de sortie dit de deuxième vitesse qui lui est parallèle, par un pignon coopérant avec un pignon solidaire de cet arbre de sortie de deuxième vitesse. L’arbre d’entrée entraîne aussi un arbre intermédiaire qui lui est parallèle, par un pignon coopérant avec une couronne solidaire de cet arbre intermédiaire, et cet arbre intermédiaire entraîne à son tour par un pignon un arbre de sortie dit de première vitesse qui est coaxial avec l'arbre de sortie de deuxième vitesse. Chacun des deux arbres de sortie comporte des poussoirs pouvant entraîner en rotation les butées de l'arbre de sortie général, comme illustré aux figures 14 et 15. Pour prendre un exemple, le pignon de l'arbre d'entrée entraîne l'arbre de sortie de deuxième vitesse par un rapport de 1/4, et l'arbre intermédiaire par un rapport de 1/3, et l'arbre intermédiaire entraîne l'arbre de sortie de première vitesse par un rapport de 8/3. Le rapport de transmission de la première vitesse est ainsi de 1/4 et celui de deuxième vitesse de 1/8, chacun de ces rapports de transmission étant ainsi disponible aussi bien en marche avant qu’en marche arrière.

Dans le cas où le couple moteur est instable au cours d’un cycle, comme par exemple lorsqu’il s’agit du pédalier d’un vélo ou d’un moteur à explosion, il est avantageux que le changement de position du sélecteur soit ralenti par un moyen d’amortissement (non représenté).

Dans une version perfectionnée, une au moins des transmissions élémentaires a un rapport de transmission variable en fonction du couple auquel elle est soumise et/ou de sa vitesse de rotation. Ceci peut par exemple permettre de constituer un embrayage sans frottement lorsque le rapport de transmission peut devenir infini comme représenté à la figure 33.

Il est possible de réaliser des versions simplifiées de transmissions selon la présente invention. Par exemple, les fonctions d’embrayage unidirectionnel dit roue libre et de moyen d’embrayage dit sélecteur peuvent être obtenues par deux pignons dentés dont les dentures sont asymétriques pour obtenir l’effet d’embrayage unidirectionnel, et par une déformation élastique d’une partie quelconque de la transmission élémentaire considérée pour obtenir l’effet de moyen d’embrayage dit sélecteur. Ces deux pignons dentés ne coopèrent pas dans une des deux directions possibles de leurs rotations respectives, et en jouant sur la souplesse de déformation des pignons dentés, on peut favoriser la connexion d’une transmission élémentaire pour une plage de couple ou de vitesse de rotation. Cette version n’est pas représentée.

On peut bien sûr constituer une transmission élémentaire par assemblage en série ou en parallèle de plusieurs transmissions dites primaires, et ces transmissions dites primaires peuvent être de natures différentes, se connectant et se déconnectant en fonction de paramètres différents comme le couple ou la vitesse, ou en fonction d’une combinaison de deux types de paramètres différents, ou encore manuellement ou sur commande d’un ordinateur.

Une transmission élémentaire peut aussi comporter plusieurs sélecteurs de caractéristiques différentes. Les possibilités sont donc très nombreuses. Cela permet d’embrayer une transmission élémentaire en fonction d’une combinaison de commandes manuelles ou informatisées, et de paramètres de vitesse de rotation et de couple transmis.

Un sélecteur de couple peut être muni d’un moyen dit de réglage de sensibilité permettant de faire varier la valeur du couple ou de la vitesse entraînant la connexion et la déconnexion d’une transmission élémentaire. Ce moyen peut modifier aussi bien les règles de fonctionnement d’un seul sélecteur ou être commun à plusieurs sélecteurs.

L’homme de l’art a à sa disposition de très nombreux moyens de faire varier l’effet du couple de l’arbre de sortie sur un sélecteur, ainsi que son rappel élastique vers une position dite de repos. Cela est particulièrement facile lorsque le moyen d’embrayage est un moyen solidarisant en rotation le pignon d’une transmission élémentaire avec celui d’une ou plusieurs autres transmissions élémentaires, car le rappel élastique peut alors être un simple un ressort situé dans l’axe de rotation de l’arbre primaire. La tension ou la compression de ce ressort peut en effet facilement être modifiée en temps réel pendant la rotation de l’arbre et des pignons.

