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La presente invention concerne un dispositif
hydraulique convertisseur distributeur synchronisé à multi-
ples cylindrées, dispositif destiné à transformer de l'éner-
gie hydraulique en énergie cinétique de rotation sous forme
de moteur, compresseur ou pompe.
Les solutions connues de Eabrica-tion de moteurs
ou de pompes hydrauliques ne perme-ttent pas d'obtenir a la
fois un grand nombre de rapports de vitesse et un bon ren-
dement, le rapport pression-puissance/poids-couple est très
défavorableO Leur durée de vie est en général courte en
raison des efforts internes importants, les rendements sont
notamment faibles à des petits rapports parce qu'ils mettent
en circulation un volume importan-t de fluide inac-tif. Les
moteurs hydrau].iques de type connu sont actuellement limités
en puissance pour des raisons technologiques, la cylindrée
maximale réalisée jusqu'a présent étant de l'ordre de 20 1.
En outre, les dispositifs de ce type ne supportent pas des
déformations élastiques des organes, des ovalisations, des
variations de dimensions, etc., parce qu'il en résulte des
tensions anormales entrainant une usure très rapide et des
fuites importantes qui réduisent la puiss~nce et le rende-
ment. Leur bon fonctionnement nécessite des finitions de
surfaces très fines et des masses métalliques très impor-
tantes poux limlter les fuites.
Le dispositif conforme à l'invention a pour but
de remédier aux inconvénients précités.
Sa caractéristique principale réside essentielle-
ment dans le fait qu'il rend possible l'obtention de couples
très élevés à de faibles vitesses, les limites de la pré-
sente technologie, c'est-à-dire de l'ordre d'un million
de m.dN, pouvant être facilement atteintes, et ce avec une
masse relativement plus faible plus le couple augmente, par
conséquent avec un meilleur rapport puissance/poids.
Un autre avanta~e qu'offre ce dispositif est la
-1- ~
3`~
possibilité de la compensation automatique des variations
de dimensions quelle que soit leur orig-ne (variations dues
à la temperature, deformations elastiques, ovalisations dues
à des accoups très violents ou ~ des surcharges) tout en
produisant relativement peu de fuites et sans en provoquer
l'usure, ce qui permet d'eviter la mise en oeuvre de masses
metalliques importantes, parce qu'il ne se produit que peu
de tensions internes et aucune fluctuation cyclique. Sa
cylindree totale peut s'echelonner entre une fraction d'un
litre jusqu'à quelques centaines de litres avec de très
nombreux rapports de vitesses dans les deux sens de rota-
tion, et ce avec un rendement remarquable.
Un autre avantage important reside dans la grande
securite de fonctionnement qu'il assure en cas d'une sur-
charge importante ou d'une panne des organes de commande oudu recepteur par une mise en roue libre instantanee. I1
permet en outre de mettre en marche ou de freiner des masses
d'une très grande inertie. Aucune puissance inutile n'est
absorbee, ce qui contribue a l'obtention d'un rendement ex-
tremement eleve par rapport aux dispositifs connus de puis-
sance comparable.
Selon la presente invention, il est prevu un dis-
positif hydraulique convertisseur repartiteur destine a
transformer une energie hydraulique en energie cinetique
de rotation et reciproquement, comportant un stator, un
rotor dans lequel sont menages des rainures radiales equi-
distantes, prevues pour recevoir chacune une palette dont
la face inferieure se deplace sur la peripherie du stator
laquelle comporte des evidements formant les cylindrees,
la poussee du fluide moteur assurant l'entraînement en
rotation du rotor en se deplaçant successivement dans les
cylindrees du stator, deux flasques laterales montees sur
roulement et solidaires du rotor, referment l'ensemble de
façon etanche, caracterise:
..
