Brevet FR2476309A1 — publié le 19810821

La présente invention se rapporte à un dispositif destiné à mesurer le couple de rotation produit par un moteur électriqufe équipé d'une bride de fixation. De tels dispositifs de mesure sont nécessaires dans le cos o la surveillance du couple de rotation d'entraînement d'une machine de production est d'une importance capitale pour la qualité du produit obtenu, par exemple dans le cas de dispositifs malaxeurs, d'extru- deuses, de vis transporteuses et de machines de traitement de papiers et de matières en feuilles de toutes natures. Les dispositifs de mesure de couples de rotation connus jusqu'à présent, sont, dans la plupart des cas, des organes de liaison de l'arbre du moteur et de l'arbre de la machine à entrainer au moyen d'éléments d'embrayage supplémentaires. Outre le fait que ces dispositifs sont d'une ferme de réalisation compliquée et présentent de grandes longueurs, ils comportent l'inconvénient de "mobiliser" l'arbre moteur, alors que ce dernier devrait,en général,servir à supporter d'autres organes de la machine, tels que des moyens de transport, des bras de malaxage ou des pignons. Cet inconvénient est notamment important pour des imoteurs électriques présentant une bride de fixation, étant donné qu'ils sont directement montés sur le bâti de la machine, sur la cuve ou sur des mécanismes réducteurs, auquel cas il n'y a plus de place disponible ni aucune possibilité d'incorporer les dispositifs de mesure sus- mentionnés. La présente invention a par conséquent pour objet un dispositif de mesure du couple derotationqui, réalisé de manière simple et à peu de frais, équipe des moteurs dotés de brides de fixation sans être monté sur l'arbre moteur et en libérant ce dernier à d'autres fins. Selon les caractéristiques essentielles de l'invention, le carter du moteur peut tourner par rapport à la bride de fixation et, par suite de la rotation consécutive au couple de réaction, il agit sur un trans- ducteur. La première forme de réalisation qui viendrait à l'esprit consisterait à relier le carter du moteur et la bride par l'intermédiaire de nervures qui, déformables élastiquement et revêtues de jauges de contrainte collées, assureraient la mesure électrique de la force. Cependant, une telle forme de réalisation pourrait, d'une part, réduire la stabilité et la robustesse du moteur et, d'autre part, entraîner des oscillations inopportunes. Partant de ces considérations, la liaison des deux éléments susmentionnés doit satisfaire aux conditions suivantes A. en dehors d'un mouvement rotatif exempt de friction afin d'éviter une hystérésis, il ne doit y avoir aucune autre possibilité de mouvement ou jeu; et B. la stabilité de l'ensemble présentant une telle liaison ne doit pas être inférieure à celle d'un moteur normal équipé d'une bride de fixation. -Dans une variante de réalisation selon l'inven- tion, pour satisfaire à ces conditions, l'enrbout du carter et la bride de fixation doivent être assujetties en rotation par l'intermédiaire d'au moins une piste de roulement n'autorisant aucun jeu. Les avantages obtenus grâce à l'invention résident notamment dans le fait que les dimensions externes d'un moteur normal restent inchangées et que son arbre n'est nullement sollicité pour mesurer le couple de rotation qu'il transmet. En outre, par comparaison avec les autres formes de réalisation connues, les coûts de fabrication restent fortement réduits. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue longitudinale fragmen-- taire avec coupe partielle d'une première forme de réali- sation du mode de liaison d'un carter et d'une bride de fixation; et la figure 2 est une coupe axiale partielle de la région supérieure d'une autre forme de réalisation de ladite liaison. Un paquet de tôles du type feuilleté et un enrou- lement statorique sont, d'une manière habituelle, insérés à force dans le carter 1 d'un moteur. Un embout 2 est assujetti par des vis audit carter l, avec lequel il forme un ensemble unitaire. Une bride de fixation 3 supporte le roulement à billes côté entraînement d'un arbre 4, ainsi qu'un paquet de tôles, également du type feuilleté, et les bagues de court-circuit des barreaux rotoriques. Par l'entrefer séparant les deux paquets de tôles, l'enrou- lement statorique induit une tension alternative dans les barreaux rotoriques, engendrant de la sorte le couple de rotation d'entraînement devant être mesuré et transmis par l'arbre 4. Conformément à l'invention, étant donné que l'arbre, de par la fonction qu'il a à remplir, doit rester libre, ce n'est pas le couple d'entraînement qui est mesuré, mais le couple de réaction, de grandeur égale, agissant dans la direction opposée sur le stator, et donc sur le carter 1 et l'embout 2. Dans l'embout 2, est creusée une gorge 5, en regard de laquelle une gorge 6 est ménagée dans la bride de fixation 3. Entre ces deux gorges, se trouve un certain nombre de billes 7. Il est ainsi donné naissance à une piste de roulement qui assujettit en rotation le carter 1 du moteur et la bride 3. Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, cette piste de roulement constitue une sorte de palier radial; dans celle illus- trée sur la figure 2, elle forme une sorte de palier axial. Un transducteur 8 est fixé à l'embout du carter, parallèlement à l'axe du moteur, et il présente un palpeur 9, sur lequel sont collées des jauges de con- trainteet qui pénètre dans un évidement ménagé dans la bride de fixation 3. Lorsque le carter 1, supporté par les billes, effectue une rotation déterminée par le couple de réaction, par rapport à la bride 3, le palpeur 9 est soumis à une flexion et il délivre un signal électrique proportionnel au couple de rotation. Cette rotation a lieu selon un angle extrê- mement faible, de l'ordre de 3 -minutes à 5 minutes pour le signal maximal. De ce fait, il est envisageable de combler l'intervalle inévitable entre l'embout 2 et la bride 3 par une bague 10 en caoutchouc tendre. Cette bague ne provoque aucune perte par friction, mais elle absorbe élastiquement