Brevet FR2030401A1 — publié le 19701113

i 2030401 La présente invention a pour objet un dispositif électromagnétique destiné à fournir une indication proportionnelle à la vitesse angulaire instantanée de l'ufl ou plusieurs arbres rotatifs. ' -fc. L'opérateur de certains types de matériels mécaniques a quelquefois besoin de pouvoir lire la vitesse angulaire de certains arbres. Dans certaines 5 applications, la vitesse angulaire d'un arbre convenablement placé peut être contrôlée, pour fournir une lecture indirecte de la vitesse angulaire d'un arbre inaccessible relié au premier, et tournant àune vitesse proportionnelle. Aussi, est-il souhaitable, pour l'Opérateur, de pouvoir lire la vitesse angulaire de quelques arbres dans un mode de fonctionnement du matériel, 10 et la vitesse angulaire d'autres arbres, pour d'autres modes de fonctionnement. Par exemple, le conducteur d'un engin, a besoin de connaître sa vitesse àu sol lorsqu'il se trouve sur une route à grande circulation, la vitesse angulaire du tambour d'une batteuse, pour le moissonnage des blés dans un champ, et la vitesse angulaire du moteur pour un certain mode de fonctionnement. Ces 15 lectures étaient obtenues antérieurement, par exemple à l'aide de dispositifs mécaniques comprenant un câble rotatif placé dans une enveloppe flexible, et reliant l'arbre contrôlé à un dispositif de lecture ou d'indication. Dans les applications où l'arbre contrôlé et le dispositif indicateur sont séparés par une distance importante, ce câble et son enveloppe sont d'un prix 20 de revient élevé, et si l'espace est limité, ou bien si son trajet est encombré, l'installation du câble devient très difficile. En outre, l'huile et la poussière peuvent quelquefois pénétrer dans l'enveloppe, ce qui entraîne, particulièrement par temps froid, un coincement du câble, qui perturbe la lecture sur le dispositif indicateur. De plus, s'il est souhaitable de 25 pouvoir contrôler individuellement par un dispositif indicateur, certains arbres sélectionnés parmi un certain nombre tournant chacun à des vitesses angulaires maximum différentes, il est difficile de relier les sorties des câbles associés aux arbres respectifs, au dispositif indicateur. Les deux procédés les plus courants pour obtenir un facteur de démultiplication pour 30 la lecture commune de plusieurs arbres dans le câble-rotatif, consistent à utiliser un dispositif à engrenage, associé aux câbles, ou bien |3usieurs échelles sur le dispositif indicateur. Le dispositif à engrenage augmente le prix de revient du système, et l'utilisation de plusieurs échelles n'est généralement pas satisfaisante. 35 L'invention permet donc d'obtenir la lecture d'une vitesse angulaire, par un procédé électrique, simple, d'un Énctionnement sûr, et relativement bon marché par rapport aucsystèmes mécaniques. 70 04689 2 2030401 Le dispositif conforme à l'invention comporte un indicateur qui peut être branché de façon convenable, pour contrôler l'un quelconque de plusieurs arbres tournant, même à des vitesses angulaires très différentes. Le dispositif conforme à l'invention permet d'obtenir une 5 lecture proportionnelle à la vitesse angulaire de chacun de plusieurs arbres, sans utilisation d'engrenage ou d'éléments supplémentaires, dont les seules fonctions sont de fournir des facteurs de démultiplication. Une échelle est prévue sur le dispositif de" lecture, pour donner des indications proportionnelles aux vitesses angulaires de chacun de plusieurs 10 arbres, tournant à des vitesses différentes. Un mode de râlisation préféré de l'invention est constitué d'un dispositif indicateur, qui, à l'aide d'un appareil de mesure indicateur et d'un circuit associé, fournit une lecture proportionnelle à la fréquence de l'une de plusieurs tensions alternatives fournies par des générateurs à 15 réluctance variable, entraîné par des arbres dont les vitesses angulaires sont à contrôler. Chaque générateur à réluctance variable comprend au moins un aimant destiné à engendrer un flux magnétique, un trajet de flux, constitué d'un entrefer, et un bobinage couplé électriquement au flux magnétique, de manière à développer une tension fonction du régime de 20 décharge de la variation. Un disque en un matériau à faible réluctance, et comportant un nombre déterminé d'ouvertures ou.de trous..disposés sur la circonférence d'un cercle, est placé dans l'entrefer. Ce disque est fixé sur l'arbre, et tourne dans le flux magnétique. Par conséquent, les ouvertures et le matériau à réluctance faible entraînent alternativement 25 un accroissement et une diminution du flux dans le trajet, induisant une tension alternative dans le bobinage. Cette tension alternative est branchée au dispositif indicateur, par un seul conducteur, un fil isolé. La.fréquence de cette tension alternative dépend à la fois de la vitesse angulaire de l'arbre faisant tourner le disque, et du nombre d'ouvertures effectuées dans le disque. 