~;
- en ce que le stator comportant les cylindrees est annu-
laire et ne possède pas de moyeu, en cooperation avec le
rotor, les flasques de fermeture et les flasques de retenue,
il forme un convertisseur repartiteur ou une pompe entiere-
ment annulaire,- en ce que les rayons R du stator et Rl du rotor sont
definis par le nombre de cylindrees, par le pas entre les
palettes-valves differentielles et par l'epaisseur desdites
valves, il en resulte une longueur de la partie cylindrique
active de rayon r du fond des cylindrees, une longueur des
rampes (Ru) d'entree et de sortie des cylindrees et une
longueur des parties cylindriques de rayon R dudit stator
de telle sorte que l'etancheite désdites cylindrees soit
assuree par une valve en aval et une valve en amont de cha-
cune desdites cylindrees, lesdite valves se deplaçant sur unesurface correspondant audit rayon R, soit au moins six val-
ves par pas de cylindree,
- en ce que la puissance dudit convertisseur est de la
grandeur du rayon R dont depend le nombre de cylindrees et
le nombre de valves qui peuvent etre rendues actives dans
la totalite desdites cylindrees,
- en ce que le debit du fluide moteur est sensiblement
constant à toutes les vitesses de rotation tout en pouvant
admettre, pour eviter les accoups au moment du passage des
vitesses, une variation du debit de l'ordre de plus ou moins
15% dudit debit,
- en ce que l'admission du fluide moteur est pilotee sepa-
rement pour chacune des cylindrees en nombre impair et de
volume pouvant etre different, ou separement dans chaque
pair de cylindree en opposition diametrale,
~ en ce que les cylindrees inactives ne sont pas soumises
a un debit de fluide,
- en ce que les valves differentielles sont prevues ~ dou-
ble effet, elles sont rendues actives au contact de la
3 --
surface peripherique correspondant au rayon r du fond des
cylindrees actives alimentées par le fluide moteur a haute
pression HP, ou bien rappelees au fond de leur logement
au moyen d'une pression differentielle Pi agissant dans le
carter directement sur les epaulements de ladite valve au
travers d'une chambre differentielle,
- en ce que la mise en roue libre instantanee est obtenue
en accrolssant la pression Pi du carter ou en interrompant
l'alimentation de la haute pression HP dans les cylindrees
actives.
Cet agencement rend possible la compensation auto-
matique de variations de dimensions, ovalisations, etc.
notamment lorsqu'il s'agit de grands diamètres, parce que
les valves sont maintenues en permanence en contact sous
.. _ . _ .... _ _ _ ~
- 3a -
3l~3~
pression avec la partie active des cylindrées. Plus le
diamètre du tore est grand, plus le nombre et le volume des
cylindrees et le nombre des vitesses sont grands. Les
vitesses sont obtenues en associant des cvlindrées actives.
Lorsque toutes les cylindrées sont actives, on obtient le
couple le plus élevé et les vitesses les plus faibles;
lorsque la plus pstite cylindrée seule est active et re~oit
tout le fluide moteur, on obtient le couple le plus faible
et la vitesse de rotation la plus elevee du rotor. La mise
en roue libre est realisee en rendant inactives toutes les
cylindrees.
D'autres caracteristiques et avantages de la pre-
sente invention ressortiront mieux apres lecture de la des-
cription suivante, en reference aux dessins annexésO
la figure 1 est une coupe partielle en élévation
du tore et d'une partie vue apres avoir enleve la flasquei
la figure 2 est une coupe partielle en élévation,
à plus grande échelle, suivant le plan P de la figure l;
la figure 3 est une coupe selon la fleche A-A de
la figure 1;
la figure 4 est une coupe selon la :Elèche B-B de
la figure l;
les figures 5 à 13 sont des vues représentant la
valve différentielle;
la figure 14 est un schéma représentant en partie
le mode de fonctionnement de l'invention; et
les figures 15, 16, 17 et 18 sont des schémas
représentant la souplesse de l'invention.
Comme on le voit sur la coupe partielle en eléva-
tion de la figure 1, le dispositif comprend quatre cylin-
drées équidistantes A, B, C, D formées dans un stator 1 de
rayon extérieur R. Le fond de chaque cylindree presente
- un rayon ra, rb, rc, rd. Le rotor 2, concentrique par rap-
port au stator 1, presente un jeu importan-t J entre le rayon
-- 4 --
R du stator et le rayon interieur ~1 du rotor. Le rotor 2
comprend 2~ rainures équidistantes orientees radialement 3
dans lesquelles glissent 24 valves différentielles 4. Des
flasques de fermeture sont assemblées à l aide de 24 bou-
lons 5. Dans la 20ne ou la flasque a éte supprimée, onpeut voir des valves non coupées et une rainure circulaire
6 alimentant les chambres difEerentielles 7 sous une pres-
sion Pi régnant dans le boîtier. La pression Pi peut être
contrôlee et reglée grâce a un distributeur extérieur rac-
cordé à l'orifice 8 qui distribue ladite pression par unconduit 9. Les circuits d'admission de Pi peuvent être
isoles par cylindree. La cylindrée B est representee comme
étant inactive, les valves etant ramenees au fond de leur
boltier 3, tandis que les autres cylindrees A, C, D SQnt
actives. Chacune d'elles est limitee par une rampe Ral,
Ra2, Rbl, Rb2, Rcl, Rc2, Rdl, Rd2. Chacune des rampes com-
prend une rainure Ru; ces rainures etant designées par Rul,
Ru2 pour la cylindree A, etc. Les conduits 10 d'admission
et d'evacuation du fluide dlentralnement debouchent dans
ces rainures. Selon le sens de rotation, ces conduits 10
assurent la fonction d'admission ou d'evacuation de fluide.