Dans la version représentée aux figures 23 à 33, la transmission est munie d’un moyen de réglage de la raideur de ce rappel élastique, par un moyen consistant à faire varier la position du curseur 804 qui coulisse dans un rail fixé au bâti de la transmission.

Un tel moyen de réglage peut aussi permettre de déconnecter une ou plusieurs transmissions élémentaires, ce qui apporte ainsi une fonction de débrayage à la transmission. Il est à noter que cet embrayage se produit sans friction, donc sans pratiquement aucune perte d’énergie ou usure ou poussière.

Un tel moyen de réglage peut aussi, indirectement, permettre de sélectionner manuellement ou par ordinateur la connexion ou la déconnexion d’une transmission élémentaire, et donc de changer sur commande le rapport de transmission.

Ce perfectionnement a un avantage supplémentaire qui est qu’il permet de doter la transmission d’une marche arrière, laquelle peut ainsi être débrayée lorsque la transmission fonctionne en marche avant. Symétriquement, la ou les transmissions élémentaires correspondant à la marche avant peuvent être débrayées lorsque la transmission élémentaire correspondant à la marche arrière est mise en service.

Dans une version perfectionnée, une au moins desdites transmissions élémentaires (de préférence la première vitesse) 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 documents PCT-FR-2019-000030 et FR1870485 précités.

Il est également possible de réaliser selon l’invention des boites de vitesses à double embrayage. Une telle transmission est illustrée à la figure 33. Elle 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 3 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 3. Cette disposition est donc particulièrement adaptée aux transmissions de puissance.

Une autre méthode, plus simple, permettant d’éviter les chocs lors de la mise en service d’une transmission élémentaire peut consister à munir un élément quelconque d’une transmission élémentaire d’une possibilité de déformation élastique comme le ressort spiral 702 illustré à la figure 4 et celui 703 illustré à la figure 23. La partie d’un pignon denté comportant les dents peut par exemple se décaler angulairement de la partie centrale de ce pignon sous la force d’un couple transféré par le pignon. Un tel pignon denté comportant une possibilité de déformation élastique peut aussi bien être un pignon d’entrée qu’un pignon de sortie.

D’une façon générale, pour limiter le choc subi par l’arbre de sortie lors de la connexion d’une transmission élémentaire, il est avantageux qu’un constituant quelconque d’une transmission selon l’invention ait une possibilité de déformation élastique.

Un autre moyen de protection peut consister à munir une transmission élémentaire d’un embrayage centrifuge, ce qui a pour effet qu’elle n’entraîne l’arbre de sortie qu’après son embrayage par le sélecteur.

Dans un autre mode de mise en œuvre représenté aux figures 23 à 33 le sélecteur est constitué par un ensemble de bras d’entraînement qui relient directement ou indirectement l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie de la 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. Cette méthode est connue parce qu’elle est utilisée pour certains limiteurs de couple à rupture. La liaison permanente de ce bras d’entraînement peut se situer à l’une ou l’autre de ses deux extrémités, celle la plus proche de son axe de rotation ou l’autre.

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 2 ou avec l’arbre de sortie 3, selon le cas. Le pignon d’entrée n’est dans ce cas plus accouplé à l’arbre d’entrée 2, tandis que le ré-accouplement est automatique. On peut utiliser des bras rigides et articulés ou des bras flexibles, ou même des bras qui sont à la fois articulés et flexibles. Ils peuvent être munis de crochets comme représenté sur les figures 29 et 30, ou de formes diverses come représenté aux figures 24 à 28.

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. C’est ainsi que fonctionne la transmission des figures 29 à 31.

Un bras d’entraînement peut être muni d’un rappel élastique lui conférant plusieurs positions intermédiaires de repos privilégiées, ou de crantages. D’une façon plus générale, un tel sélecteur peut être muni d’un rappel élastique ne permettant sa mise en service ou hors service que dans une plage limitée de couple transmis ou de vitesse selon le cas. Ainsi, on évite que deux transmissions élémentaires voisines soient sélectionnées alternativement en passant trop fréquemment de l’une à l’autre lorsque leur limiteur de couple ou de vitesse de rotation est proche de la vitesse à laquelle il se met en service.

