Brevet FR2013225A1 — publié le 19700327

La présente invention concerne un dispositif de commande électrique pour entraîner à une vitesse de rotation réglable l'arbre de commande d'une machine du type comportant vin moteur à embrayage muni d'un embrayage et d'un frein à friction et 5 à commande électro-magnétique. De tels dispositifs de la technique antérieure comprennent pour le réglage de la vitesse de rotation un commutateur centrifuge calé sur l'arbre secondaire du moteur à embrayage et qui ferme le circuit d'excitation de l'embrayage lorsque 10 la vitesse réelle est inférieure à la vitesse affichée, et coupe ce circuit lorsque la vitesse réelle dépasse ladite vitesse affichée (brevet U..S. 3 253 563)• A cause de la tolérance de réponse du commutateur centrifuge, un tel réglage est relativement peu précis. De plus, il est sensible aux chocs et aux dépôts de sale-15 tés. La vitesse d'affichage peut être réglée grâce à l'emploi de plusieurs commutateurs centrifuges de différentes sensibilités ; mais un tel réglage n'est pas continu et les limites de réglage sont étroites. La présente invention a pour objet de concevoir un 20 dispositif de commande dudit type permettant un réglage précis et à réponse rapide de la vitesse. Le dispositif de commande électrique selon l'invention comprend un compte-tours connu en soi fixé sur l'arbre secondaire dudit moteur à embrayage et qui fournit une tension, al-25 ternative fonction de la vitesse de rotation réelle dudit arbre secondaire, un circuit modulateur transformant le signal de sortie dudit compte-tours en une tension continue proportionnelle à ladite vitesse de rotation et à laquelle est superposée ladite tension alternative, et -un régulateur électronique qui commande 30 la. mise en marche de l'embrayage lorsque le signal de sortie dudit modulateur dépasse une première tension de référence, et la mise en marche du frein lorsque le signal de sortie dudit modulateur dépasse une deuxième tension de référence plus élevée que ladite première tension de référence. 55 II s'agit donc d'un réglage électronique dépendant de l'amplitude d'un courant et suivant lequel le frein et l'embrayage sont actionnés alternativement lorsque le moteur tourne à vide. Le rapport des temps d'actionnement du frein et de l'embrayage est commandé par le dispositif de réglage en fonction 40 d'une vitesse affichée ou de la différence entre une vitesse BAD ORI0W/U, 69 20274 2 2013225 affichée et la vitesse de rotation réelle. Etant donné que le régulateur est alimenté avec une tension continue sensiblement proportionnelle à la vitesse de rotation et qui est recouverte avec une tension alternative, on peut assurer que même des fai-5 bles variations de la vitesse de rotation causent d'importantes variations du rapport des courants d'embrayage et de freinage. La sensibilité du réglage est ainsi importante et l'étendue du réglage très large. Suivant un autre mode de réalisation ledit circuit 10 modulateur est essentiellement constitué d'un pont redresseur dont la sortie est reliée à un ensemble R C assurant un lissage partiel du courant redressé pulsatoire. Un tel circuit est particulièrement simple, économique et sûr. De préférence, la sortie dudit pont redresseur est reliée à une tension continue auxi-15 liaire prédéterminée. Le régulateur répond ainsi à des signaux d'entrée très faibles. Suivant un mode de réalisation avantageux ledit régulateur comprend deux canaux d'amplification reliés à une entrée commune et dont l'un commande l'embrayage et l'autre ledit 20 frein, l'un desdits canaux comportant un étage d'inversement supplémentaire, et ledit régulateur comporte entre ladite entrée commune et les deux canaux amplificateurs tin étage de transformation ou inversement d'impedance. Pour l'affichage d'une vitesse de rotation à obte-25 nir, le dispositif selon l'invention comprend entre ledit compte-tours et 11 entrée dudit régulateur un organe de réglage du nombre de tours à commander qui est monté en réducteur de tension. Pour un affichage pas à pas on peut prévoir des résistances diviseu-ses inversables. Pour un affichage continu on peut par exemple -50 employer des potentiomètres. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux ledit organe de réglage est constitué d'un ensemble de couplage à coefficient de couplage réglable et qui est inséré entre ledit compte-tours et ledit circuit modulateur. Un tel organe ne comprend-pas de contacts- mobiles et on 55 peut ainsi éviter tous les inconvénients des contacts à commande mécanique. De préférence, lesdits canaux amplificateurs sont constitués de transistors de"commutâtio^. sans contact. - Selon l'invention, le circuit d'entrée du premier 40 transistor de.chaque canal amplificateur Est relié à une tension 69 20274 3 2013225 auxiliaire prédéterminée servant de tension de référence. Ceci présente l'avantage que les transistors de commutation répondent à des signaux très faibles et qu'il n'est ainsi pas nécessaire que le signal atteigne un seuil prédéterminé. 5 Avantageusement, le bobinage d'embrayage et le bobi nage de freinage comportent une résistance d'entrée servant à réduire la constante de temps du circuit d'embrayage et de freinage. De préférence, ledit compte-tours est constitué par 10 un générateur inductif comprenant un disque comportant sur sa périphérie une série d'aimants permanents radiaux, et un noyau en E dont l'aîle centrale supporte un enroulement et dont les aîles extérieures sont décalées par rapport à l'aîle centrale de deux pôles dudit disque. On peut ainsi obtenir même avec un 15 nombre élevé de pôles un espacement angulaire suffisant pour un diamètre donné dudit disque. D'autres réalisations, avantages et applications de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, et en se référant aux dessins annexés montrant à titre d'exemple un 20 mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur ces dessins : Fig. 1 montre le schéma des connexions électriques d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Fig. 2 est une vue schématique du compte-tours induo-25 tif du dispositif représenté à la Figure 1. Fig. 5 a montre la tension obtenue à la sortie du dispositif d'affichage du nombre de tours. Fig. 3 b montre la tension redressée obtenue à la sortie de l'organe d'affichage du nombre de tours commandé. 50 Fig. 3 c montre la tension envoyée à l'entrée du régulateur. 4- a montre la tension à l'entrée du régulateur et les tensions d'embrayage et de freinage pour une machine non-chargée tournant à vide. 35 Fig. 4 b est une vue similaire à la figure 4 a pour "une machine chargée et Fig. 5 montre des tensions obtenues dans le dispositif représenté à la Figure 1 lors de 1*actionnement de l'organe de commande de la vitesse de rotation, la courbe a montrant 40 la tension de sortie du compte-tours, la courbe b la tension de 69 20274 4 2013225 sortie dudit organe de commande, la courbe c la tension d'entrée du régulateur. La courbe d la tension appliquée au bobinage de l'embrayage et la courbe e la tension appliquée au bobinage de freinage. 5 Le dispositif de commande représenté à la Figure 1 est commandé par un organe compte-tours 1. Ce dernier fournit une tension dont l'amplitude et fréquence dépendent et sont sensiblement proportionnelles à la vitesse de rotation en t/min. de l'arbre secondaire d'un moteur de commande. Ledit moteur de commande 10 est constitué par un moteur à embrayage connu du type comportant un embrayage et un frein à friction et à commande électromagnétique et dont la Figure 1 ne montre que le bobinage d'embrayage 2 et le bobinage de freinage 3» L'organe compte-tours comprend avantageusement un ai-15 mant permanent en forme de disque 4 calé sur l'arbre secondaire du moteur à embrayage et en regard duquel est situé un noyau d'aimant 5 muni d'un bobinage 6 (Figure 2). La surface périphérique dudit disque 4 est constituée d'une série alternative de pôles négatifs et de pôles positifs 7j 8* Lors de la rotation du 20 disque 4, celui-ci produit dans le bobinage fixe 6 des tensions d'induction qui remplissent les conditions citées ci-dessus, c'est-à-dire dont l'amplitude et la fréquence sont proportionnelles à la vitesse de rotation de l'arbre secondaire du moteur à embrayage. Comme on le voit à