Ici, le sens de rotation est represente par la fleche F.
Les conduits 10 ont ete designes HP pour haute pression et
BP pour basse pression. Dans la cylindree d'admission B,
tous les conduits sont a basse pression. Les details de
la cylindree A sont mieux representes sur la figure 2 qui
est une vue en coupe suivant le plan P. La direction
d'application de la haute pression sur la partie de la valve
11 en position active dans la cylindree en contact glissant
sur le rayon (r), est designée par la fleche S. La poussee
exercee sur la valve est egale a P bar/cm multiplie par la
surface active R-r X par la largeur de la valve.
La valve 12 est en train de descendre la rampe
Ra2 tandis qu'une autre valve 13 monte la rampe Ral. Une
cylindree est délimitee de part et d~autre par deux valves
pre-actives. Sur la figure 1, la cylindree A est delimitee
par les valves 14 et 15, la valve 16 nletant plus etanche
sur R. Les deux rainures Ru situees de chaque côte des
cylindrees ont une longueur ~gale à celle des rampes ou, de
preference, legèrement plus longue, comme le montre la
figure 2. Le bord de la valve 4 est situe a l'extremite de
la partie cylindrique r tandis que le bord de la rainure
Rua est situe en face du conduit d'echange de pression de
la valve, laquelle ~st rendue de ce fait inactive, ce qui
permet a la valve de monter la rampe sous une pression
egale, il en va de meme pour la valve 12 qui descend la
rampe. On va decrire ci-apres les details du mode de rea
lisation de la valve.
La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne
~-A de la figure 1. Les m8mes numer~s de reference ont ete
conserves que pour les figures 1 et 2. Cette vue met en
evidence la structure annulaire du dispositif ainsi que la
forme du stator 1, du rotor 2, des flasques de fermeture 17,
18 et des roulements a rouleau 19, 20, ainsi que de leurs
chapes 21, 22 fixees par des vis 23 sur les flasques 17, 18.
Des joints statiques etanches au fluide 24 et un joint
d'étancheite tournant 25, 26 assurent l'etancheite aux
fluides du dispositif~ La circulation du fluide sous la
pression Pi a partir du boltier est representee par des
zones hachurees a petits points. On voit egalement les
chambres differentielles de rappel de valve 7.
La figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne
B-B de la figure 1. La circulation du fluide sous la pres-
sion du boîtier est egalement representee par un hachurage
à petits points ainsi que les conduits 9 alimentant la
rainure circulaire 6 qui debouche dans les chambres diffe-
rentielles de rappel de valve 7. On voit egalement sur
cette figure la fixation des flasques 17, 18 sur le rotor 2
. j
à l'aide de boulons 27. Des trous 28 (figure 3) et 29
(figure 4) comprennent un centrage e-t un filetage, et ils
servent a la fixation sur la bâ-ti, d'une par-t, et sur
l'organe récepteur, d'autre part.
I,a planche 5 représente la valve selon les :Eigures
5 à 13. La figure 5 représente la valve en é:Lévation. Elle
se présente SOIIS forme d'un parallélépipède rectangulaire
dont la section différentielle est obtenue en réalisant un
épaulement 30, 31 sur les petits c8tés, ce qui a pour effet
de réduire la surface 32 de la -tê-te de la valve par rapport
a la surface 33 du pied de la valve sur laquelle le fluide
d'entralnement exerce son effet pour provoquer le glissement
de la valve dans son boltier, en traversan-t lesdites valves
par les trous 34, 35, 36, 37 (figure 8) realises dans ls
surface 33 et debouchant dans une rainure longi-tudinale peu
profonde 38 situee dans l'axe de symetrie YY de la tête de
la valve.
La valve comprend, sur son axe de symetrie XX, un
. trou taraudé 39 (figure 9) qui recoit une broche filetee 40
~ 20 (valve 12 de la figure 2) limitant la course du poussoir 41
rappelé par un ressort 42 en position de sortie.
