Brevet FR2298799A1 — publié le 19760820

L'invention concerne les appareils destinés à mesurer la vitesse des écoulements de fluide et en particulier les courantomètres dont l'élément sensible à l'écoulement est constitué par une turbine du genre rotor de Savonius Ces appareils mesurent la vitesse de rotation du rotor pour exprimer la vitesse de l'écoulement. Dans les courantomètres connus, le couple exercé sur le rotor par le fluide en mouvement est faible, notaient aux faibles vitesses d'écoulement et les forces de frottement dûes au pivotage du rotor fore: nit rotation. Ce freinage et le faible couple moteur introduisent une erreur de mesure, la vitesse de rotation n'étant plus proportionnelle à celle de l'écoulement, par ailleurs le frottement du système de pivotage varie avec l'état d'usure des moyen8 de guidage en rotation notassent lorsqu'il est fait appel à des roulements à billeset la précision ntest pas maintenue au cours du fonctionnement. L'invention permet l'obtention d'un couple important sur le rotor et régularise le frottement du pivotage. D'autre part 1' invention permet, dans le cas od la génératrice tachyoetrique qui transforme la vitesse de rotation en un courant électrique proportionnel, est constituée par un alternateur à aimants perianents, d'augmenter fortement ce courant tout en permettant l'usage d'ai mants et de bobines très petits. L'invention facilite la iinuri- sation de l'appareil et autorise l'emploi d'un moyen de mesure du courant délivré par l'alternateur beaucoup moins sensible donc moins cher et plus robuste que ceux necessités par les appareils connus. Enfin, l'invention comporte un système de protection du rotor pen dant le transport. Dans l'invention le rotor est constitué par trois pales de formes et fixation particulières, conte représentées sur les figures I et 2 de la planche I La figure I montre une vue du rotor dont l'axe est perpendiculaire au plan du dessin et la figure 2 ce m8me rotor vu en coupe. Les aubes 1,2, 3 ont leur extrémité située vers le centre fixée sur un moyeu 4, au niveau de joues 5 et 6 solidaires de ce même moyeu, de manière à ménager entre ce dernier et leur extrémité un passage libre au fluide 8. Ce passage libre améliore considérablement le rendement hydrodynamique en augmentant le couple exercé par le fluide Dot ami ent lorsque l'écoulement s'effectue à busse vitesse. Pour accrottre encore le couple, le rayon de courbure des aubes va en diminuant lorsqu'on passe du centre du rotor vers la périphérie. Les courantomètres, tels que celui décrit dans le brevet n0 72 33071 ont un système de pivotage qui utilise deux roulements à billes, ils sont sujets à des dérives de précision du fait de la modification du couple de frottement au niveau des roulements car la charge axiale est supportée tantôt par l'un ou l'autre des roulements, les coefficients de frottement étant différents entre ces deux derniers il s'en suit une variation du couple résistant. En outre dans ce type de courantomètre les flux auxquels sont soumis les bobines de l'alternateur,sont faibles prrcequ'ils émergent dans l'air, il en résulte que le courant débité par l'alternateur est peu important et il est nécessaire d'employer un indicateur galvanométrique très sensible donc coûteux et fragile. Un perfectionnement objet de l'invention consiste à placer un circuit magnétique sur les f'aces des bobines opposées à celles qui sont tournées vers les aimants, ce circuit est constitué par un tore en matériau magnétique à faible perte par hystérésis, obtenu par enroulement d'un feuillard en fer au Silicium par exemple, ce mode de réalisation du tore diminue fortement les courants de Foucauld qui risqueraient de freiner le rot or par réaction.Ce circuit magnétique augmente considérablement les flux qui traversent les bobines et par conséquent le courant débité par l'alternateur est beaucoup plus important. La présence du circuit magnétique provoque une attraction des aimants qui crée une force constant et axiale sur le pivotage. Cette force élimine les variations du couple de frottement en faisant participer un seul roulement b la charge axiale.La figure 3 planche 2 illustre le perfectionnement objet de l'invention.Le courantomètre est représenté en demi coupe, il comporte la turbine 9 qui entraine en rotation quatre aimants 10, le pivotage est constitué par les roulements 11 et 12,,le perfectionnement consiste à placer sur les bobineslun circuit annulaire 14 réalisé par enroulement d'une feuille de t31e au ferro Silicium, dans cet exemple non limitatif le circuit et les bobines sont immobilisés par un enrobage 15. La figure 4 planche 3 et la figure 5 planche 4 représentent un courantomètre perfectionné selon l'invention. Il comporte une turbine 16 constituée de pales collées sur les flasques du moyeu 17 comme décrit précédemment, le moyeu est pourvu d'un aimant torique 18 solidaire par collage, 11 aimant est aimanté transversalement pour qu'il apparaisse un ensemble de pales iagné- tiques à sa périphérie.Au nOie niveau que cet aimant est situé un ensemble de bobines 19 dont le nombre est un multiple du nombre de poles de l'aimant; les axes de ces bobines sont dans un -Oie plan et convergent vers l'axe général de rotation de l'équipage mobile. Les faces extérieures de ces bobines sont entourées par un circuit magnétique 20 constitué essentiellement par un expi- lage de rondelles en tôle