la figure 2 le noyau d'aimant pré-25 sente une section El comprenant des aîles sensiblement d'une même largeur. Les deux aîles extérieures sont décalées de deux pôles par rapport à l'aîle centrale. De cette manière, on assure qu'on dispose pour le bobinage 6 même pour un important nombre de pôles du disque 4 d'un espace angulaire suffisant, c'est-à-30 dire que pour un diamètre de.disque quelconque donné, on peut prévoir un nombre de pôles quelconque convenable. Au compte-tours 1 est relié un organe de commande pour le nombre de tours 10 (Figure 1)- Dans le mode de réalisation représenté ici cet organe de commande est constitué par,un trans-35 " formateur muni d'une bobine 6 montée, en parallèle avec 1-'enroulement. primaire 11 et un enroulement secondaire 12. Le degré de couplage entre les deux enroulements 11, 12 est ajustable au moyen d'une pédale. 14 et par l'intermédiaire d'un ensemble de tirants 13. La" sortie du secondaire 12 est reliée à un pont de 40 diodes 15 dont l'une des sorties de tension continue 16 est ali 69 20274 5 2013225 mentée par l'intermédiaire d'un diviseur de tension comprenant deux résistances 17, 18 avec une tension négative de 6 V. L'autre sortie de tension continue 1$ du pont de diodes 15 est reliée par l'intermédiaire d'un condensateur 21 et d'une résistance 20, 5 montés en parallèle, à la masse et d'autre part directement par une ligne 22 à la base d'un transistor 24. La base de ce transistor constitue l'entrée d'un ensemble d'un dispositif régulateur portant la référence générale 25. Le transistor 24 est monté en collecteur commun et constitue un transformateur d'impe-10 dance présentant une résistance d'entrée élevée et une résistance de sortie faible. Il empêche une surcharge de l'organe de commande 10 et de l'ensemble R C portant la référence 20, 21. Un commutateur 27 relié par des moyens mécaniques (Figure 1) aux tirants 13, reliés dans la position d'arrêt repré-15 sentée à la Figure 1, l'émetteur du transistor 24 à la tension négative de service de 12 V sur laquelle est branché en continu le collecteur dudit transistor 24. Dans cette position d'arrêt, le commutateur 27 coupe également la liaison entre l'émetteur du transistor 24 et un montage en série comprenant une résistan-20 ce 28 et un potentiomètre 29 et dont l'autre borne est reliée à la tension de service positive de 6 V. Un condensateur 50 est i,:onté en parallèle avec l'ensemble en série constitué par1 le commutateur 27 et par une résistance 28. L'émetteur du transistor 24 est relié à la base 25 d'un transistor 52 servant d'étage d'inversement. L'émetteur du transistor 32 est relié au curseur d'un potentiomètre 33, qui est inséré entre la tension négative de 12 V et la masse. Le collecteur du transistor 32 est relié à l'entrée d'un transistor 34- commandant un transistor de sortie 35 • Dans le circuit 30 collecteur du transistor de sortie 35 est insérée une résistance ajustable 36 montée en série avec le-bobinage d'embrayage 2. une diode 57 est montée en paralLèle avec ledit bobinage 2 et ladite résistance 36. Le curseur eu potentiomètre 29 est relié à l'entrée Vj d'un deuxième transistor d'amplification 40 commandant un transistor do sortie 41. Dans le circuit collecteur du transistor 41 sont insérés une résistance ajustable 42 et le bobinage de freinage 3 montés en parallèle avec une diode 43. L'alimentation secteur portant la référence générale 45 fournit une ten-40 sion de service négative de 24 V à partir de laquelle on obtient BAD ORIGINAL 69 20274 6 2013225 par l'intermédiaire d'une résistance 46 la tension négative de 12 V et la tension positive de 6 V stabilisée par une diode Ze-ner 47. Une diode Zener 48 sert à stabiliser la tension négative de 6 V. 5 Le dispositif selon l'invention fonctionne de la ma nière suivante : Lorsque la pédale 14 n'est pas actionnée le couplage entre l'enroulement primaire 11 et l'enroulement secondaire 12 atteint sa valeur maximale (voisine de 1) et le commutateur 27 10 s'étend dans sa position d'arrêt (Figure 1). Dans cette position le commutateur 27 applique la tension négative de 12 V à la base du transistor 32. Le