30 En choisissant le nombre d'ouvertures dans chacun des disques d'un système particulier, deux conditions peuvent se présenter premièrement, """ u n facteur de démultiplication approprié peut être introduit dans la fréquence de lecture fonction de la vitesse angulaire d'un arbre particulier. Par-exemple, si la fréquence d'une tension engendrée par un générateur à 35 réluctance variable particulier doit être doublée, son disque doit être remplaçé par un disque ayant un nombre double d'ouvertures. Deuxièmement,les fréquences maximum de tous les générateurs correspondant à plusieurs arbres, doivent être démultipliées, en choisissant le nombre d'ouvertures de chaque OOPY 70 04689 3 2030401 disque de façon inversement proportionnelle à la vitesse de rotation maximum de l'arbre entraînant ce disque, de manière à pouvoir utiliser une échelle du dispositif indicateur. Par exemple, une seule échelle graduée de 0 à 25 (0 à 40 Wh) correspxicfcait à un premier arbre tournant de 0 à 100 tr/mn ou à un 5 second arbre tournant de 0 à 2500 tr/mn. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est un schéma du dispositif conforme à l'invention, 10 représentant les générateurs dé tension alternative sous forme de bloc et ' le circuit du dispositif indicateur sous forme schématique ; - la figure 2 représente une vue détaillée de l'échelle unique sur le compteur du dispositif indicateur ; - la figure 3 représente une vue latérale d'un générateur de 15 tension alternative à réluctance variable, conforme à l'invention ; et - la figure 4 présente une vue frontale d'un générateur de tension alternative à réluctance variable, conforme à l'invention. Sur la figure 1, les blocs 10, 12 et 14 représentent chacun un générateur à réluctance variable destiné à développer une tension alternative 20 dont la fréquence et l'amplitude sont proportionnelles à la vitesse angulaire d'un arbre branché à ce générateur. Ce générateur sera décrit plus en détail dans la description suivante. Un commutateur rotatif 16 est pourvu d'un curseur 18 destiné à relier la tension fournie par l'un des générateurs 10, 12 et 14, respectivement branchés auxcontacts 20, 22 et 24, à la borne 25 d'entrée 25 du dispositif indicateur de vitesse angulaire situé dans le bloc 26. Le compteur 28 du dispositif indicateur fournit une lecture proportionnelle à la fréquence de la tension engendrée sélectionnée. La description suivante concerne tout d'abord le dispositif indicateur du bloc 26, qui comprend un transistor NPN 30, dont l'émetteur 32 30 est directement relié à la masse où à un potentiel de référence ; son collecteur 34 et sa base 36 sont branchés respectivement à travers des résistances de polarisation 38 et 40, à un potentiel de polarisation en courant continu à la borne 42. Les valeurs des résistances 38 et 40 sont choisies de manière à saturer le transistor 30. La base 36 est branchée à travers la 35 diode 43 à la borne d'entrée 25 du dispositif indicateur, le collecteur 34 est branché à travers la diode Zener 44 à la masse, et à travers le circuit linéaire constitué du condensateur 46 et de la résistance 48 en série avec la résistance variable ou potentiomètre 50, à la masse. La diode 52 est branchée à partir de la jonction du condensateur 46 et de la résistance 48, COPY 70 04689 4 2030401 au compteur 28 indiquant la vitesse angulaire. Le transistor 30 étant saturé, aucune tension n'est développée à son collecteur, et par conséquent, aucun courant n'est appliqué à travers le condensateur 46 et la diode 52 au compteur 28. Puisque la lecture instantanée sur le compteur 28 est proportion-5 nelle à 1'intégrale 'ou à la somme du courant appliqué, le compteur lira 0 lorsque le transistor 30 sera saturé. Pendant le fonctionnement, une tension, dont l'amplitude et la fréquence sont proportionnelles à la vitesse angulaire d'un arbre particulier, est branchée à la borne d'entrée 25 d'un