La fonction de ce poussoir est de rendre la valve
pré-active sur le rayon R du stator en l'absence d'une
pression de désactivation de la chambre differentielle 7
pour delimiter automatiquement les cylindrees acti~es lors
du passage d'une valve a l'autre. La pression de rappel
différentielle de la valve au fond de son boltier doit etre
plus importante que celle du ressort de rappel 42 pour que
llextremité de sortie du poussoir 41 soit pratiquement
entierement noyée dans la broche 40, ce qui a pour effet
d'empêcher la valve d'entrer en contact e-tanche avec le
rayon R.
Chacune des valves comporte en outre une portion
creuse aplatie 43, c'est-a-dire un dégagement, situee sur
- 7 -
chacune de leurs grandes faces parallèlemen-t dans la partie
de la valve qui reste toujours à l'in-térieur du boltier du
ro-tor: ce dégagement débouche en 44 sur la face frontale
ou le pied de la valve. Cette face 32 est concave sur un
rayon 45 (figure 12) qui correspond au rayon moyen Rm de la
cylindrée R -~ r/2. Ce rayon Rm est relié, sur les grandes
faces de sor-tie, par une partie plane, ou mieux encore
convexe, 46, 47 qui est en contac-t avec la rampe Ru au
mornent de la descente ou de la montée des valves dans la
cylindrée.
Les valves comprennen-t en outre des conduits
d'échange de pression 48, 49 (figure 10, 11) assurant cha-
cun la liaison entre une des portions de la tête 32 et
l'échappement 44 situé sur la grande face opposee. L'apla-
tissement des valves, grâce a la présence des échappements
43, 44, est des-tiné à procurer une plus grande tolérance
d'usinage de la rainure du boltier des valves et d~éviter
l'oscillation de la valve sous la poussée du fluide d'en-
tralnement. Le déplacement de la valve vers son siège est
assure par l'action du fluide d'entrainement qui pénètre
dans le dégagement 43 par la rainure 44 et exerce une pous-
sée égale à la surface 43 multipliée par la haute pression
calculee en bars. Pour une surface de 10 cm et une pression
de 250 bars, la poussée est de 2 500 kg. La surface 43 est
toujours plus importante que celle de la cylindrée, ce qui
fait que le deplacement de la valve vers son siège s'effec-
tue tres efficacement et la valve ne se deplace plus lorsqu'
elle est en contact etanche avec le rayon r du fond de la
cylindree.
Cet agencement contribue considerablement au
rendement, parce qu'il y a friction lorsque les valves sont
actives, elles se deplacent sur un mince film d'huile.
La figure 13 est un diagramme représen-tant le
fonctionnement a double effet des valves différentielles.
-- 8
~.,
Elles sont repoussees au fond de leur bo1tier 3 lorsque la
pression Pi à l'interieur du bo1tier est modifiée par une
commande e~térieure, par exemple un distributeur h~draulique
non représente, pour devenir supérieure a ].a basse pression
(BP) et à la force duressor-t de rappel du poussoir. La
pression Pi exerce son efEet sur les épaulements 30, 31 des
valves. Lorsque la pression du boîtie.r Pi est normale, la
haute pressi.on (~IP) exerce son effet sur la face 33 de la
valve sous une pression moyenne HP + BP/2, qui contraint la
valve à sortir de son bolti.er et à venir en contact avec
les rayons r et R. Le contrôle de la variation peut être
particulier a chaque cylindrée ou nonO Il peut être ajusté
pour définir avec précision le contact par ylissement avec
le stator le long des rayons R et r.
La figure ].4 représente schématiquement un moteur
a quatre cylindrées et des moyens appropriés permettant de
controler l'admission du fluide moteur dans chaque cylindrée,
ces moyens constituant en meme temps des moyens permettant
de faire variex la vitesse et des moyens permettant de ren-
dre les cylindrées inactives par alimentation sélective.
L'inactivation des valves est assurée par des moyens tels
qu'un groupe de distributeurs électriques, qui permet d'ali-
menter les cylindrées en fluide sous haute pression. Les
cylindrées 1 et 3 sont alimentées comme moteur et sont
pilotées par des distributeurs électriques EVl et EV3. La
cylindree 2, par exemple, est representee agencee pour fonc-
tionner comme compresseur grâce aux distributeurs EV2 et
EV5. La cylindrée 4 fonc-tionne a vide parce que le dispo-
sitif EV4 a si~plement arrêté l.e fluide moteur a haute
pression. Il y a autant de distributeurs electriques qu'il
y a de cylindrées et chaque cylindrée est normalement ali-
mentée par son distributeur électriquè dans un sens ou dans
l'autre selon le coté d'introduction de la haute pression.