à faible cycle d'hystérésis, en ferro Sili cium par exemple. Ces tales sont isolées les unes des autres pour limiter les courants de Foucauld, à la manière des circuits magné- tiques utilisés dans les machines tournantes.Ce circiit magnétique est emprunté par les flux émergeant de l'aimant qui se trouvent renforcés, les bobines sont ainsi soumises å des variations de flux intense au cours de la rotation de l'aimant0 On voit que l'invention permet dans cette disposition caractéristique du circuit- magnétique par rapport à l'aimant torique, d'annuler les forces d'attraction mutuelles entre l'aimant et le circuit magnétique et qu'ainsi il n'apparaît pas de force susceptible de créer un frottent au niveau du palier crapaudine déterminé par l'axe 21, solidaire du moyeu et de la bague autolubrifiante 22 Un mode de réalisation propre à l'invention consiste à placer les bobines dans le fond d'alésages borgnes débouchant sur la périphérie de la pièce en matière plastique 23, et à les immobi- liser par les rondelles qu + onstituent le circuit magnétique, ces rondelles étant empilées dans un logement annulaire qui intersecte les alésages définis précédemment. Dans l'invention les fils des bobines 24 sont soudés sur un circuit imprime 25, en forme de rondelle et placé dans le -Oie logement annulaire que celui retenant le circuit magnétique. Le circuit imprimé assure les interconnexions entre les bobines. L'ensemble décrit ci-dessus est immobilisé par imprégnation par une résine polymérisable. Dans 1'invention le rotor tour,illonne sur des paliers en matière plastique lubrifiés par le fluide ambiant, Ces paliers sont réalisés en polytetrafluoroéthyléne par exemple. Le palier supérieur 22 est emmanché à force dans la pièce 23 qui forme l'ensemble électrique récepteur du courantomètre, le palier inférieur est emmanché à force dans un support 26 réuni au corps principal du courantomètre 27, 28 par des colonnettes 29. Ces colonnettes, de petit diamètre sont écartées de la périphérie du rotor pour quelles ne pertubent pas l'écoulement près des aubes. Dans l'invention la protection du rotor est assurée par un capot coulissant 30 qui renferme complètement l'équipage mobile lorsque le courantomètre est en position de transport. Cette pièce est constituée par un tubetmétallique, en matière plastique ou en matière souple telle que du caoutchouc par exemple. Il est solidaire au tube extérieur 31 qui fait partie de la canne extensible du courantomètre sur laquelle est fixée l'indicateur 32. Le tube inte- rieur 31 fait partie du corps 28. Sur la figure 4 planche 3 le protecteur est représenté en place, la canne du courantomètre étant rétractée sur la figure 4 planche 4 le protecteur démasque le rotor, cette position apparait dès que la canne du courantomètre est tiriez Une vis moletée 33 permet d'immobiliser le courantomètre dans la position choisie. REVENDICATIONS 1 Dispositif destiné à mesurer la vitesse d'écoulements fluides caractérisé par le fait qu'il comporte un alternateur à aimants muni d'une pièce polaire, Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la pièce polaire est placée sur les faces des bobines opposées à celles tournes vers les aimants. 3 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la pièce polaire est constituée par un tore obtenu par enroulement d'un feuillard en matériau magnétique lorsque les bobines de l'al ternateur ont leur axe parallèle à l'axe de rotation. A Dispositif selon revendicationZl caractérisé par le fait que la pièce polaire est constituée par un empilage de rondelles en matériau magnétique isolées électriquement les unes des autres, lorsque les bobines de l'alternateur ont leur axe perpendiculaire i l'axe de rotation. 5 Dispositif selon revendication 4 caractérisé par le fait que les interconnexions entre les bobines sont réalisées par un circuit imprimé placé sur le circuit magnétique et dans le logement destiné à recevoir ce dernier. 6 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait qu' il comporte un rot or constitué de trois aubes ménageant chacune un passage libre avec le moyeu central. 7 Dispositif selon revendication 6 caractérisé par le fait que la partie des aubes proches de l'axe de rotation sont fixées à leurs extrémités sur des flasques solidaires du moyeu central. 8 Dispositif selon revendication 6 caractérisé par le fait que les aubes ont un rayon de courbure décroissant du centre vers la périphérie du rotor. 9 Dispositif selon revendication 6 caractérisé par le fait que le pivotage du rotor est assuré par des pièces en matière plastique lubrifiées par le milieu ambiant. 10 Dispositif selon revendication 4 caractérisé par le fait que la piece polaire immobilise les bobines, Il Dispositif selon revendicationl caractérisé par le fait qu'il comporte un protecteur annulaire du rotor dont l'effacement est commandé par la manoeuvre de la canne extensible. 12 Dispositif selon revendication 11 caractérisé par le fait que le tube extérieur constituant la canne extensible est solidaire de la protection annulaire et de l'appareil indicateur. 13 Dispositif selon revendication 11 caractérisé par le fait que le protecteur annulaire vient buter en position fermée sur un flasque supporté par un ensemble de colonnettes. 14 Dispositif selon revendication 11 caractérisé par le fait que la pièce constituant le protecteur annulaire est réalisée en matière souple amortisseur.