le décalage. Sous un couvercle 11 du moteur, un ventilateur tourne et refoule l'air de refroidissement sur des ai- lettes 12 du carter 1. Les faces latérales des gorges 5 et 6 sont orien- tées en ligne droite les unes par rapport aux autres, selon un angle déterminé. Un angle de 90 semble avantageux, étant donné que les forces axiales et radiales présentent alors les mêmes composantes. Dans la forme de réalisation de la figure 1, les billes 7 sont introduites dans les gorges par l'intermédiaire d'orifices non représen- tés. Dans la forme de réalisation de la figure 2, il n'est pas nécessaire de prévoir de tels orifices pour introduire les billes. Outre le jeu indispensable, l'inven- tion vise à obtenir une pression optimale de chaque bille à ses quatre points de contact avec la piste de roulement. Si la pression de contact est trop faible, il est à craindre l'apparition d'un jeu radial ou axial, qui entraîne- rait un mésalignement de l'arbre moteur 4 dans ses deux paliers. Si cette pression est trop importante, il appa- raît une hystérésis dans la mesure du couple de rotation. Pour obtenir des rapports optimaux dans la forme de iéalisation de la figure 1, un polissage supplémentaire minutieux est nécessaire, en fonction du type de billes choisi. Cependant, dans ce cas également, il est à peine possible d'exprimer la pression de contact en chiffres concrets. A cet égard, la forme de réalisation de la figure 2, plus compliquée, est également plus avantageuse. Dans cette forme de réalisation, une série de billes supplé- mentaires 13 est logée dans une gorge 14 et prend appui contre un disque 15/ avec une force déterminée de manière précise. Cette force est engendrée au moyen de plusieurs vis 16 qui agissent sur des rondelles élastiques 17 logées dans des évidements de la bride 3. Plus les vis sont serrées, plus le disque 15 est pressé contre les billes 13. Cette pression est transmise à la gorge 5, aux billes 7 et à la gorge 6. Dans un tel agencement, la pression de contact des billes 7 peut être sélectionnée et réglée. Des capuchons 18 protègent l'espace interne du moteur de l'huile et des impuretés. Dans les exemples de réalisation décrits ci-avant, les organes de roulement consistent de préférence en des billes. Il serait également possible d'utiliser des rouleaux coniques, des rouleaux cylindriques ou des aiguil- les. Au lieu d'une seule piste de contact, il pourrait également en être prévu deux. L'expression "piste de roulement" englobe n'importe quel type de roulement à billes courant dans le commerce. Le choix d'utilisation de ce dernier reste cependant tributaire de la liberté de jeu qu'il permet. Dans ce cas, il pourrait être possible d'envisager une autre variante de liaison du carter et de la bride. La forme de réalisation du moteur illustré sur la figure 1 peut porter la dénomination B5, Vl ou V3, selon la norme DIN 42950, selon que l'arbre 4 est horizontal, orienté vers le bas ou vers le haut. On pourrait également envisager les formes de réalisation correspondantes B14, V18 et V19, présentant une bride de fixation plus petite. Le dispositif proposé par la présente invention ne se limite pas à des moteurs 2 induction à courant alternatif ou à des moteurs triphasés, mais il est égale- ment valable pour des moteurs à courant continu. Toutefois, le couple de rotation exercé par ces derniers dCpend d'un facteur inhérent à leur nature, c'est-à-dire le courant d'induit. Dans les moteurs en dérivation, le rapport est linéaire, cependant qu'il est quadraticÀae dans les motaurs séries, de sorte que ce n'est que dans ces derniers ou dans des moteurs compound qu'un dispositif de mesure peut être nécessaire. En revanche, les moteurs à induction n'ont nullement un tel critère, par suite de leur facteur de puissance variable. Il convient de faire observer que les formes de réalisation décrites du dispositif de mesure ne sont nullement obligatoires pour appliquer la présente inven- tion. Par exemple, il serait envisageable de relier le roulement à billes de l'arbre 4, non pas à la bride de fixation 3, mais à l'embout 2 du carter. Il serait égale- ment possible d'éliminer complètement cet embout en prolongeant le carter 1 et en lui donnant une configuration correspondante. En outre, le dispositif de mesure ne doit pas être obligatoirement équipé d'un transducteur électrique à jauges de contrainte. A sa place, on pourrait utiliser des systèmes magnéto-élastiques, inductifs, capacitifs, piézo- électriques, hydrauliques ou pneumatiques, qui ne seraient pas non plus obligatoirement fixés au carter du moteur ou à la bride, mais, par exemple, au bâti de la machine à entraîner. Il va donc de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à mesurer le couple de rotation produit par un moteur électrique équipé d'une bride de fixation, dispositif caractérisé en ce que le carter (1, 2) dudit moteur peut tourner par rapport à ladite bride de fixation (3) et en ce que, par suite de la rotation consécutive au couple de réaction, il agit sur un transducteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'embout (2) du carter et la bride de fixation (3) sont assujettis en rotation par l'inter- médiaire d'au moins une piste de roulement (5, 6, 7) ne présentant aucun jeu. 3. Dispositif selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que les gorges (5, 6) de la piste de roulement sont disposées à la manière d'un palier radial et supportent un certain nombre de billes (7) par un contact en quatre points. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les gorges (5, 6) de la piste de roulement sont disposées à la manière d'un palier axial et supportent un certain nombre de billes (7) par un contact en quatre points, dont la pression de contact peut être sélectionnée et réglée. 5. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un transducteur électrique (8) est fixé à l'embout (2) du carter, parallèlement à l'axe du moteuret comporte un palpeur (9) qui, doté de jauges de contrainte collées, pénètre dans un évidement de la bride de fixation (3).