Comme le montre ce schéma, la position de gauche de chaque
i
distributeur électrique représente la fonction moteur ou
position de marche -tandis que la position de droite peut
représenter une Eonction compresseur de l'appareiI de
l'inven-tion. D'autres moyens perme-t-tant de réaliser ces
mêmes fonctions seront éviden-ts ~ l'homme du mé-tier.
La proEondeur des cylindrées R-r est de préfé-
r0nce diEférente, no-tammen-t lorsqu'elles sont au nombre de
3 ou de multiples de 2 ou 3, la profondeur des paires dia-
metralement opposées é-tant la même tandis que chaque paire
pourrait avoir la même profondeur que les autres ou une
profondeur différente. Les parties cylindriques R du stator
de longueur développée 1 e-t R de longueur développee L ont
de préférence la même longueur, d'une valeur telle qu'elles
peuvent recevoir chacune au moins deux valves.
Les divers rapports de vitesse peuvent être ob-
tenus par une série Renard, en associant successivement des
cylindrées de volume diffëren-t ou éyal, dont le volume es-t
calculé en fonction de cet-te progression. Le démarrage
avec couple maximal est calculé en fonction de ce-tte pro-
gression. Le demarrage avec un couple maximal peut atre
obtenu a une tres faible vitesse en étranglant le fluide
dans la distribution d'alimentation.
Les figures 15 a 18 represen-tent la souplesse de
l'invention en assurant des combinaisons de cylindrees pour
obtenir une tres grande gamme de vitesses, superieure même
au nombre de cylindrees. Dans ces f-igures, on suppose que
chaque cylindree ou chaque paire de cylindrees ont un volume
different.
Les figures 15 et 16 representent un nombre pair
de cylindrees tandis que les figures 17 et 18 représentent
des nombres impairs, 4 et 3 etant pris comme exemples res-
pectifs.
Sur la figure 15, les cylindrées opposees, sur
les côtes dans cette figure, on-t un volume d'un demi A, où
- 10
3~3~
A représente une unité de volume, un litre par exemple.
La paire de cylindrées opposées, supérieure et inférieure,
ont un volume de A, un litre chacun par exemple. Sur la
figure 16, les charges de cylindre respec-tives sont comme
indiqué sur le dessin à partir de ',a gauche, A, 1,25 A,
1,5 A et 1,75 A.
Sur les figures 17, 18, les trois volumes de la
figure 17 sont tous égaux tandis que sur la Eigure 18 les
volumes sont diEféren-ts A, 1,25 A et 2,0 A dans l'exemple
representé.
On peut augmenter le nombre de cylindrées au prix
d'une augmen-tation correspondante du diamètre hors tout et
de la longueur développée du rotor, en prenant en considé-
ration la puissance et les vi-tesses désirées, en fonction
de l'application envisagée~
Ainsi, en prévoyant des cylindrées de volumes
différents et en les associan-t de la maniere illustrée et
décrite ci-dessus, on peut réaliser divers rappor-ts diffé-
rents. Par exemple, en se référant a la Eigure 16, si on
utilise les quatre charges de cylindre, on obtient une
capacité totale de A plUS 1, 25 A plus 1,5 A plus 1,75 A
soit 4,5 A. Si on n'utilise que les deux cylindrées laté-
rales, par exemple, on obtient un volume et une vitesse
correspondante de 2,5 A. Si on n'utilise que la cylindrée
supérieure et celle de droite, on obtient un volume to-tal
et une vitesse correspondante de 2,75 A. De nombreuses
autres combinaisons sont bien en-tendu possibles en associant
entre elles les cylindrées différentes.
Au moins une des cylindrees peut servir de pompe,
compresseur, distributeur pour assurer des fonctions acces-
soires de commande ou bien une ou plusieurs cylindrées d'un
second moteur fonctionnant en parallele ou en série avec le
premier.
L'invention s'applique à tous les cas d'accouple-
ment, de désaccouplement, de distribution ou de conversionde puissance, vitesses, couples, pour de faibles puissances,
des puissances moyennes, grandes et tres grandes.
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~d
