Brevet FR2310555A1 — publié le 19761203

la présente invention a pour objet un dispositif de freinage destiné à être utilisé pour le contrôle d'un moteur ou la régulation d'une installation mécanique. Ce dispositif comporte un frein agissant sur un arbre rotatif destiné à être accouplé avec celui de l'installation à réguler ou du moteur à contrôler. Ce frein peut être de tout type approprié et notamment du genre de ceux utilisés pour réaliser des freins dynamométriques. Cependant le dispositif selon l'invention se différencie des freins dynamométriques connus par le fait qu'il est destiné à permettre une possibilité d'asservissement à une vitesse et/ou un couple de freinage prédéterminé. A cet effet, le dispositif selon l'invention est essentiellement caractérisé en ce que le carter du frein prévu dans celui-ci est monté mobile sur le bâti mais est immobilisé par l'intermédiaire d'un organe détecteur d'effort, cependant qu'il est prévu un système de contrôle de la vitesse de l'arbre sur lequel agit ce frein, ces deux systèmes de mesure étant reliés à un circuit électronique permettant un asservissement du fonctionnement du frein à une vitesse et/ou un couple de freinage prédéterminé. Selon une autre caractéristique de ce dispositif, l'organe détecteur d'effort consiste en une jauge de contrainte prétendue à 50 fi par un système de bras de levier et de ressort permettant de disposer ainsi d'un couplemètre à point zéro. Cependant, d'autres particularités et avantages de ce dispositif apparattront au cours de la description suivante d'un exemple de réalisation de celui-ci. Cette description est donnée en référence au dessin annexé à simple titre indicatif, et sur lequel La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention; La figure 2 est une vue partielle en coupe transversale suivant la ligne Il-Il de la figure i; la figure 3 est une vue en élévation de l'organe principal du systè me de contrôle de vitesse prévu dans ce dispositif; La figure 4 représente le schéma du circuit électronique du présent dispositif; La figure 5 illustre un exemple de courbe de variation du couple d'un moteur asynchrone en fonction de sa vitesse, cette courbe pouvant être relevée au moyen du présent disposer tif, sauf sa portion BC correspondant à une zone de fonctionnement instable due moteur. Celui-ci comporte un bâti 1, par exemple en alliage léger, formant une ossature rigide renfermant les différents organes mécaniques. Ainsi, ce bâti renferme un frein désigné par la référence générale 2. Celui-ci peut entre du type de ceux utilisés pour réaliser des freins dynamométriques usuels. Ce peut être notamment un frein électrique à courants de Foucault ou bien encore un frein mécanique commandé par un électro-aimant ou un frein hydraulique comportant une électrovanne ou une vanne d 'étranglement commandée par un électro-aimant. Cependant, dans l'exemple représenté à la figure 1, il s'agit d'un frein électromagnétique à poudre composé d'un rotor 3a et d'un stator 3b, séparés par une charge de poudre magnétique. Le rotor de ce frein porte une bobine d'induction 33. Ainsi, par modification de l'intensité du courant traversant cette bobine, on peut faire varier la compacité de la poudre magnétique et par suite modifier l'importance du glissement entre le rotor et le stator, donc l'effort de freinage. Ce frein présente une caractéristique I/C (courant bobine/ couple de freinage) pratiquement linéaire. Par l'intermédiaire d'un accouplement élastique 5, l'arbre 4 du rotor de ce frein est accouplé avec un arbre d'entrée 6 6 dont I' extrémité externe est destinée à être elle-même accouplée, par exemple avec l'arbre d'un moteur à essayer. Quant au stator 3b du frein 2, il est solidaire d'un arbre 7, disposé dans le prolongement des arbres 4 et 6, et supporté par des roulements 8 convenablement dimensionnés pour supporter une charge statique convenable (par exemple de l'ordre de 240 kg dans l'exemple de réalisation décrit). Cet arbre 7 porte un fléau 9 formant deux bras de levier de part et d'autre de celui-ci. L'un de ces deux bras supporte, à l'une de ses extrémités, la traction d'un ressort 10. Celui-ci est attaché sur le bras de levier correspondant par l'intermédiaire d'une tige 11 pourvue d'un écrou 12 permettant de régler la tension initiale du ressort 10 dont l'extrémité opposée est accrochée en 13 sur un point fixe. L'extrémité du bras de levier opposé du fléau 9 est pour sa part attachée à un autre point fixe 14 par l'intermédiaire d'un élé ment 15 constituant une jauge de contrainte. Cet élément est lui-même attaché à l'extrémité du bras de levier correspondant au moyen d'une tige 16 pourvue d'un écrou 17 de