générateur. La diode 43 est 10 o rientée de façon àbloquer les parties positives de cette tension alternative, et à permettre l'application des parties négatives à la base 36 du transistor 30. Si ces parties négatives ont une amplitude suffisante, le transistor 30 est mis hors circuit, ou rendu non conducteur, lorsque ces tensions sont appliquées. Si le transistor 30 est hors circuit, la pension entre le 15 collecteur 34 et la masse s'élève pour atteindre la tension de polarisation à la borne 42, cependant, l'amplitude de cette tension est limitée par le potentiel de coupure de la diode Zener 44. Si la partie négative de la tension appliquée à l'entrée 25 retourne à 0, le transistor 30 redevient saturé, et la tension du collecteur 34 redevient pratiquement égale à 0 ; et 20 par conséquent, la tension dans la diode Zener 44 chute rapidement jusqu'à 0. Par conséquent, en coïncidence avec les parties négatives de la tension alternative, une impulsion de tension est développée au collecteur 34, dont l'amplitude est déterminée par la tension de coupure de la diode Zener 44. La largeur d'impulsion est inversement proportionnelle à la fréquence de 25 la tension appliquée. Ces impulsions de tension ayant un taux de répétition égal à la fréquence de la tension d'entrée, elles sont proportionnelles à la vitesse angulaire de l'arbre à contrôler. Le réseau linéaire constitué du condensateur 46 et des résistances 48 et 50 différencie chaque impulsion en des pics de tension de polarité 30 positive et de polarité négative. La diode 53 fournit un passage au courant de crête de polarité négative vers la masse, et la diode 52 fournit un passage au courant de crête de polarité positive vers le compteur 28, qui les intègre électromécaniquement pour fournir une lecture proportionnelle à leurs fréquences, et par conséquent, proportionnelle à la vitesse angulaire de 35 l'arbre rotatif. En plus du bloca g e des parties positives 70 04689 5 2030401 positive de la borne 42 serait appliquée par inadvertance à la borne d'entrée 25 pendant l'installation. Le potentiomètre 50 peut être réglé pour étalonner le dispositif indicateur de l'invention, en déviant une partie du courant vers la masse, pour obtenir une correction des différences de fabrication dans 5 les composants du système de l'invention, et adapter un dispositif indicateur pour l'utilisation dans plusieurs applications séparées, où il est nécessaire d'obtenir la même lecture pour des fréquences différentes. Si la polarité de la tension de polarisation en courant continu, et l'orientation des diodes sont inversées, un transistor PNP doit être substitué au transistor NPN 30. 10 En outre, un amplificateur à transistor doit être monté en série a/ec la borne d'entrée 25 pour amplifier si nécessaire, les tensions engendrées, et augmenter les possibilités de 1 instrument en incluant des tensions dans les amplitudes, seraient autrement insuffisantes pour mettre le transistor 30 hors circuit. Ces tensions se produisant généralement à 15 des vitesses de rotation très faibles, l'effet de 1'.amplificateur pourrait être étendu à la limite inférieure de la gamme de dispositifs indicateurs. La figure 3 représente unevue latérale d'un générateur de tension à réluctance variable conforme à 1'invention, comportant un dispositif de réception 56 et un disque circulaire 58 utilisés pour engendrer une 20 tension alternative dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse angulaire de l'arbre 59 fixé au disque 58. Le dispositif 56 comprend deux aimants 60 et 62, pourvus de pôles identiques 68 et 70, qui sont juxtaposés et maintenus par un crochet 74, contre un noyau 72. Le trajet de flux magnétique des aimants 60 et 62, s'étend depuis les pôles 68 et 70 jusqu'aux 25 pôles opposés 69 et 71. Le flux des deux aimants s'additionne à celui passant dans le noyau 72, constitué de pièces 76 et 78 en un matériau laminé à faible réluctance, pour augmenter l'efficacité électrique du dispositif de réception. L'amplitude du flux dans le noyau 72 à un instant donné,dépend de la réluctance totale dans le trajet du flux, à cet instant, ce trajet 30 comprenant l'espace entourant les aimants 60 et 62. L'inducteur 80 est constitué d'un bobinage multicouches, entourant une bobine rectangulairé 82, enfilée sur le noyau 72. Le dispositif 56 est placé de façon que le disque 58, en un matériau à faible réluctance, sé trouve dans le trajet du flux des aimants 60 et 62. 