Brevet FR2299564A1 — publié le 19760827

Ia présente invention concerne le domaine de la construction des appareils, et plus précisément les mécanismes transmettant le déplacement de l'élément sensible d'un appareil quelconque à son organe d'enre,gistremient, notamment les mécanismes de transmission sans contacts. L'invention peut autre appliquée aux appareils manométriques ou autres. Dans la plupart des conceptions des appareils manométriques à aiguille, la transformation du déplacement de l'élément sensible en déviation de l'aiguille se fait à l'aide d'un mécanisme de transmission réalisé sous forme d'un couple roue dentée-secteur. Ce genre de mécanismes de transmission est caractérisé par le fait que la roue dentée et le secteur sont en contact mécanique direct. Les inconvénients inhérents auxdits mécanismes sont le nombre de démultiplication limité, la présence d'un Jeu et l'usure de la roue dentée et du secteur, surtout dans des conditions de vibrations et de secousses. Actuellement, il existe également des systèmes de transmissions magnétiques sans contacts qu'on peut diviser en deux groupes : les accouplements magnétiques synchrones, dont le coefficient de transmission est égal à , et les réducteurs magnétiques dans lesquels les zones dentées des parties menée et menante ne sont pas identiques, c'est-à-dire qu'elles diffèrent par leur géométrie, etc. Dans les solutions constructives connues, on utilise des aimants permanents pouiréer un flux dans la zone dentée. L'interaction des pales est déterminée soit par les forces d'attraction, soit par les forces de répulsion. Dans le premier groupe de transmissions magnétiques, chaque demi-accouplement est doté d'aimants (en principe les aimants peuvent être disposés sur un seul demi-accouplecent). Le second groupe colporte une zone dentée en acier magnétique doux. Le champ magnétique concentré dans l'entrefer assure l'adhérence des deux deiacoupleents et leur rotation en synchronisme lorsque le couple de charge est inférieur au couple de synchronisation. Quant au second groupe de transmissions, leur coefficient de transmission est différent de 1. On l'obtient en modifiant les cotes d'encombrement (diamètre extérieur des demi-accouplements mené et menant) en modifiant respectivement le nombre de pôles. Toutefois, ces conceptions connues de transmission ne peuvent pas être utilisées dans des appareils manométriques pour transmettre l'information de l'élément sensible à 1 partie indicatrice de l'appareil. Les accouplements magnétiques synchrones sont caractérisés par un faible déplacement de l'arbre de sortie lors de la variation du signal de l'élément sensible, tandis que les concertions actuelles des réducteurs magnétiques sont caractérises par une grande zone d'insensibilité et une contreréaction de l'arbre de sortie sur l'élément sensible. L'encombrement et le poids importants des systèmes magnétiques, ainsi que les inconvénients précités ont conduit à la mise au point de systèmes magnétiques de transmission sans contacts de faible encombrement pour les appareils manométriques. Le but de la présente invention est de supprimer le frottement dans le couple roue dentée-secteur. Encore un autre but de la présente invention est de simplifier la technologie de fabrication des dents du secteur et de la roue dentée. Un autre but de l'invention est de diminuer les exigences auxquelles doit satisfaire la précision de la réalisation de la distance entre les centres pour le secteur et la roue dentée. Le but suivant est d'élever la sensibilité du couple magnétique secteur-roue dentée. Pour atteinre les buts précités, on s'est proposé de mettre au point un mécanisme de transmission sans contacts qui permettrait de l'utiliser dans les appareils d'un groupe manométrique. Ce problème est résolu du fait que le mécanisme de transmission sans contacts comportant un élément porteur, une roue dentée et un secteur denté disposé sur ledit élément porteur, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que le mécanisme de transmission sans contacts est pourvu d'au moins un aimant permanent dans le champ duquel est disposée une roue dentée en matériau magnétique doux et un secteur denté formant ensemble un couple denté magnétique. Ainsi, la coopération-du secteur avec