La liaison entre un bras d’entraînement et le pignon dont il assure l’entraînement peut être mécanique ou magnétique. D’une façon générale, tous les types de limiteurs de couple ou de vitesse connus peuvent être utilisés.

La figure 32 montre un mécanisme de synchronisation de bras d’entraînement 401b et 401c. L’homme de l’art peut utiliser un tel mécanisme pour déplacer non pas trois bras supportant chacun un support d’un lien élastique 804, mais un nombre plus grand de tels support de telle sorte qu’ils forment ensemble une trajectoire restant sensiblement circulaire pour toutes les positions des bras d’entrainement (version non représentée). La tension du lien élastique 804 peut alors facilement être modifiée en temps réel par l’utilisateur, soit avec une commande manuelle par câble soit par l’utilisation de moyens électriques qui peuvent être commandés par ordinateur. Dans le cas d’une automobile par exemple, la tension de ce lien élastique peut être modifiée par la pression sur la pédale d’accélérateur.

Dans une version perfectionnée représentée à la figure 33, une au moins desdites transmissions élémentaires (ici la première vitesse) 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 documents PCT-FR-2019-000030 et FR1870485 précités.

Les figures 34 et 35 montrent une version préférée d’une transmission à quatre vitesses, dont les rapports de transmission sont respectivement de 0.4 pour la première vitesse, 1 pour la seconde, 3 pour la troisième et 9 pour la quatrième. Le porte satellite 263 est ici fixe. Des roues libres sont placées entre les satellites dits primaires entraînés par le soleil de l’arbre d’entrée, et il y a deux types de séries de pignons : des satellites étagés comportant des pignons dits pairs qui entraînent des soleils des vitesses paires (la seconde et la quatrième) et des satellites étagés comportant des pignons dits impairs qui entraînent des soleils des vitesses impaires (la première et la troisième). Ces satellites étagés sont entraînés par les satellites primaires par l’intermédiaire de roues libres, ce qui a pour avantage que, lorsque le sélecteur 40 est dans une position intermédiaire dans laquelle il pourrait connecter simultanément deux transmissions élémentaires adjacentes, cela ne provoque pas de conflit. Cette méthode permet de réaliser des transmissions selon l’invention ne comportant que deux roues libres quel que soit le nombre de vitesses de marche avant, lequel peut donc devenir très élevé.

Le porte satellite peut être muni d’une roue libre lui permettant de tourner dans le sens opposé au sens moteur. Dans ce cas, lorsque l’arbre moteur tourne dans le sens inverse, il entraîne l’ensemble du dispositif ce qui constitue une marche arrière. Ceci ne fonctionne cependant que si aucun des rapports de transmission des transmissions élémentaires n’est inférieur à 1.

Les figures 36 et 37 montrent une version préférée d’une transmission à huit vitesses de marche avant et deux vitesses de marche arrière. L’un des deux ressorts maintenant le sélecteur en position de huitième vitesse de marche avant n’est pas comme dans les autres figures un ressort de compression, mais un ressort 4015 relié au sélecteur par un câble, et fonctionnant donc en tension. Ce câble peut coulisser dans une gaine, ce qui permet de déporter la commande de réglage à proximité de la main ou du pied de l’utilisateur. Il est ainsi possible de modifier facilement le mode conduite de « croisière » à « sport » par exemple, mais aussi de passer les vitesses par une action volontaire en tirant plus ou moins sur le câble.

Pour un vélo ou tout autre système à motorisation acyclique, il est possible de disposer sur le trajet du câble un moyen d’amortissement (non représenté) afin que le sélecteur ne se déplace pas au cours d’un cycle, mais uniquement en fonction de la valeur moyenne du couple résistant pendant plusieurs cycles.

Deux satellites étagés servent aux vitesses paires comme dans les figures 34 et 35, mais un troisième satellite, optionnel, entraîne par son pignon 252c2 le pignon de dernière vitesse et un pignon 252c1 de première vitesse de marche arrière qui lui est relié mécaniquement par une roue libre de sens opposé à celle des satellites de marche avant. Ce troisième satellite optionnel permet de bénéficier également d’un frein moteur.