réglage. Les deux écrous 12 et 17 permettent de soumettre la jauge de contrainte 15 à une précontrainte de 50 do. Ils permettent également de conserver une position horizontale d'équilibre pour le fléau 9, cette position assurant l'annulation de la réaction radiale de ce fléau, lequel peut alors transmettre intégralement la traction du ressort 10. Ce dernier peut être remplacé par des ressorts interchangeables présentant des caractéristiques mécaniques différentes. Ceci permet une variation de l'échelle des couples mesurés, dans le rapport de 1 à 10 et ce, pour des longueurs totales libres et des longueurs totales sous charge identiques. Les seuls paramètres qui subissent alors des modifications sont - le diamètre extérieur des spires, - le diamètre du fil, - le nombre des spires. Or, comme on le comprend aisément, il est particulièrement intéressant de pouvoir réaliser des pesages de couples dans le rapport de 1 à 10 en procédant simplement à l'échange du ressort 10, sans autre modification mécanique du présent dispositif. La j auge de contrainte 15 est de préférence collée sur un support en bronze au béryllium, un tel support présentant d'excellentes caractéristiques mécaniques et notamment : une haute limite élastique, une grande résistance à la fatigue et une plage très étendue des températures d'utilisation. L'arbre 4 du rotor du frein 2 est associé à un système de mesure de sa vitesse de rotation. Ce système est essentiellement constitué d'un disque 18 fixé sur l'arbre d'entrée 6. A sa périphérie, ce disque présente une série d'encoches 19 qui défilent en regard d'un détecteur photo-électrique désigné par la référence générale 20. Celui-ci comprend, de part et d'autre de la périphérie du disque rotatif 18, une source lumineuse et un organe photosensible placé en regard. Ainsi, ce détecteur délivre une impulsion à chaque passage d'une encoche 19 du disque 18. On dispose donc à la sortie de ce dé tecteur d'un signal dont la fréquence est prDportiorm.elle à la vitesse de rotation du disque. Ce détecteur est branché dans le circuit électronique d'ensemble du présent dispositif, lequel est représenté sur la figure 4. Plus exactement, l'organe photosensible de ce détecteur est branché sur un convertisseur 21 fréquence/tension qui permet d'obtenir une tension analogique dont l'amplitude est proportionnelle à la vitesse de rotation. La jauge de contrainte 15 est elle-meme branchée sur ce circuit. A cet effet, elle est incluse dans un pont de Wheatstone suivi d'un amplificateur 22 ainsi que d'un rèdresseur sans seuil, ce qui permet de mesurer le couple de freinage dans les deux sens de rotation. Les deux branches 23 et 24 du circuit, partant respectivement du détecteur de vitesse 20 et de la jauge de contrainte 15, peuvent être l'une ou l'autre reliées à un comparateur différentiel 25 par l'intermédiaire d'un inverseur 26. Cependant, ce dernier permet également de relier le comparateur différentiel 25 à un multiplieur analogique 27 relié à la fois au détecteur de vitesse 20 et à la jauge de contrainte 15 de façon à délivrer un signal qui correspond au produit des signaux provenant de ces deux organes de mesure. Le comparateur différentiel 25 reçoit une grandeur de consigne provenant d'un organe de réglage 28 permettant d'afficheur à l'avance un couple ou une vitesse déterminée ou bien encore une valeur correspondant au produit de ces deux paramètres. Le comparateur 25 délivre un signal qui correspond à la diffé rence entre la grandeur de consigne et le signal reçu par l'intermé- diaire de l'inverseur 26. Ce signal différentiel, ou "signal d'erreur", est d'une part intégré par un intégrateur 29 à constante réglable, et d'autre part amplifié par un amplificateur 30 à gain également réglable. Les sorties de ces deux systèmes sont raccordées à un amplificateur de tension 31 suivi d'un convertisseur 32 tension/ courant. La sortie de ce dernier est elle-meme raccordée à l'enroulement 33 du frein électromagnétique 2 représenté à la figure 1. Ceci provoque donc une variation de lteffort de freinage de façon à obtenir une vitesse, un couple, ou une puissance égale à la grandeur de consigne préalablement affichée. On réalise donc de la sorte un asservissement du dispositif de freinage à cette grandeur. le présent dispositif de freinage constitue à la fois un frein dynamomé trique et un frein tachymétrique, qui peut être notamment utilisé pour réaliser un banc d'essai de moteur. Ce banc permet de relever la courbe caractéristique de variation du couple moteur en fonction de la vitesse de rotation. Un exemple d'une telle courbe est représenté à la figure 5, cet exemple concernant un moteur électrique