Brevet FR2514500A1 — publié le 19830415

La présente invention concerne un procédé et un appareil de mesure de couple et elle a trait plus particu- lièrement à un procédé et à un appareil de mesure de couple sans contact dans un arbre qui relie des mécanisme 6 menant et mené. En mesurant le couple d'un arbre tournant d'un accouplement entre un équipement menant et un équipement me- né, il est possible de calculer le rendement de l'équipement en cours de marche De tels résultats peuvent également ê- tre utilisés pour détecter des sautes de puissance dans un tel équipement et pour notifier aux opérateurs des modifica- tions nécessaires des conditions de fonctionnement avant que de telles sautes de puissance ne puissent endommager l'équi pement menant ou l'équipement mené En outre ces résultats peuvent être utilisés pour déterminer quand un entretien est nécessaire. Dans l'art antérieur, on a tenté de mesurer le couple par différents procédés Ainsi on a proposé un dispo- sitif dans lequel un manchon additionnel est monté sur l'ac- couplement pour compenser un mouvement de ce dernier Bien qu'on ait obtenu une mesure satisfaisante du couple, le man- chon additionnel a tendance à accroître le prix de l'accou- plement et à augmenter également son poids On a aussi uti- lisé des Jauges de mesure de contraintes associées à des ba- gues collectrices mais celles-ci ont tendance à s'user rapi- dement et nécessitent un remplacement fréquent si on veut obtenir des mesures précises On a également proposé de pla- cer un émetteur de signaux à l'intérieur de l'accouplement. Cependant, comme les accouplements ne fonctionnent pas tous dans un environnement idéal, les émetteurs tombent fréquem- ment en panne, en nécessitant un arrêt de l'équipement et un démontage de l'accouplement pour remplacer l'émetteur Il en résulte un temps d'arrêt coûteux La présente invention concerne un procédé et un appareil de mesure de couple qui n'augmentent pas le coût ou le poids de l'accouplement pro- prement dit et qui ne nécessitent pas un entretien fréquent 2514 Q 00 de la partie électronique. Conformément à la présente invention, la rela- tion de phase des signaux produits par des capteurs A, B, C et D est comparée et traitée par un circuit électronique et le signal résultant engendré est le couple vrai transmis par l'intermédiaire de l'accouplement Ces signaux produits par les capteurs contiennent des déphasages indésirables provoqués par un mouvement de l'axe de l'accouplement dans l'une ou l'autre ou bien les deux directions horizontale et verticale Pour éliminer ces signaux d'erreur causés par le mouvement de l'axe d'accouplement, le circuit compense auto- matiquement un mouvement horizontal par détermination du point de passage au zéro des tensions engendrées dans cha- que capteur par ce mouvement Pour compenser un mouvement vertical, le circuit assure automatiquement l'annulation du déphasage d'avance engendré dans les capteurs A ou B par le déphasage de retard produit dans les capteurs C ou C montés dans des positions diamétralement opposées aux détecteurs A et B Les deux compensations horizontale et verticale du mouvement de l'axe d'accouplement sont par conséquent faites automatiquement sans avoir à faire intervenir additionnel- lement des signaux correcteurs ou à modifier le circuit de détection. D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la descrip- tion, donnée à titre d'exemple non limitatif en référence *aux dessins annexés dans lesquels: Fig 1 est une vue en élévation latérale par- tielle et en coupe d'un accouplement utilisant le procédé et l'appareil de mesure de couple selon l'invention. Fig 2 est un schéma à blocs du circuit de dé- tection selon l'invention. Fig 3 est un schéma d'un circuit de détection selon l'invention. Fig 4 est un diagramme de minutage du circuit selon l'invention, et Fig 5 est une représentation graphique du cir- cuit automatique de compensation du mouvement de l'axe d'ac- couplement. Sur la figure 1, on a désigné par 10 un accou- plement composé de moyeux 12 et 14 