Brevet FR2460425A1 — publié le 19810123

b La présente invention se rapporte à un système règulateur de la puissance dtun arbre dtentrainement d'une machine0 c Dans de nombreuses machines, comme par exemple les bobineuses de fil métallique ou autre,il faut garder constante la force de trac -tion sur le fil pour assurer un bobinage régulier et pour ne pas casser le fil.Règler la force de traction sur le fil revient à gler la puissance consommée par l'arbre d'entrainement de la bobi meuse.Une solution qui a déja été envisagée est d'utiliser comme source motrice un moteur électrique à couple dégressif. Etant donné cepandant l'inertie importante du totor d'un tel moteur de puisance,cette proposition ne peut être retenue. Les dispositifs utilisés jusqu'à présent font appel à une ré gulation de la vitesse de l'arbre d'entraînement et non de la gra- deur à règler,qui est la puissance.Etant donné qu'au cours du bobi nage le diamètre de la bobine augmente,le couple fourni par l'ar- bre d'entrainement doit augmenter si l'on veut maintenir constan te la tension sur le iil et donc un bobinage règulier.On comprend donc pourquoi les systèmes classiques faisant appel à une régula tion de la vitesse sont difficiles à mette en ceuvre.Dans tous ce dispositifs,une règulation de vitesse,même corrigée par un disposi tif compensateur de tension du fil,peut amener à des à-coups vio lents de cette tension du fil.Ceci en soi constitue une limitation à la vitesse d'enroulement possible,à cause même de l'inertiedu dispositif compensateur,étant donné le temps nécessaire à l'intè gration du signal de compensation.De plus,ces dispositifs selon l' état de la technique sont délicats,sensibles par exemple aux varia tions de la tension de leur courant d'alimentation: dans le cas où ces variations dépassent certaines limites (installations situées on bout de réseau), les dispositifs en question peuvent même tom ber en panne.Un autre inconvénient encore des dispositifs selon 1' état de la techuiqusest leur complexitéet, malgré celle-ci,ou en raison même de celle-ci,la gamme de puissanceet de vitesses pos sibles est restreinte. Ces dispositifs de régulation ai outre ne deviennent effectifs qutQ partir dune certaine vitesse minimum,qu'on peut estimer Stre de l'ordre de 20% de la vitesse de règime.Finalement les dispositifs de règulation selon l'état de la technique sont encombrants,peu surs et chers. d L'exemple ci-avant choisi n'en constitue qu'un seul paa- mi la multitude des cu possibles de machines mues par un arbre d'entrainement,dont la puissance doit être règlé@ en fonction de l'utilisation ou du produit que ces machines traitent, et qui peu- vent avantagesement faire usage du dispositif règulateur de puissan ce selon la présente invention. D'autres exemples sont constitués par tous les autres dispositifs à bobinage radial, les t@euils les pompes,les soutireuses,les véhicules, etc.... Le système auto-règulateur de puissance selon al présen te invention est remarquable par le fait qu'entre l'arbre moteu@ fournissant la puissance motrice et ledit arbre d'entrainement se trouve intercalé un mécanisme différentiel comportant trois arbres : le premier (gui est ledit arbre moteur) raccordé au moteur fournissant la puissance motrice,le second (arbre de rè glage) à un dispositif de règlage susceptible de fournir ou d'ab sorber de la puissance,le troisième étant le-dit arbre d'entrai nement. L'invention sera mieux comprise en se référant aux figures @,2 et 3 jointes,où : La Figure I représente un schéma du système régulateur de puissance selon l'invention, La figure 2 représente le schéma d'une variante du systè me régulateur selon l'invention, La figure 3 représente le schéma d'un montage en cascade de plusieurs systèmes auto-règulateurs de puissance selon la pré sente invention. En se référant à la figure I,on voit une machine 5 (bobi neuse,pompe,véhicule,soutireuse,etc..)tirant sa iorce motrice de l'arbre d'entraînement 3. Celui-ci est mû par un moteur 6 entrai nant l'arbre moteur I. Eutre l'arbre moteur I et l'arbre d'entrai nement 3 se trouve intercalé un mécanisme différentiel schématisé par ses trois engrenages 4 , la cage porte satellite n'étant,pour la simplicité du dessin,pas représentée ici.Le mécanisme diffé rentiel 4 possède,de manière classique,trois arbres de sortie : l'arbre moteur I , Un arbre 2 et 1 arbre d'entrainement 3. L'arbre 2,appelé ici arbre de règlage,est raccord8 à un dispositif de règlage7 