la roue dentée se fait sous l'action du champ magnétique créé par l'aimant permanent. Il est avantageux de doter le mécanisme de transmission sans contacts d'un conducteur magnétique à l'aide duquel sera créée une concentration du champ magnétique dans la zone dentée du secteur et de la roue dentée. Il est désirable de fixer rigidement sur ledit élément porteur l'aimant permanent dans le champ duquel sont disposés la roue dentée et le secteur dentée. Il est également avantageux de réaliser ledit élément porteur du mécanisme de transmission sans contacts sous forme de deux platines et de les disposer sur des montants parallèlement l'une à l'autre, de fixer le secteur denté sur un curseur ou entratneur disposé entre lesdites platines et de réaliser la roue dentée sous forme d'un pignon et de la disposer entre les deux platines sur un arbre dont il est solidaire en rotation, de manière à former un entrefer actif entre la roue dentée et le secteur denté. Il est aussi rationnel de réaliser l'aimant permanent sous forme d'un prisme et de le fixer dans le conducteur magnétique, ce dernier étant disposé sur la platine inférieure et pourvu de saillies qui embrassent le secteur et la roue dentée. Selon une. autre version du mécanisme de transmission sans contacts, il est avantageux de constituer le conducteur magnétique de deux éléments, de disposer sur ceux-ci deux aimants permanents de polarité homonyme l'un en face de l'autre et de les disposer entre les platines, le secteur denté étant alors disposé entre deux pôles homonymes des aimants. En vue de compenser le frottement dans les paliers de l'arbre de la roue dentée, il est désirable de disposer les aimants de compensation sur les platines supérieure et inférieure. Selon une autre version du mécanisme de transmission sans contacts, il est avantageux de réaliser l'élimant porteur en deux platines disposées parallèlement l'une à l'autre, de disposer entre elles deux curseurs parallèles sur les extrémités desquels sont calés les secteurs dentés embrassant les dents de la roue dentée du caté de leurs faces, et de fixer l'aimant permanent sur l'élément porteur entre les secteurs dentés de manière à former un circuit magnétique bouclé avec lesdits secteurs et la roue dentée. De plus, on peut envisager une version du mécanisme de transmission sans contacts selon laquelle le secteur denté est constitué par deux couronnes parallèles fixées sur le curseur, tandis que l'aimant permanent est monté sur les surfaces intérieures desdites couronnes. Il est possible de disposer une cloison diamagnétique dans l'entrefer entre le secteur denté et la roue dentée. En vue d'obtenir une relation non-liniaire entre l'angle de pivotement de la roue dentée et le déplacement angulaire du secteur, il est avantageux de réaliser les dents de la roue dentée et du secteur à pas variable. Les objectifs précités et d'autres objectifs et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée, qui va suivre, de plusieurs exemples préférentiels de réalisation de la présente invention, illustrés par les dessins annexés qui représentent : - la figure 1, une vue en coupe loncitudinale du mécanisme de transmission sans contacts conforme à l'invention ; - la figure 2, une vue en plan du mécanisme de transmission sans contacts représenté sur la figure 1, conformément à l'invention - la figure 3, le circuit magnétique du mécanisme de transmission sans contacts représenté sur la figure 1 ;; - la figure 4, le schéma équivalent du circuit magnétique représenté sur la figure 3 - la figure 5, une vue en coupe lonitudinale du mécanisme de transmission réalisé conformément à une autre version du mécaniste de l'invention - la figure 6, une vue en plan du mécanisme de transmission sans contacts représenté sur la figure 5, la platine supérieure étant déposée - la figure 7, le circuit magnetique du mécanisme de transmission sans contacts représenté sur la figure 5 - la figure 8, une vue en coupe lonitudinale du mécanisme de transmission sans contacts réalisé conformément à une autre version de l'invention ; - la figure 9, une vue en plan du mécanisme de transmission sans contacts représenté sur la figure 8, le capot étant déposé ;; - la figure 10, une version de réalisation du mécanisme de transmission sans