potentiel de la base de ce transistor est ainsi plus négatif que celui appliqué à l'émetteur du même transistor qui est maintenu par l'intermédiaire du potentiomètre di-15 viseur de tension 33 à une tension prédéterminée de par exemple -6 V. Le transistor 32 est ainsi bloqué. Le potentiel de la base du transistor amplificateur 34 est ainsi positif par rapport à l'émetteur et le transistor 34- est également bloqué. Etant donné que le transistor 34- n'est pas conducteur le transistor 35 20 également bloqué, le bobinage d'embrayage n'est pas excité. Dans sa position d'arrêt le commutateur 27 coupe également la base du transistor amplificateur 40 de l'émetteur du transistor 24 de sorte que la base du transistor 40 est plus positive que l'émetteur du même transistor et que ce dernier est bloqué. Le bobina-25 ge de freinage 3 n'est ainsi pas excité. Ni l'embrayage ni le frein ne sont ainsi actionnés. Le moteur tourne à vide. L'arbre secondaire est arrêté. Le compte-tours ne fournit aucune tension. Lorsqu'on actionne maintenant la pédale 14 le commutateur 27 est déplacé dans sa position de marche. La base du 30 transistor 32 est coupée de la tension négative de 12 V. L'émetteur du transistor 24 est relié à la résistance 28. Etant donné que le nombre de tours est encore égal à 0, le compte-tours ne fournit aucune tension. A l'entrée 22 du régulateur 25 est appliquée par l'intermédiaire des résistances 17, 18 une tension pré-35 déterminée du pont redresseur 15 réduite de la chute de tension projjre dudit pont. On obtient ainsi à la base du transistor 32 une tension négative (d'environ 5>5 V) suffisante pour débloquer entièrement le transistor 32. Ce dernier envoie un courant sur la base du transistor amplificateur 34- qui débloque ensuite le 40 transistor de sortie 35° Le bobinage d'embrayage 2 est ainsi. BAD ORIGINAL. 69 20274 7 2013225 excité à travers la résistance 36- L1embrayage .est actionné et l'arbre de commande du moteur tournant en continu est relié à l'arbre secondaire. Etant donné que le bobinage d'embrayage 2 reste excité, la vitesse de rotation de l'arbre secondaire et la 5 tension fournie par le compte-tours 1 augmentent rapidement. La figure 3 a_ montre le développement dans le temps de la tension d'induction 50 produite dans l'enroulement secondaire 12. La Figure 3 b montre la tension 51 obtenue à la sortie 19 du pont redresseur 15 lorsqu'on ne prend pas en considération 10 les étages ultérieurs du circuit. Etant donné qu'en aval de la sortie 19 du pont redresseur 15 est prévu l'ensemble R G (20,21) présentant une constante de temps T = E. C d'environ 20 ms, la tension pulsative 51 est transformée en un signal de tension 52 tel que représenté à la Figure 3 c « La tension 52 est une ten-. 15 sion continue superposée par une tension alternative correspondant aiixchargement et déchargement du condensateur 21. L'augmentation du nombre de tours continue et l'amplitude de la tension 52 appliquée à la base du transistor 24 atteint line valeur telle que le transistor amplificateur 40 et le 20 transistor 41 soient débloqués et que le bobinage de freinage 3 soit excité. Comme on le voit à la Figure 4 le circuit selon l'ire-vention est conçu de manière que, lorsque la machine commandée n'est pas chargée, la tension 52 envoyée à l'entrée du régula-25 teur corresponde dans chaque demi-période de la tension 50 pour un court instant à une première valeur débloquant les transistors 40 et 41 et excitant le bobinage de freinage 3 et pendant un court instant à une deuxième valeur débloquant les transistors 34- et 35 et excitant le bobinage d'embrayage 2. La tension 30 de réponse du frein porte à la Figure 4 a la référence. UbV et la tension de réponse de l'embrayage la référence Ujjy. La tension Ub? est la tension obtenue à l'entrée 22 et à laquelle le. transistor 40 change de l'état bloqué à l'état débloqué et la tension Uj[-y- est la tension obtenue à l'entrée du régulateur néces-35 saire pour débloquer le transistor 34. La tension est ajustée au moyen du potentiomètre 29 et la tension ïïjry au moyen du potentiomètre 33- Le régulateur 25 fonctions... "ainsi sensiblement comme un régulateur continu excitant alternativement le bobinage d'embrayage 2 et le bobinage de freinage 3 de manière à mainte-40 nir la vitesse commandée'par l'organe de commande 10. 