susceptible,selon les besoins,de fournir ou d'absorber de la puissance. Le système suivant la iigure I peut Stre utilisé par exemple de telle manière que le dispositif 7 impose à tout instant un couple de ireinage à l'arbre 2, variable entre zéro et une valeur de tarage choisie et affichée. En règime stable,il s'établit grace au différentiel 4, un équilibre entre les cou ples,les vitesses et puissance distribuées par chacui des arbres I,2 et 3,étant entendu que la puissan bre I est égale à la somme des puissances absorbées par les ar- brefs 2 et 3 .Lorsque,par suite d'un aléa quelconque dans le donce fournie par l'ar- tionnement de la machine 5,le coup0le transmis par l'arbre 3 varie il s'effectue grâce au différentiel 4 une redistribution (qui est en fait une auto-régulation permettant d'atteindre un nouveau régime stable)entre les couples,les v@tesses et les puissances des arbres I,2 et 3,la somme algébrique des puissances des arbres I,2 et 3 restant toujours nulle.Le résultat de cette refistribution due au différentiel est que l'on observe une adaptation de la puissance de arbre 3 (donc aussi des couples et vitesses) aux nouvelles caractéristiques ae ionctionnement de la machine S elles mêmes dépendantes de la contrainte imposée au produit trai té par la dite machine (Cette contrainte étant la pression da fluiée si la machine 5 est une pompe ou une machine hydraulique, ou la force de tirage du fil ou de la bande ni la machine 5 est une bobineuse ou une enrouleuse ou encore une machine mécanique, ainsi que le voltage ou l'ampérage s@ la machine 5 est une géné- ratrice de courant électrique) Un exemple non limitatif de dispositif 7 utilisé en frein est fout@i par une génératrice de courant électrique qui,dans ce cas,réinfecte la puissance qu'elle absorbe dans le réseau ou dans le moteur 6. Le systéme selon la figure I peut aussi être utilisé de telle manière que le dispositif 7 fournit à tout instant un couple moteur à l'arbre 2,variable entre zéro et une valeur de tara ge affichée. La somme algébrique des puissances fournies ou absorbées par les arbres I,2 et 3 sera, comme dans le cas précédent,nulle (la soi- ne des puissances fournies par let arbres I et 2 est égale à la puissance absorbée par l'arbre 3). Un exemple non-limitatif de dispositif 7 utilisé en no- teur est fourni par un moteur électrique à couple dégressif,Dans le cas présent,le moteur 7 ne devant @@@@@@ fournir au système qu' une puissance d'appoint,il sera beaucoup plus petit que le moteur 6. Le problème de l'inertie due au rotor ne se pose pas dans le cas présent. Le système selon la figure I peut aussi être utilisé de telle manière que le dispositif 7 fournit à l'arbre 2 tantôt un couple moteur,tantôt un couple de freinage,la somme algébrique des puissances des arbres I,2 et 3 restant toujours nulle. Un exemple de réalisation selon la présente invention est four@i par un montage selon la figure 2 analogue à la figure I.Dans celui-ci,les dispositifs 5 et 7 sont deux dispositifs identiques montés sur le différentiel 4 pout le traitement d'un même produit : alternateurs couplés en parallèle sur un même résenau et syschronisés sur le réseau par leur débit grâce au différentiel,ou pompes montées en parallèle# sur un même écoulement fluidique et équilibrées en pression par la pression du fluide grâce au différentiel. Le système selon l'invention,tel que décrit ci-dessus,pormet une régulation de la puissance de l'arbre 3 sain faire usage de système électroniques compliqués et délicats. Il allège considéra blement les machines qui en sont dotéeeten facilite la fabrication et surtout la lise en oeuvre.La présente régulation d'ailleurs se tait dans une gamme de vitesses partant de zéro et atteignant des valeurs considérablement plus élevées que celles obtenues dans les systèmes selon l'état de la technique.Dans la propulsion des véhi cules par exemple,le présent système présente une solution élégante pour la transmission de la puissance motrice depuis un moteur tournant à régime sensiblement constant vers les roues qui,elles tournent à des vitesses essentie#llement variables. Un autre exemple encore de réalisation selon al présente invention est illustrée en ae référant à la figure 3 ci-jointe, relative à une machine de traitement d'un produit,où le traitement nécessite l'utilisation en cascade de différents arbres d'entrainement 3, 3' ets... dont la puissance cosommée doit être interoorrélée en ionction du traitement et/ou du