contacts représenté sur la figure 8 (coupe longitudinale) ; - la figure 11, une vue en coupe longitudinale du mécanisme de transmission sans contacts doté d'un aimant mobile, conformément à la présente invention ; - la figure 12, une vue en plan au mécanisme de transmission sans contacts représenté sur la figure 11;; - la figure 13, le circuit magnétique du mécanisme de transmission sans contacts, représenté sur la figure 1l i - la figure 14, une autre version du mécanisme de transmission sans contacts doté d'un aimant mobile, conformément l'invention - la figure 15, une vue en plan du mécanisme de transmission sans contacts representé sur la figure 14. Comme il ressort des dessins annexés t en p.'trticulier des figures 1 et 2, la conception représentée du mécanisme de transmission sans contacts comporte un élémentporteur constitué Far deux platines 1 disposées parallèlement et couplées à l'aide des montanTs et des vis 3. ur l'axe 4, monté entre les platines 1 avec posslbilité de rotation, est rigide ent fixé le curseur ou entraîneur 5 portant un secteur denté 6. Le secteur denté 6 est réalisé sous forme d'une couronne e matériau magnétique doux. La forure rectargulaire des dents du secteur 6 assure l'élévation de la sensibilité à la modification ae la position angulaire d secteur o relié à l'élément sensible (non représenté sur les dessins). Le secteur denté t est relié au curseur 5 par brasage, collage, fixation mécanique. Le matériau du curseur @ doit être résistant, léger pour diminuer le moment de frottement et le moment d'inertie, amagnétique pour gliminer les flux de dispersion du système magnétique. Les platines 1, les montants 2, les vis 3, le curseur ï peuvent être fabriqués en laiton, en bronze, en alliages d'aluminium et en d'autres matériaus amagnéticues qui sont légers, résistants et dont l'usinage est fa ile. La roue dentée 7 réalisée sous forme d'un pignon est montée entre les platines 1 de l'élément porteur, sur l'arbre 8, avee possibilité de rotation conjointement avec celui-ci. La roue dentée 7 et le secteur 6 sont disposés de manière qu'il existe un entrefer entre leurs cercles primitifs. La valeur de l'entrefer dépend des facteurs technologiques. Le secteur 6 et la roue dentée 7 sont fabriqués en matériau magnétique doux possédant une induction importante de saturation, une faible force coercitive, une haute stabilité des caractéristiques magnétiques. Les aciers électrotechniques satisfont bauxites conditions. L'aimant permanent 9 réalisé sous forme d'un prisme est monté dans le conducteur magnétique en matériau magnétique dur. Le conducteur magnétique est constitué par les plaques 10 montées sur les pâles de l'aimant 9 et fixées sur la platine inférieure 1. Pour concentrer le flux magnétique dans l'entrefer entre le secteur et la roue dentée, on a prévu les saillies 11 sur les pltques 10 u côté de la roue dentée 7 et de la zone inactive du secteur denté 6. La coopération du secteur 6 et de la roue dentée 7 se fait sous l'action du champ magnétique engendré par l'aimant permanent 9 ainsi que par le conducteur magnétique réalisé sous forme de plaque 10 et par les opales complémentaires réalisés sous forme de saillies 11 assurant la concentration du flux magnétique. Ainsi, quand le secteur denté 6 est mis en rotation par l'intermédiaire du curseur 5 à partir d'un élément sensible (non représenté sur les dessins), par exemple d'un anérorde, d'une membrane, d'un tube de Bourdon, le système polaire de la roue dentée 7 se trouve en état de désaccord angulaire ; il s'ensuit un moment de synchronisation sur l'arbre 8 de la roue dentée 7. L'arbre 8 peut porter l'aiguille de l'appareil manométrique (non représenté sur les figures). la rigidité de la liaison magnétique entre le secteur 4 et la roue dentée 7 est obtenue grâce au choix du matériau magnétique dur de l'aimant permanent 9 et au profil approprié de la zone dentée du secteur 6 et de la roue dentée 7. Pour un pas constant des dents du secteur 6 et de la roue denté 7, c'est-à-dire pour une division polaire constante, on obtient une relation linéaire entre l'angle de pivotement de la roue dentée 7 et le déplacement angulaire du secteur 6, ce qui permet d'obtenir une échelle linéaire sur l'appareil, par exemple l'appareil manométrique, en