comportant des dents d'engrenage 16 et 18 dirigées vers l'extérieur Les moyeux 12 et 14 sont montés sur un arbre menant 20 et un arbre me- né 22 par des moyens classiques tels que des rainures de cla- vetage, non représentées Les dents d'engrenage 16 et 18, orientées vers l'extérieur, des moyeux 12 et 14 en prise avec les dents d'engrenage 24, 26, s'étendant vers l'intérieur, des manchons 28 et 30 Les manchons 28 et 30 sont accouplés à l'aide d'une entretoise 32 par des moyens classiques, tels que des boulons, non représentés La torsion produite dans l'entretoise 32 disposée entre les manchons 28 et 30 est di- rectement proportionnelle au couple transmis de l'arbre me- nant 20 à l'arbre mené 22 Des signaux d'erreur engendrés par un mouvement de l'axe de l'arbre dans une direction ho- rizontale et/ou verticale se manifestent également comme des signaux de couple et doivent être éliminés pour obtenir une valeur de couple vrai. Comme indiqué sur la figure 1, deux motifs d'en- coches symétriques 34 et 36 sont usinés dans la surface de l'entretoise 32 et s'étendent circonférentiellement autour de la surface extérieure de l'entretoise 32 Les motifs d'en- coches sont composés de 65 dents réparties sur un cercle pri- mitif de 228,6 mm de diamètre. Quatre capteurs magnétiques passifs A, B, C et D sont montés dans un plan essentiellement horizontal et à pro- ximité étroite des motifs d'encoches 34 et 36 Les capteurs sont espacés d'environ 1,5 mm du motif d'encoches On peut prévoir tout montage approprié, par exemple un cylindre, pour envelopper le côté extérieur de l'entretoise 32. Une rotation de l'entretoise 32 fait que les mo- tifs d'encoches 34 et 36 engendrent un signal de courant al- ternatif dans les capteurs magnétiques passifs A, B, C et D Les signaux de chaque capteur sont augmentés par un ampli- ,14500 ficateur 38, Fig 3 Il va de soique chaque capteur comporte un circuit de captage 40 identique à celui indiqué pour A sur la Fig 3 Le signal amplifié est transmis à un compara- teur de tension 42 du circuit de captage 40 Le comparateur 42 produit à sa sortie un signal à forme d'onde carrée qui commute au même point de passage au zéro que le signal al- ternatif produit par le capteur A Il va de soi en outre que les signaux des capteurs B, C et D sont amplifiés et mis en forme de la même manière Le signal à forme d'onde carrée est ensuite appliqué à la diode Dl o sa partie de base est écrétée et la tension de sortie est réduite à un niveau in- férieur par le diviseur de tension R 1, R 2 Des circuits- tampons 50 à 53 assurant un conditionnement de signal servant à protéger et isoler les circuits logiques de bas niveau 54, 44, 55 et 46 Des postes d'inversion 54 et 55 des circuits de captage A et C servent à changer la phase des signaux corres- pondants, comme le montre le diagramme de minutage de la fi- gure 4 Les signaux provenant des circuits des capteurs A et B sont combinés dans uye porte NON-ET 44 De même les si- gnaux provenant des circuits des capteurs C et D sont combi- nés dans une porte NON-ET 46 Les signaux combinés provenant des capteurs A et B et C et D sont appliqués à une porte NON-ET-48 Le signal de sortie de la porte 48 a été repré- senté dans le diagramme de minutage avant qu'un décalage ver- tical se soit produit sous la forme du signal E de la figure 4 Le même signal de sortie a été représenté sous la forme de signal El de la figure 4 après qu'un décalage vertical s'est produit à l'extrémitée menée, ou menante, de l'arbre 32 formant l'entretoise Il est à noter que la valeur moyen- ne de la forme d'onde en E est égale à la valeur moyenne de la forme d'onde en El pour 360 degrés électriques de rota- tion, c'est-à-dire pour une dent complète On peut voir par conséquent que l'erreur engendrée par un mouvement vertical de l'arbre à l'extrémité menée a été annulée ou éliminée. Cela est également vrai pour un mouvement vertical de l'ar- bre à l'extrémité menante On obtient à la sortie de la por- te 48 un signal dont toute composante créée par un mouvement horizontal ou vertical