Dispositions et combinaisons particulières

La figure 21 montre une transmission selon l’invention dans une application particulière, similaire à celle représentée aux figures 9 à 13 dont la couronne est solidaire d’une roue 8 au lieu d’être reliée au bâti par une roue libre. Cette roue peut être immobilisée par un frein ou libérée en rotation par l’opérateur, pour avoir la même fonction que la roue libre précédemment décrite. Elle peut aussi être un volant d’inertie qui, lorsque le couple auquel la transmission est soumise est inférieur à une valeur prédéterminée, tourne à la vitesse de l’arbre primaire et de l’arbre secondaire, mais est entraînée en rotation à une vitesse différente et dans un sens de rotation qui peut aussi être différent lorsque le couple dépasse cette valeur. Ceci permet de supporter des à-coups dans la transmission. Le volant peut être freiné en permanence ou sur demande par un moyen de freinage pour retrouver ensuite la vitesse de rotation des arbres d’entrée et de sortie lorsque le couple est redevenu plus faible. Il peut aussi être freiné par une machine électrique, ce qui permet de récupérer l’énergie qu’il a stocké. Cette machine électrique peut aussi fonctionner comme moteur électrique pour compléter le couple fourni par l’arbre d’entrée 2. Un tel dispositif peut donc servir de moyen de freinage et de SREC (Système de Récupération d’Energie Cinétique).

Le dispositif décrit au paragraphe précédent est donc un amortisseur particulièrement avantageux en ce sens que l’énergie qu’il dissipe peut être récupérée. Il peut évidemment comporter un nombre plus élevé de transmissions élémentaires pour pouvoir doser très progressivement la fonction d’amortissement. L’homme de l’art peut entraîner la rotation de l’arbre d’entrée par un mouvement linéaire comme par exemple celui d’un ressort de suspension d’une automobile pour récupérer l’énergie qui dans l’art antérieur, était perdue par l’échauffement des éléments de la suspension.

Il est particulièrement intéressant d’assembler en série ou en parallèle des transmissions étagées selon l’invention avec d’autres transmissions manuelles ou automatiques de l’art antérieur ou selon l’invention.

On peut en particulier associer une transmission selon l’invention avec une transmission manuelle permettant à l’utilisateur de choisir un mode de fonctionnement allant par exemple pour un vélo ou une voiture de « promenade » à « sport » tandis que la transmission selon l’invention adapte ensuite le rapport de transmission aux conditions rencontrées comme la nature du terrain par exemple.

Deux transmissions selon l’invention ou d’autres natures peuvent être associées en parallèle, partageant le même arbre de sortie et ayant des arbres d’entrée entraînés en rotation par des moyens différents, comme par exemple un pédalier et un moteur dans le cas des vélos électriques. Lorsqu’une transmission selon l’invention comporte un train épicycloïdal, l’un des composants de ce train peut recevoir l’énergie d’une source d’énergie et l’autre d’une autre, comme cela est connu.

Les transmissions selon l’invention peuvent aussi être assemblées en parallèle pour entraîner deux roues d’un même essieu sans avoir besoin de différentiel.

Un assemblage en série de transmissions étagées selon l’invention permet de disposer d’un nombre de rapports de transmission qui est le résultat de la multiplication des nombres de transmissions élémentaires de chacune des transmissions étagées.

Il existe un cas particulier qui est celui dans lequel une transmission selon l’invention entraîne un véhicule à moteur électrique, car il faut éviter qu’un changement du rapport de transmission provoque un changement imprévu de la vitesse de déplacement du véhicule, ce qui pourrait provoquer un accident. Plusieurs solutions sont proposées.

– La première est piloter le déplacement du sélecteur par un moyen mécanique robotisé, comme représenté par exemple à la figure 6.

– Une seconde consiste à bloquer le déplacement du sélecteur le long de l'arbre de sortie. La figure 5 montre un sélecteur muni d’un roulement à billes 4001 dont le déplacement latéral peut être bloqué par un dispositif dit bloqueur 4002. Ce bloqueur pivote autour d’un axe 4003 et peut être rapproché du roulement à billes 4001 pour empêcher tout déplacement du sélecteur le long de l’arbre de sortie 3, ou au contraire éloigner pour libérer un tel déplacement. Dans une version particulière, un rappel élastique (non représenté) peut appuyer le bloqueur sur le roulement à billes 4001 pour favoriser les positions du sélecteur dans lesquelles il ne peut connecter qu’une seule transmission élémentaire.