cas de liaison nonlinéaire entre le paramètre d'entrée et l'angle de pivotement du secteur 6. En utilisant un secteur 6 et une roue dentée 7 à pas variable, on peut obtenir une relation de sortie non-linéaire entre l'angle de pivotement de la roue dentée 7 et le déplacement angulaire du secteur 6, ce qui permet d'obtenir, en cas de relation linéaire entre les paramètres de sortie et l'angle de pivotement, une échelle non-linéaire sur l'appareil, ou de linéariser l'échelle en cas de relation non-linéaire entre le paramètre d'entrée et l'angle de pivotement du secteur 6. Sur les figures 3 et 4, on a représenté le circuit magnétique et son schéma équivalent sans prendre en considération la résistance de l'acier~du conducteur magnétique du mécanisme de transmission sans contacts représenté sur les figures 1 et 2. Le flux magnétique créé par l'aimant permanent 9 est bouclé suivant le circuit : plaque 10 du conducteur magnétiqueentrefer inactif 81 - secteur denté 6 - entrefer actif roue dentée 7 - plaque 10 du conducteur magnétique - aimant permanent 9, où S1 et 2 sont les entrefers inactifs des éléments mobiles ; est l'entrefer actif ; R5 est la résistance au flux de dispersion : R81 et RS2 est la résistance des entrefers inactifs est es le flux de dispersion magnétique est la résistance de l'entrefer actif E m est la force magnétomotrice. L'autre version de la conception du mécanisme de transmission sans contacts est représentée sur les figures 5, 6. Cette version se distingue par l'organisation du circuit magnétique. Ia source de la force magnétisante est constituée par deux aimants permanents 9 disposés entre les platines 1 ; le secteur denté mobile 6 se déplace alors dans l'espace entre les pôles homonymes des aimants 9. Le conducteur magnétique, constitué par deux éléments 12, est monté entre les platines 1, porte deux aimants permanents 9 et embrasse la roue dentée mobile 7 du côté de l'entrefer inactif. Afin de répartir les flux magnétiques des aimants magnétiques 9 entre les éléments 12 du conducteur magnétique, on a ménagé une fente 13 suivant toute la section. La valeur de l'entrefer entre le secteur 6 et la roue dentée 7 est réglée à l'aide des vis 14. Sur la figure 7 est donné le circuit magnétique du mécanise représenté sur les figures 5, 6. Le flux magnétique créé par chaque aimant permanent 9 est bouclé suivant le circuit élément 12 du conducteur magnétique-entrefer inactif #2- roue dentée 7 - entrefer actif Wa - scoteur denté 6 - entrefer inactif #2 ou #3 - aimant permanent 9. On désigne par le flux dans les entrefers actifs. Chacun des aimants 9 crée son proue circuit magnétique bouclé, en élevant ainsi la rigidité de la liaison magnétique, ce qui est obtenu gracie à la suppression du glissent entre le secteur 6 et la roue dentée 7. Afin de compenser le frottement dans les paliers de l'arbre 8 (figure 5) de la roue dentée 7, en prévoit les aimants permanents complémentaires 15 sur les platines inférieure et supérieure qui compensent les efforts de traction entre le secteur 6 et la roue dentée 7. Le mécanisme de transmission sans contacts rerrésenté sur les figures 8, 9 comporte un capot de protection 16 à l'intérieur duquel sont montés, sur l'axe 17, deux curseurs 18 équidistants et parallèles l'un à l'autre. Les secteurs dentés :o sont fixés sur les extrémités desdits curseurs. Les dents des secteurs 19 embrassent les dents de la roue dentée 7 du côté de leurs faces. Cela contribue à la réduction du frottement dans les paliers de l'arbre 8 de la roue dentée 7, ce qui se traduit par une élévation de la sensibilité à la modification de la position des secteurs 19, donc.de la rigidité magnétique de la transmission en général. La roue dentée 7 est réalisée selon la même conception que celle décrite dans les mécanismes précités. Ia vis 20 sert à régler soit les entrefers, soit le parallélisme des-curseurs 18. L'aimant permanent 21 est monté fixe entre les secteurs dentés 19. A l'aide des montants 22 et de la monture ^3, on effectue le réglage de la position de limant 1 et on obtient ainsi une rigidité différente de la liaison magnétique du secteur denté 19 et de la roue dentée 7. Les couronnes dentées des secteurs 19 sont à créneaux droits. Dans ce cas, les faces de la roue dentée 7 