de l'axe d'accouplement qu'il conte- nait a été éliminée et qui constitue un signal convertible pour donner le couple réel appliqué à l'accouplement Une telle conversion peut être effectuée dans un circuit d'éta- blissement de moyenne de signal tel que celui représenté en 49 à la figure 3. Les signaux sont ensuite envoyés à un compara- teur analogique 60 qui le compare à une référence en cou- rant continu 61, le résultat étant envoyé à l'appareil d'af- fichage 62 qui donne directement la coupe des recyclages de gain 62 et de 4 zéro 63 étant prévus. Un mouvement de l'axe d'accouplement dans une di- rection horizontale provoque une variation de l'amplitude du signal de courant alternatif engendré, comme indiqué sur la figure 5 Ces variations d'amplitude feraient varier la phase du signal de sortie si une compensation n'était pas effectuée Seul le point de passage au zéro du signal de courant alternatif reste le meme puisque la fréquence de fonctionnement reste la mt e Le comparateur de tension 42, Fig 3, agit comme un détecteur de passage au zéro et comme un convertisseur d'impulsion pour transformer le signal de courant alternatif produit par le capteur en un signal de forme d'onde carrée directement proportionnel à la fréquen- ce ou rotation angulaire de l'entretoise 32. En référence à la figure 5, un mouvement verti- cal ascendant de l'arbre 20 provoque un déphasage du signal engendré dans le capteur A dans le sens positif ou d'avan- ce pour une rotation de l'arbre dans le sens des aiguilles d'une montre Inversement le signal identique engendré dans le capteur B monté dans une position diamétralement opposée à celle du capteur A est déphasé dans le sens négatif ou de retard Ce déphasage d'avance dans le capteur A est exacte- ment égal au déphasage de retard dans le capteur C et, lors- que ces deux signaux sont combinés dans la porte NON-ET 48, les déphasages positif et négatif s'annulent Ce phénomène se produit également entre les capteurs B et D lorsque l'ar- bre 22 monte ou descend dans la direction verticale Le si- ganl d'erreur indésirable causé par le mouvement vertical de l'axe est par conséquent éliminé et le signal de couple vrai reste directement proportionnel à la torsion d'arbre. REVENDICATIONS 1 Appareil de mesure de couple d'un arbre tour- nant, caractérisé en ce que: (a) plusieurs motifs d'encoches ( 34, 36) sont formés sur l'arbre, (b) plusieurs capteurs (A B C D) sont montés dans un plan horizontal et à proximité étroite et sur des cotés opposés dudit motif d'encoches par rapport à l'axe dudit arbre, (c) lesdits capteurs sont agencés pour détec- ter un signal résultant d'une rotation des motifs d'enco- ches sur ledit arbre, (d) un circuit est prévu pour analyser les signaux détectés par lesdits capteurs et pour transformer ces signaux en un signal représentant le couple appliqué à l'arbre, et (e) un moyen est prévu pour afficher le signal de couple comme une mesure directe du couple. 2 Procédé pour compenser efficacement un mou- vement de l'axe de l'arbre dans une direction horizontale caractérisé en ce qu'on détecte le point de passage au zé- ro du signal de courant alternatif produit dans le cap- teur. 3 Procédé pour compenser avec précision un mou- vement de l'axe d'un arbre dans la direction verticale, ca- ractérisé en ce qu'on annule le signal déphasé se produi- sant d'un côté de l'accouplement à l'aide du signal déphasé identique se produisant dans l'autre côté de l'accouplement, c'est-à-dire aux deux extrémités de l'entretoise d'accou- plement. 4 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il est prévu deux motifs d'encoches ( 34, 36) se composant de plusieurs dents usinées dans ledit arbre. Procédé de détermination du couple d'un arbre tournant, caractérisé en ce qu'il comprend les éta- pes suivantes: (a) usiner une pluralité de motifs d'encoches dans l'arbre, (b) détecter un signal engendré par la rota- tion desdits motifs à l'aide de capteurs passifs, et (c) analyser ledit signal pour le transformer en une mesure du couple appliqué à l'arbre.