– Une troisième, qui n'est envisageable que si le moteur est muni d'un variateur, serait de mesurer - par exemple avec un dispositif à infra-rouge du commerce, qui est très bon marché - la distance entre le sélecteur et une de ses positions extrêmes. Cette mesure détecte un changement de transmission élémentaire, ce qui permet de modifier en conséquence la vitesse de rotation du moteur.

– Une quatrième consiste à faire varier la position du sélecteur non pas en fonction du couple résistant mais en fonction du régime moteur en utilisant un moyen de régulation de vitesse de rotation par la force centrifuge. En faisant augmenter la vitesse de rotation de l'arbre secondaire beaucoup plus rapidement que le régime moteur, on obtient une variation en fonction du couple résistant, puisque la variation de ce couple fait presque toujours varier légèrement le régime moteur, mais cette variation est moins immédiate que si l’on utilise uniquement la combinaison d’une vis 31 et d’un sélecteur 40 coopérant avec cette vis et entraînant l’arbre de sortie.

– Une cinquième méthode est de faire varier la position du sélecteur en fonction de la vitesse de l’arbre de sortie par un tel moyen de régulation par la force centrifuge, ce qui permet de faire varier automatiquement le rapport de transmission pour obtenir une vitesse constante de l’arbre de sortie.

– Une sixième méthode consiste à associer en série le dispositif combinant une vis 31 et un sélecteur 40 décrit ci-avant avec un tel moyen de régulation en fonction de la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée ou de l’arbre de sortie.

L’homme de l’art dispose de nombreux moyens connus de régulation de vitesse de rotation par la force centrifuge. On peut par exemple utiliser les dispositions décrites aux figures 29 à 31, ou un dispositif similaire à un régulateur à boules de James Watt qui commande la position du sélecteur au lieu de commander une vanne d'admission de vapeur.

Toutes les figures représentent des pignons dentés à dentures symétriques, mais l’homme de l’art utilisera avantageusement des pignons dentés à dentures asymétriques pour les engrenages tournant toujours dans le même sens. Les dentes de ces engrenages asymétriques ont une partie coopérant avec un autre pignon qui forme un angle plus important avec la circonférence du pignon que la partie opposée. Il est en effet connu que de tels engrenages offrent un meilleur rapport [couple transmis/poids] et un meilleur rendement dans ce cas particulier.

Applications

Les principales applications sont les suivantes :

- les boites de vitesses étagées à rapports fixes ou variables, manuelles ou à changement de vitesse automatique,

- les transmissions à variation continue à engrenages,

- les embrayages centrifuges sans déperdition d’énergie,

- 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, ou par une transmission élémentaire d’une transmission selon l’invention,

- 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 machines industrielles et de jouets,

- la propulsion des vélos et autres véhicules ou machines mus par un pédalier ou des manivelles,

- l’automobile,

- les winches, crics et treuils dont le rapport de transmissions s‘adapte automatiquement au couple résistant,

- les outillages tournants.

La présente 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.

Claims (10)