restent perpendiculaires à son axe. Les couronnes dentées d'une ortie du secteur 54 (figure 10) peuvent être réalisées en forme d'ombrelles, tandis que leurs dents sont tailliées sur des surfaces cyniques. Les dents de la roue dentée ?5 sont alors biseautées suivant leurs faces de ravière aue les génératrices des dents de la roue dentée 25 soient parallèles à la surface des saillies des dents des secteurs 24. Gracie au fait que l'aimant 21 (figure 8) est monté fixe sur le nontnt 22, on supprime l'influence inverse du curseur 18, portant le secteur 19 ou 24 (figure 10), sur la sensibilité de l'élément sensible (non représenté sur les figures). Les conceptions décrites ci-dessus des mccanismes de transmission sans contacts peuvent être utilisées dans les appareils manométriques pour transmettre le signal mécanique débité par un élément sensible, par exemple le déplacement du centre rigide d'une membrane, d'un anérolde, de l'extrémité d'un tube de Bourdon, à la partie indicatrice de l'appareil, par exemple à son aiguille. Les versions examinées de la conception des mécanismes te transmission sans contacts, dans lesquels l'aimant permanent est monté fixe, permettent de magnétiser l'aimant dans le mécanisme assemblé. Les figures 11, 12 représentent la version de la conception du mécanisme de transmission sans contacts comportant un aimant permanent disposé directement sur le curseur mobile. Selon cette conception, deux platines 26 sont montées parallèlement l'une à l'autre sur trois montants 2 et fixées par les vis 3, tandis que le curseur 27, fixé sur l'axe 4, est engagé à travers l'ouverture 2 ménagée dans là platine inférieure 26. Le secteur 29 est constitué par deux couronnes de manière qu'elles embrassent la roue dentée 7 du côté intérieur ntre lesdites couronnes du secteur 2o est fixé un aimant permanent 31 à l'aide de vis de manière que l'aimant 31 se déplace autour de la roue dentée 7 pendant le mouvement du curseur 27. La vis 32 sert à régler 1. valeur de l'entrefer entre le secteur 29 et la roue dentée 7. Sur la figure 13 est rer.seté le schéma du circuit magnétique représenté sur les figures 11, 12. Le flux magnétique se ferme à travers les dents du secteurs 29 et de la roue dentée 7, sans liements complérentaires du circuit magnétique. Une telle conception permet de réduire la dispersion du système magnétique et d'augmenter le flux magnétique directement dans la zone dentée active du secteur et de la roue dentée. Sur les figures 14, 15 est représenté le schéma de l'engrenage extérieure du secteur et de la roue dentée suivant une autre version. Dans ce cas-aussi,-deux pIatinss 33 sont montées parallèlement sur les montants 34. Le curseur 35 est fixé sur l'axe 36. Dans ledit curseur est ménagée une ouverture 37 qui permet au curseur de se déplacer librement autour du montant 34. Les vis 38 sont destinées à fixer le secteur 39 au curseur 35. Les mécanismes de transmission sans contacts réalisés selon lesdites conceptions peuvent être utilisés dans les appareils manométriques pour mesurer des pression relativement élevées (200 à 300 kgf/cm2). Pour les appareils du type protégé contre les explosions, on dispose dans l'entrefer entre le secteur et la roue dentée une cloison diamagnétique qui fait fonction de séparateur des fluides et assure l'étanchéité de l'enceinte dans laquelle est disposé l'élément sensible. L'invention proposée permet de créer des appareils de groupe manométrique qui, sauf en ce qui concerne l'ensemble magnétique, sont assemblés d'une manière standard à partir des ensembles utilisés dans les appareils ordinaires sans transmission magnétique. La suppression de l'engrenage mécanique entre le secteur et la roue dentée(c'est-à-dire la suppression de l'usure des dents) et l'utilisation de l'ensemble magnétique sans contacts augmente la fiabilité et la durée de service de l'appareil. Les pièces de l'ensemble magnétique permettent de réduire les dépenses, tandis que l'utilisation de matériaux magnétiques durs à capacité énergétique élevée pour l'aimant permanent élève la "rigidité" de la transmission et assure l'assemblage aisé de l'appareil. L'utilisation du mécanise de transmission sans contacts da.s les appareils permet de supprimer les fils spirales servant, dans les mécanismes de transmission à contact mécanique direct, à rattraper le jeu et diminuer les vibrations pendant les courses aller et retour. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVErD ICÂTTONS 1. Mécanisme de transmission sans contacts, du type coimspovtant un élément porteur, une roue dentée et un secteur denté disposés sur ledit élément porteur, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'au moins un aimant permanent, dans le champ magnétique duquel sont disposés ladite roue dentée et ledit secteur denté, qui sont en matériau magnétique doux et forment ensemble un couple magnétique denté. 2. Mécanisme de transmission sans contacts, conformément à la revendication t, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un conducteur magnétique, à l'aide duquel est créée une concentration du champ magnétique engendré par l'aimant permanent dans la zone dentée commune audit secteur et à ladite roue 3. Mécanisme de transmission sans contacts, conformément à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'aimant permanent dans le champ magnétique duquel sont disposés la roue dentée et le secteur denté est rigidement fixé sur ledit élément porteur. 4. mécanisme de transmission sans contacts, conformément à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément porteur est constitué par une platine supérieure et une platine inférieure parallèles l'une à l'autre, et en ce que ledit secteur denté, monté sur un curseur ou entraîneur mobile, et ladite roue dentée, réalisée sous forme d'un pignon calé sur un arbre et solidaire de celui-ci en rotation, sont disposés entre lesdites platines de manière qu'il se forme un entrefer entrealeurs cercles primitifs, l'aimant permanent précité étant réalisé sous forme d'un prisme et fixé dans le conducteur magnétique précité qui est fixé sur ladite platine inférieure et est pourvu de saillies embrassant la roue dentée et le secteur denté. 5. Mécanisme de transmission sans contacts, conformément à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en cé que l'élément porteur précité est constitué par deux platines, parallèles l'une à l'autre, tandis oue le secteur denté, monté sur un curseur ou entraîneur mobile, et la roue dentée sont disposés entre lesdites platines de manière qu'il se forme un entrefer entre leurs cercles primitifs, le secteur denté étant disposé entre deux aimants permanents de momie polarité, dont chacun est monté sur l'un de deux éléments constituant un conducteur magnétique disposé lui aussi entre les platines. 6. mécanisme de transmission sans contacts, conforment à la revendication 5, caractérisé en ce que, pour compenser le frottement dans les paliers de l'arbre précité de la roue dentée, des avants de compensation sont disposés ur les platines supérieure et inférieure au voisinage de l'arbre de la roue dentée. 7. Mécanisme de transmission sans contacts, conformérlent à la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément porteur précité est constitué par deux pleines parallèles l'une à l'autre et entre lesquelles sont disposés deux curseurs ou entraîneurs parallèles l'un à l'autre et sur les extrémités desquels sont fixés les secteurs dentés embrassant les dents de la roue dentée suivant leurs faces latérales, tandis que l'aimant permanent est monté fixe sur l'élément porteur entre les secteurs précités de manière à former un circuit magnétique bouclé avec lesdits secteurs et ladite roue dentée. 8. Mécanisme de transmission sans contacts, conformément à la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément porteur est constitué par deux platines parallèles l'une à l'autre et entre lesquelles sont placés ladite roue dentée et ledit secteur denté constitué par deux couronnes parallèles calées sur un curseur ou entraîneur mobile, tandis que l'aimant permanent est disposé entre lesdites couronnes, sur leurs surfaces intérieures. . Xécanisme e transmission sans contacts, conforcrerlent à l'une des revendications 4, 5, 7 et 8, caractérisé en ce qu'une cloison diamagnétique est placée entre le secteur dentff et la roue dentée. 10. Mécanisire de transnission sans contacts, conformément à l'une des revendications 4, 5, 7 et 8, caractérisé en ce que les dents de la roue dentée et du secteur denté sont réalisées à pas variable.