produit exemple non limitatif d 'une telle réalisation est fourni par des machines tex- tiles ou de papeterie dans lesquelles un produit 8 (bande de tis sus ou de papier) est,entrainé par des rouleaux 10 et I0',déroulé d'un tambour II,amené par exemple dans un bain 9 et enroulé sur le tanbour 12. La tension mécanique sur le produit 8 est,grâce aux systèmes selon l'invention et comportant les différentiels 4 et 4;; maintenue entre certaines limites grâce au tarage affiché aux dispositifs 7 et 7' La lise en route d'une telle machine (faisant partie inté- grante de la présente invention (et pouvant comporter plus de deux dispositifs régulateurs tels que décrits précédemment)peut se fai- re de la manière suivante : Les arbres de règlage 2,2' ete...,des dispositifs 7 et 7' etc... étant à vide,on démarre les moteurs principaux 6 et 6' eto Les couples sont alors faibles et les arbrea 3,3' etc... restent au repos,alors que les arbres de réglage 2,2' etc..tournent à leur vitesse maximale. On règle le couple de tous les arbres 3,3' etc... juste ea dessous de la limite de démarrage de chacun d'eux en règlatn le couple des arbres 2,2' et...grtce à l'affichage d'un tarage convenable des dispositifs 7,7' etc... correspondant.On obtient ainsi une mise sous contrainte du produit 8 qui crée sur chaque arbre 3,3' etc... un couple venant s'ajouter au couple préexistant par ie règlage décrit plus haut.Tous les arbres 3,3' etc... sot ainsi ais en votation et tournent en maintenant une tension constante sur le produit.Si l'on arrête l'un quelconque des arbres 3,3' etc.. ou si le produit 8 casse,les autres arbres 3,3' etc... s'arrêtent. Comme déja dit précédemment, les machines de traitement d' un produit utilisant un ou plusieurs systèmes régulateurs de puil- sance peuvent être de différents type, les produits traités également. c'est ainsi que le montage selon la figure 3,qui fait partie inté- grante de l'invention,peut être mis en oeuvre aussi bien pour trai- ter des matériaux en fils ou en bandes que des fluides (pompe. d' injection de matières plastiques par exemple montées en cascade). L'invention ne se limite pas aux quelques exemples cités ci-dessus,mais englobe au contraire toutes les variantes.C'est ainsi par exemple que le système différentiel 4 n'est pas néces- @airement un dispositif mécanique,mais peut par exemple autre un différentiel hydraulique ou même électrique. R E V E N D I C A T I O N S Système régulateur de puissance d'un arbre d'entraînement d'une machine quelconque caractérisé par le fait qu'entre l'arbre moteur fournissant la puissance motrice et ledit arbre d'entraî- nement se trouve intercalé un mécanisme différentiel comportant trois arbres : le premier(qui est ledit arbre moteur) raccordé au moteur fournissant la puissance motrice, le second (arbre de réglage) à un dispositif de réglage susceptible de fournir ou d'a- bsorber de la puissance, le troisième étant ledit arbre d'entraî- nement 2 Système régulateur de puissance selon la revendication I : caractérisé par le fait que la puissance fournie audit troisibie arbre(arbre d'entraînement) est préfixé par le t@@age en couple dudit dispositif de réglage raccordé au second arbre. 3 Système selon l'une quelconque des revendications précé den- tes, caractérisé par le fait que, dans le cas ci ledit dispositif de réglage absorbe de la puissance, celle-ci est réinject6e dans moteur raccordé audit premier arbre. 4 machine de traitement d'un produit, caractérisée par le la tage sur les deuxième et troisième arbres. d'appareils identiques de traitement du produit. 5 Machine de traitement d'un produit, ou ledit traitement nécessite l'utilisation en cascade de différents arbres d'outraî nement dont la puissance consommée doit être intercalée en fonc tibia du traitement et:ou produit caractérisé par le fait que cha- cun desdit arbres d'entraînementest constitué par l'arbre d'entraî nement d'un système auto-régulateur indépendant selon l'une quel conque des revendioations précédentes, dont l'auto- régulateur est réalisé uniquement grâce aux contraintes transmises par le pro duit lui-même. 6 Système régulateur de puissance selon la revendication carac tétisée par le fait que, entre le différentiel et le dispositif de réglage de couple est inséré un système roues et vis sans fin, qui élève la vitesse du dispositif de réglage de couple et lui ajou te un couple supplémentaire due au phénomène d'irreversibilité du système roues et vis sans fin.