69 20274 8 2013225 Lorsque la machine commandée est chargée, la tension fournie par le compte-tours chute, momentanément. Le potentiel à la base du transistor 24 diminue. Le potentiel à la base du transistor 32 augmente. Le potentiel à la base du transistor 5 d'amplificateur 34 diminue également. Le bobinage d'embrayage 2 est excité pour un temps plus long (Figure. 4 b_). Le-potentiel de base du transistor amplificateur 40 devient simultanément moins négatif et le frein est ainsi arrêté. La vitesse de rotation retourne ainsi à ladite valeur, affichée. 10 Les Figures 4 a_et 4 b^_ ne sont bien entendu que des Figures schématiques montrant le principe de fonctionnement du régulateur 25» Le travail alternatif de l'embrayage et du frein assure que le nombre de tours affiché par 1'organe de commande 10 soient maintenus indépendamment de la,charge de la machine. 15 commandée. ... Lorsqu'on enfonce la pédale 14 plus loin le couplage entre les enroulements 11 et 12 de l'organe de commande de vitesse 10 est diminué. Malgré le fait que la vitesse de rotation et la tension fournie par le compte-tours restent d'abord inchan-20 gées, la tension dans l'enroulement secondaire 12 diminue. Le potentiel à la- base du transistor 32 accroît et le transistor est ainsi meilleur aonducteur. L'intégral du courant traversant le bobinage d'embrayage 2 augmente de manière, correspondante. L'augmentation de l'intégral du courant d'embrayage continue jusqu'à 25 ce que la tension fournie par le compte-tours atteigne une va- ■ leur telle que le potentiel à la base du transistor 32 retourne sensiblement à sa valeur initiale. Lorsqu'on continue à enfoncer la pédale 14 ledit jeu se répète jusqu'à ce que l'arbre secondaire du moteur à embrayage atteigne la vitesse maximale prévue. 30 Lorsqu'on lâche à la vitesse de rotation maximale su bitement la pédale 14 le degré de couplage entre les enroulements 11 et 12 atteint sa valeur maximale (égale à 1). La tensiai complète du dompte-tours 1 est ainsi transférée à travers l'organe 10. La tension négative appliquée à l'émetteur du transistor 35 24 accroît rapidement. Le transistor amplificateur 34 est bloqué et le transistor amplificateur 40 est débloqué. Le bobinage de freinage 3 est excité en continu. Le freinage .est tellement rapide que la vitesse de rotation est déjà très diminuée lorsque le commutateur 27 atteint sa position d'arrêt. Lorsque ledit com-40 mutateur s'étend dans sa position d'arrêt, l'électrode supérieure 69 20274 2013225 (Figure 1) du condensateur 30 est reliée à la ligne - 12 Volts. Etant donné que cette électrode a été reliée au potentiel de base d'environ - 5»5 V du transistor 52, le condensateur 50 doit être chargé sur environ 6 Volts. Le transistor amplificateur 40 5 est ainsi de nouveau complètement débloqué. Le moteur est freiné. Lorsque la charge du condensateur 50 augmente, la tension appliquée à la base du transistor 40 diminue. Lorsque le condensateur 50 est chargé et le point de liaison entre les résistances 28 et 2Ç devient de nouveau positif (de l'ordre de OVa + 6 V), les 10 transistors 40 et 41 sont bloqués et le bobinage de freinage 5 est coupé. La durée de l'excitation supplémentaire du frein, après que le commutateur 27 ait atteint sa position d'arrêt, est déterminée par la valeur du condensateur 50 et par la position du potentiomètre 29- Elle est choisie de manière que l'arbre se-15 condaire soit arrêté avec sûreté lorsque les transistors 40 et 41 sont définitivement bloqués. îia Figure 5 montre schématiquement et d'une manière claire les tensions produites lors de l'accélération et du freinage du dispositif selon l'invention. La courbe a montre la ten-20 sion obtenue directement à la sortie du compte-tours 1, la courbe b la tension à l'enroulement secondaire 12 de l'organe 10, la courbe c la tension à 1'entrée 22 du régulateur 25, la courbe d_ la tension du bobinage d'embrayage 2 et la courbe e la tension du bobinage