35 II apparaît d'après la figure 4, que le disque 58 est pourvu d'une permière et d'une seconde série d'ouvertures, les ouvertures de chaque série étant égalèment espacées autour d'un cercle sur la surface du disque 58j ce cercle étant concentrique à la circonférence du disque. La première 70 04689 6 2030401 série est représentée en traits pleine et comprend les ouvertures 90. Si cette première série doit être utilisée dans une application particulière, le dispositif 56 sera placé comme représenté, de façon que son noyau 72 soit exposé à travers chacune des ouvertures, lorsque le disque 58 tourne , 5 entraîné par l'arbre 59. Par conséquent, pendant le fonctionnement, lorsque le disque 58 tourne, la réluctance de la partie du trajet du flux entre l'extrémité du noyau 72 et les pôles des aimants 69 et 71 s'accroît alternativement lorsqu'une ouverture expose le noyau, et décroît lorsque le matériau magnétique à faible réluctance situé entre les ouvertures, cache le noyau. 10 Toutes les ouvertures de cette série laissant passer le noyau 72 pour une révolution de-l'arbre 59, le rythme de variation de la réluctance dépend du nombre d'ouvertures et de la vitesse angulaire de l'arbre. Le flux magnétique variable dans le noyau 71, qui est inversement proportionnel à la réluctance variable, induit une tension alternative dans l'inducteur 80, 15 dont la fréquence et l'amplitude varient proportionnellement à la vitesse angulaire de l'arbre 59 et au nombre d'ouvertures dans le disque 58. L'invention est particulièremen t utile pour la démultiplication de la vitesse angulaire d'un arbre donné, et pour obtenir la lecture d'une autre variable proportionnelle à cette vitesse angulaire. Pour faciliter cette 20 démultiplication, il est nécessaire de choisir le nombre d'ouvertures dans le disque 58 en fqiction de la constante de démultiplication par laquelle la vitesse de rotation doit être multipliée pour obtenir la lecture désirée. La formule suivante doit être utilisée pour calculer des paramètres du système comprenant le nombre d'ouvertures pour une application donnée : 25 „ _ (60 sec/mn) F N — MK N - nombre d'ouvertures ; K = constante de démultiplication ; M = grandeur naturelle lue sur le dispositif indicateur ; 2q F = fréquence de la tension alternative produisant la grandeur naturelle lue sur le dispositif indicateur. Par exemple, dans une application où il est souhaité de mesurer la vitesse au sol d'un engin, en kilomètre/heure, .on a trouvé qi£ pour un arbre particulier tournant à 84,7 tr/mn pour chaque ;1,6 kilomètres/heure, le facteur 35 de démultiplication K est égal à 84,7 tr/mn par 1,6 kilomètres et par heure. La lecture de la grandeur naturelle M correspondant à la vitesse maximum de l'engin est de 40 kilomètres/heure, et le compteur 28 donne une déviation maximale pour une tension alternative dont la fréquence de 600 hertz, appliquée 70 04689 7 2030401 à l'entrée 25. En substituant ces: nombres dans la formule ci-dessus, le nombre d'ouvertures N calculé est d'environ U. Si le nombre N calculé n'est pas suffisamment près d'un nombre entier, le nombre entier le plus proche de N doit être substitué dans la formule ci-dessus, et celle-ci doit être 5 recalculée pour trouver une autre valeur de la fréquence F. Puis le dispositif indicateur de la figure 1 doit être adapté de façon à obtenir une déviation maximale à cette nouvelle fréquence. Ceci est réalisé soit par réglage du potentiomètre 50, soit par la sélection d'une autre diode Zener 44, ayant une tension de coupure légèrement différente, ou hien_ 10 par une combinaison des deux.procédés. D'autres applications possibles consistent à utiliser la caractéristique de démultiplication de l'invention pour obtenir des lectures sur une échelle pour chacun de plusieurs arbres se déplaçant à des vitesses angulaires maximum différentes. Par exemple, dans l'application ci-dessus, 15 il est souhaitable d'obtenir des mesures individuelles pour la vitesse de rotation du tambour de la batteuse, la vitesse de rotation du moteur, et la vitesse au sol ,de l'engin. Il est également souhaitable de lire ces valeurs sur une échelle, représentée figure 2, graduée de 0 à 25 pour indiquer 0 à 40 kilomètres/heure, lorsque l'on contrôle la vitesse au sol, ou 20 "de 0 à 3500 tr/mn, pour le contrôle soit du tambour, soit de la vitesse de rotation du moteur. La fréquence F nécessaire à la