asynchrone. Pour l'essai de celui-ci,on commence. par afficher sur organe de réglage 28, comme grandeur de consigne, un couple de freinage supérieur au couple moteur de démarrage et ce, alors que le moteur est à l'arrêt. On diminue ensuite progressivement la valeur du couple de freinage ainsi affiché de sorte que le moteur se met progressivement à tourner, ce qui correspond à la courbe A, B, B', D. Inversement, si le couple de freinage assuré par le présent dispositif est nul, le moteur en cours d'essai tourne à une vitesse voisine de sa vitesse de synchronisme de sorte que l'on se trouve au point D de la courbe de la figure 5. Si l'on augmente progressivement le couple de freinage, la vitesse va décroître en suivant la courbe D, B', C et à partir du point C le moteur se bloque. De préférence, le balayage du couple de freinage est réalisé de façoh automatique afin d'éviter la surchauffe du moteur en cours d'essai. Bien entendu, on peut tracer d'une manière similaire les courbes caractéristiques de variation du couple d'un moteur électrique à courant continu. Cependant l'utilisation du dispositif de freinage selon l'invention n'est pas limitée à cette seule application. En effet, ce dispositif peut également être employé pour assurer la régulation d'une installation mécanique en asservissant l'arbre d'entraînement de celle-ci à une vitesse ou à un couple déterminé. Cependant, ce dispositif peut également servir à la réalisation de bancs d'essais industriels ou didactiques. R E V E Im D I C A T I O Dl S RVBDICATIOS 1.- Dispositif de freinage pouvant être utilisé pour le contrôle d'un moteur ou la régulation d'une installation mécanique, lequel dispositif comporte un frein agissant sur un arbre ro tatif destiné à être accouplé avec celui du moteur à contrô ler, ou de l'installation à réguler, caractérisé en ce que le carter de ce frein est monté mobile par rapport au bâti, mais est immobilisé par l'intermédiaire d'un organe détecteur d'effort, cependant qu'il est prévu un système de contrôle de la vitesse de l'arbre de ce frein, ces deux systèmes de mesu re étant reliés à un circuit électronique de commande permet tant un asservissement du frein à une vitesse et/ou un couple de freinage prédéterminé. 2.- Un dispositif de freinage selon la revendication 1, caracté risé en ce que le frein de celui-ci consiste en un frein électromagnétique à poudre dont le rotor comporte une bobine d'induction alimentée par le circuit de commande destiné à assurer un asservissement du fonctionnement de ce frein à une vitesse et/ou un couple prédéterminé. 3.- Un dispositif de freinage selon la revendication 2, caracté risé en ce que les deux systèmes de mesure sont aptes à déli vrer des signaux proportionnels à la vitesse et au couple respectivement et ces deux systèmes sont reliés, par l'Inter- médiaire d'un commutateur de sélection, à un comparateur dif férentiel recevant une grandeur de consigne en provenance d' un organe de réglage permettant l'affichage préalable de cel le-ci, la sortie du comparateur assurant l'alimentation de la bobine d'induction du rotor du frein électromagnétique à pou dre. 4.- Un dispositif de freinage selon la revendication 3, caracté risé en ce que les deux systèmes de mesure sont reliés à un multiplieur analogique susceptible de délivrer un signal cor respondant au produit des signaux émis par ces deux systèmes, ce multiplieur étant relié au comparateur analogique par 1' intermédiaire du commutateur de sélection qui présente ainsi trois positions différentes permettant de diriger l'un ou 1'autre des signaux reçus, ou leur produit, en direction du comparateur. 5.- Un dispositif de freinage selon la revendication 1 ou 2, Ca- ractérisé en ce que l'organe détecteur d'effort est constitué par une jauge de contrainte prétendue à 50 ; par un système bras de levier/ressort, permettant ainsi de disposer d'un couplemètre à point zéro. o.- Un dispositif de freinage selon la revendication 5, caracté risé en ce que la jauge de contrainte est fixée sur un sup port en bronze au béryllium. 7.- Un dispositif de freinage selon l'une des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que le système de contrôle de vi tesse comprend un disque rotatif accouplé avec l'arbre du ro tor du frein et présentant à sa périphérie une série d'enco ches défilant en regard d'un détecteur photo-électrique suivi d'un convertisseur électronique fréquence/tension. 8.- TJn banc d'essai de moteur caractérisé en ce qu'il est essen tiellement constitué par un dispositif de freinage selon 1' une des revendications précédentes, permettant de tracer au tomatiquement ou de relever point par point les caractéris tiques d'un moteur.