1. Transmission mécanique de mouvement d'un arbre d’entrée (2) à un arbre de sortie (3), dite transmission étagée, comportant une pluralité de moyens de transfert du mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie, dits transmissions élémentaires (2001, 2002 et 2003) comportant chacune une entrée pouvant être entraînée en rotation par ledit arbre d’entrée et une sortie pouvant entraîner en rotation ledit arbre de sortie,
   - au moins deux transmissions élémentaires pouvant assurer ce transfert de mouvement selon des rapports de transmission différents,
   - l’entrée et la sortie de ces deux transmissions élémentaires étant reliées mécaniquement en permanence, même lorsqu’elles ne transmettent pas le couple de l’arbre d’entrée à l’arbre de sortie,
   - la transmission étagée étant munie au moins d’un moyen d’embrayage dit sélecteur (40) ayant pour effet de mettre une transmission élémentaire en configuration dite connectée en liant mécaniquement son entrée audit arbre d’entrée ou sa sortie audit arbre de sortie, ou au contraire de la mettre en configuration dite déconnectée en déconnectant mécaniquement son entrée dudit arbre d’entrée ou sa sortie dudit arbre de sortie,
   - ledit sélecteur pouvant avoir différentes positions et un tel changement de position ayant pour effet de connecter ou de déconnecter une desdites transmissions élémentaires,
   caractérisée en ce que ledit sélecteur peut prendre une position dans laquelle il connecterait simultanément deux transmissions élémentaires, parce que ladite transmission étagée est munie d’un moyen dit de gestion de conflit entre transmissions élémentaires, qui déconnecte dans ce cas l’une de ces deux transmissions élémentaires,
   étant précisé ci-avant et ci-après qu’une sortie est dite connectée ou embrayée lorsque l’arbre d’entrée est liée mécaniquement en rotation à son entrée et que sa sortie est liée mécaniquement en rotation avec ledit arbre de sortie, et déconnectée ou débrayée lorsque l’une au moins de ces deux liaisons mécaniques n’est pas réalisée.
2. Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit moyen de gestion de conflit consiste à ce que ledit sélecteur est muni d’un moyen dit moyen d’évitement modifiant sa position lorsque cette position aurait pour effet que deux transmissions élémentaires soient connectées simultanément, de telle sorte qu’une seule de ces deux transmissions élémentaires reste connectée.
3. Transmission mécanique selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que ledit moyen de gestion de conflit consiste à ce qu’une au moins desdites transmissions élémentaires connectée est munie d’un embrayage unidirectionnel dit roue libre (601).
4. Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit sélecteur peut se déplacer le long dudit arbre de sortie ou dudit arbre d’entrée, à l’intérieur des éléments mécaniques qui l’entraînent ou qu’il entraîne, selon le cas, le long de leur axe de rotation.
5. Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit changement de position dudit sélecteur dépend du couple auquel est soumise ladite transmission étagée et d’un rappel élastique.
6. Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce qu’un de ses constituants a une possibilité de déformation élastique.
7. Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit arbre d’entrée et ledit arbre de sortie sont alignés, et que l’une des transmissions élémentaires est constituée par la prise directe de l’arbre de sortie sur l’arbre d’entrée.
8. Transmission mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit changement de position dudit sélecteur est ralenti par un moyen d’amortissement.
9. Machine munie d’une transmission selon la revendication 1 ou transmettant sa puissance par une telle transmission, ou mise en mouvement par une telle transmission.
10. Procédé de transmission de mouvement d'un arbre d’entrée (2) à un arbre de sortie (3) par l’utilisation d’une transmission mécanique dite transmission étagée comportant une pluralité de moyens de transfert du mouvement dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie, dits transmissions élémentaires comportant chacune une entrée pouvant être entraînée en rotation par ledit arbre d’entrée et une sortie pouvant entraîner en rotation ledit arbre de sortie,
    - au moins deux transmissions élémentaires pouvant assurer ce transfert de mouvement selon des rapports de transmission différents,
    - l’entrée et la sortie de ces deux transmissions élémentaires étant reliées mécaniquement en permanence, même lorsqu’elles ne transmettent pas le couple dudit arbre d’entrée audit arbre de sortie,
    - la transmission étagée étant munie au moins d’un moyen d’embrayage dit sélecteur (40) ayant pour effet de mettre une transmission élémentaire en configuration dite connectée en liant mécaniquement son entrée audit arbre d’entrée ou sa sortie audit arbre de sortie, ou au contraire de la mettre en configuration dite déconnectée en déconnectant mécaniquement son entrée dudit arbre d’entrée ou sa sortie dudit arbre de sortie,
    - ledit sélecteur pouvant avoir différentes positions et un tel changement de position ayant pour effet de connecter ou de déconnecter une desdites transmissions élémentaires,
    caractérisé en ce que ledit sélecteur peut prendre une position dans laquelle il connecterait simultanément deux transmissions élémentaires, parce que ladite transmission étagée est munie d’un moyen dit de gestion de conflit entre transmissions élémentaires, qui déconnecte dans ce cas l’une de ces deux transmissions élémentaires,
    étant précisé ci-avant et ci-après qu’une sortie est dite connectée ou embrayée lorsque l’arbre d’entrée est liée mécaniquement en rotation à son entrée et que sa sortie est liée mécaniquement en rotation avec ledit arbre de sortie, et déconnectée ou débrayée lorsque l’une au moins de ces deux liaisons mécaniques n’est pas réalisée.