déviation maximale du dispositif indicateur a été établie précédemment à 600 Hz. La lecture maximum M établie à partir de l'exemple ci-dessus est de 2500, et pour une lecture directe de la vitesse de rotation d'un arbre, la constante K est 25 égale à 1, la formule ci-dessus pouvant être utilisée pour calculer que le nombre d'ouvertures nécessaires dans les deux disques associés au tambour et aux arbres du moteur, est pratiquement égale à 14. Par conséquent, un générateur 10 comprenant un disque ayant 11 ouvertures est entraîné par l'axe, un autre générateur 12 comprenant un disque ayant 14 ouvertures est 30 entraîné par un arbre relié au vilebrequin du moteur, et encore un autre générateur 14 comprenant un disque ayant 14 ouvertures est entraîné par la ligne d'entraînement du tambour. Comme représenté figure 1, la sortie de l'un des générateurs 10, 12 ou 14 peut être reliée au dispositif indicateur 26 par l'intermédiaire d'un commutateur rotatif 16. Pour simplifier l'installation 35 des disques, différentes séries d'ouvertures peuvent être prévues sur un disque tel que représenté figure 4. Un simple système électromagnétique a été décrit, pour fournir une lecture proportionnelle à la vitesse de rotation d'un arbre ou de l'un de 70 04689 6 2036401 plusieurs arbres sélectionnés par un dispositif indicateur. La démultiplication des fréquences, et par conséquent, la démultiplication des lectures peut être accomplie aisément par le choix du nombre d'ouvertures dans les disques de divers générateurs de tension à réduetance variable, pour faciliter 5 l'utilisation d'une seule échelle sur le dispositif indicateur. Des conducteurs sont utilisés pour transmettre les signaux provenant des générateurs au dispositif indicateur, et réduisant le prix de revient et les complications de ce système électromagnétique par rapport aux indicateurs mécaniques commandés par un câble. 10 L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites; et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications sans pour autant sortir de son cadre. 70 04689 9 2030401 REVENDICATIONS 1. Dispositif électrique pour déterminer et indiquer sur un compteur à une échelle, une lecture proportionnelle aux vitesses angulaires de plusieurs 5 arbres, ayant chacun une vitesse angulaire maximum différente, ce système utilisant des dispositifs récepteurs à réluctance variable associés aux arbres dont il faut déterminer la vitesse angulaire, pour engendrer une tension de sortie sensible à la rotation de l'arbre, caractérisé en ce qu'il comprend un disque circulaire fixé à chacun des arbres dont il faut 10 mesurer la vitesse angulaire, et placé à une certaine distance d'un dispositif récepteur, ce disque ayant un certain nombre d'ouvertures également espacées autour de la circonférence d'un cercle sur la surface du disque, de manière que la rotation des ouvertures du disque devant le dispositif récepteur induise une tension en courant alternatif dans le dispositif récepteur, 15 dont la fréquence est proportionnelle au nombre d'ouvertures et à la vitesse angulaire de l'arbre, le nombre d'ouvertures dans chaque disque étant déterminé de manière à obtenir plusieurs tensions alternatives ayant pratiquement la même fréquence maximum correspondant aux vitesses angulaires - maximum différentes de l'arbre associé à chacun d'eux, de façon qu'un compteur 20 à une échelle puisse être utilisé , et un circuit sensible à la tension induite dans l'un des dispositifs récepteurs, pour que le compteur indique la vitesse de l'arbre associé. 2. Dispositif électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque circulaire comprend plusieurs séries d'ouvertures également 25 espacées autour de plusieurs cercles concentriques sur la surface du disque, de manière que le même disque puisse être utilisé pour plusieurs arbres qui fonctionnent à des vitesses différentes. 3. Dispositif électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de fonctionnement du compteur comprend un dispositif de 30 commande électronique qui devient alternativement conduteur et non conducteur en fonction de la fréquence de la tension induite, pour fournir une tension destinée à actionner les compteurs.. 4. Dispositif électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de commande à courant variable est branché entre le 35 dispositif de commande électronique et le compteur pour étalonner le compteur avec précision.