de freinage 5-25 Les diodes 57 et 45 empêchent que les transistors 3^ 55 et 40, 41 soient soumis à des surcharges de tension lorsque, après le blocage des transistors de sortie 55 ou 41, lrénergie emmagasinée dans les bobinages 2 et 5 est dispersée. Les résistances 56 et 42 servent à maintenir très rê-50 duite la constante de temps du circuit de réglage de l'embrayage et de freinage pour obtenir une r.'ponse rapide de l'embrayage et du frein. Bien entendu, lrinvention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'Stre décrit et représenté, on pourra 55 y apporter de nombreuses modifications sans sortir pour cela du cadre ce l'invention. 69 20274 10 2013225 RBVEBDIOAIIOHS 1) Dispositif de commande électrique pour entraîner à une vitesse de rotation réglable l'arbre de commande d'une machine du type comportant un moteur â embrayage muni d'un embraya-5 ge et d'un frein à friction et à commande électro-magnétique,caractérisé en ce qu'il comprend un compte-tours connu en soi fixé sur 1'arbre secondaire dudit moteur à embrayage et qui fournit une tension alternative fonction de la vitesse de rotation réelle dudit arbre secondaire, un circuit modulateur transformant le 10 signal de sortie dudit compte-tours en une tension continue proportionnelle à ladite vitesse de rotation et à laquelle est superposée ladite tension alternative, et un régulateur électronique qui commande la mise en marche de l'embrayage lorsque le signal de sortie dudit modulateur dépasse line première tension de 15 référence, et la mise en marche du frein lorsque le signal de sortie dudit modulateur dépasse une deuxième tension de référence plus élevée que ladite première tension de référence. 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit modulateur est essentiellement cona- 20 titué d'un pont redresseur dont la sortie est reliée à un ensemble R G assurant un lissage partiel du courant redressé pulsatoi-re- 3) Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la sortie dudit pont redresseur est reliée à une 25 tension continue auxiliaire prédéterminée. 4) Dispositif suivant l'une des revendications 1. à 3, caractérisé en ce que ledit régulateur comprend deux canaux d'amplification reliés à une entrée commune et dont l'un commande l'embrayage et l'autre ledit frein, l'un desdits canaux com- 30 portant un étage d'inversement supplémentaire. 5-)- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit régulateur comporte entre ladite entrée commune et les deux canaux amplificateurs un étage de transformation ou inversement d'impedance. 35 6) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend entre ledit compte-tours et l'entrée dudit régulateur un organe de réglage du nombre de tours à commander qui est monté en réducteur de tension. 7) Dispositif suivant la revendication 6,caracté- 40 risé en ce que ledit organe de réglage est constitué d'un en 69 20274 11 2013225 semble de couplage à coefficient de couplage -réglable et qui est inséré entre ledit compte-tours et ledit circuit modulateur. 8) Dispositif suivant l'une des revendications 4- à 7, caractérisé en ce que lesdits canaux amplificateurs sont cons-5 titués' de transistors de commutation sans contact. 9) Dispositif suivant- la revendication 8, caractérisé en' ce que le circuit d1 entrée du premier transistor "de chaque canal amplificateur est relié à une tension auxiliaire prédéterminée servant de tension de référence. 10 " 10) Dispositif-suivant'l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le bobinage d'einbrayage et'le bobinage de freinage comportent une résistance d'entrée servant à réduire la constante de temps du circuit d1 embrayage et'de freinage. 11) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 15 10i caractérisé en ce que ledit' compte-tours est constitué par un générateur inductif comprenant un disque comportant sur sa périphérie "une série d'aimants permanents radiaux, et un noyau en E dont l'aîle centrale supporte un enroulement et dont les aîles extérieures sont décalées par rapport à l'aîle centrale de 20 deux pôles dudit disque. 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