Brevet FR2533333A1 — publié le 19840323

La présente invention concerne un procédé de limitation du couple produit par un dispositif moteur et destiné à entraîner en mouvement un dispositif de travail, par l'arbre de sortie du moteur et un système pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans les procédés et systèmes connus de ce type, on utilie un capteur du couple présent sur l'arbre du moteur et un détecteur de seuil adapté pour produire un signal notamment électrique lorsque le couple sur l'arbre atteint une valeur de seuil prédéterminée. Un dispositif de commande agit sur le moteur en fonction du signal à la sortie du détecteur de seuil. Le capteur du couple est généralement formé par un organe d'accouplement qui est monté entre l'arbre du moteur et l'arbre du dispositif à entraîner et est susceptible d'effectuer un déplacement angulaire par rapport à l'arbre du moteur, en fonction du couple à transmettre. A cet organe d'accouplement mobile est associé l'élément de contact mobile d'un jeu de contacts électriques. La fermeture du contact intervient lorsque le couple produit par le moteur atteint une valeur prédéterminée qui sert de valeur de seuil. L'utilisation des moyens qui viennent d'être décrits, pour la détermination des limites que le couple ne doit pas dépasser ont pour inconvénient majeur qu'ils ne permettent que l'établissement d'un seul seuil par direction de rotation qui est fixé en fonction du couple maximum à transmettre. Or, très souvent le couple de consigne à transmettre au dispositif de travail est bien inférieur à ce couple maximum au cours d'une opération de travail.Par conséquent, on pourrait déjà conclure sur une anomalie provoquée par exemple par un grippagedans le fonctionnement du dispositif à entraîner quand le couple atteint une valeur beaucoup plus faible que la valeur de seuil.Mais dans ceSsvster,lril faut gland meme attendre que le couple atteigne la valeur de seuil fixée,qui est beaucov plus élevée,pour que l'arrêt de sécurité intervienne.Ces considérations montrent que le procédé et le système de limitation du couple, de l'état de la technique9exposent le dispositif à entraîner et également le moteur à des contraintes en grande partie inutilement élevées, qui. affectent la fiabilité et la longcvité de l'ensemble. La présente invention a pour objectif de proposer un procédé qui permet de pallier l'inconvénient qui vient d'être décrit. A cette fin, l'invention propose un procédé de limitation du couple produit par un dispositif moteur et destiné à entrainer en mouvement un dispositif utilisateur, suivant lequel on maintient le couple à l'intérieur d'une plage de couple prédéterminée admissible, définie par des couples seuil, qui est caractérisé en ce qu'on l'on fait varier le seuil en fonction de la course de l'organe d'entraînement du moteur pour qu'il ne dépasse le couple nécessaire à l'entraînement du dispositif utilisateur que d'une valeur prédéterminée désirée. L'invention propose également un système de limitation du couple produit par un dispositif moteur et destiné à entraîner en mouvement un dispositif de travail, par l'organe d'entraînement du moteur tel qu'un arbre rotatif, du type comprenant un capteur du couple d'entraînement, un détecteur de seuil destine à produire un signal notamment électrique lorsque le couple d'entraînement atteint une valeur de seuil prédéterminée et un dispositif de commande du moteur en fonction du signal de sortie du détecteur, ce système étant caractérisé en ce que le capteur est adapté pour produire des signaux électriques proportionnels au couple d'entraînement et que le détecteur de seuil est formé par un comparateur à une entrée duquel sont appliqués les signaux proportionnels au couple d'entraînement, une autre entrée du comparateur recevant un signal représentatif d'une valeur de seuil. Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, le détecteur de seuil est agencé de façon que son seuil soit variable en fonction de la course de l'organe d'entraînement du moteur. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'inven tion, le détecteur de seuil comprend plusieurs éléments détecteurs de seuil et au moins un détecteur d'une position prédéterminée de la course de l'organe d'entraînement du moteur, les sorties des éléments détecteurs de seuil et du détecteur de position étant reliées sous forme d'un circuit logique pour assurer un changement de seuil lors de la détection d'une position prédéterminée de l'organe d'entraînement du moteur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le détecteur seuil comprend un dispositif pourvu d'une mémoire des coordonnées relatives à l'allure de la courbe du couple de seuil en fonction de la course de l'organe d'entraînement du moteur et un comparateur des couples captés aux couples de seuil mémorisés. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, ce dispositif et ce comparateur sont formés par un microprocesseur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le capteur est formé par une lame élastiquement déformable, qui est maintenue fixe à une extrémité et dont l'autre extrémité est reliée à un élément associé à l'organe d'entraînement du moteur et mobile en fonction du couple d'entraînement, cette lame portant des jauges de contrainte. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparai- tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels;; - la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble moteur d'entraînement-dispositif utilisateur, qui est équipé d'un système de limitation de couple, représenté schématiquement, suivant la présente invention - la figure 2 montre sous forme d'un schéma bloc un premier mode de réalisation du système de limitation de couple suivant la présente invention - la figure 3 illustre également sous forme d'un schéma bloc un deuxième mode de réalisation du système suivant l'invention - la figure 4 est la représentation sous forme d'un schéma bloc d'un troisième mode de réalisation du système selon l'invention - la figure 5 est une représentation graphique du signal de sortie d'un détecteur de position faisant partie du mode de réalisation suivant la figure 3 ; et - les figures 6 et 7 sont des représentations graphiques des valeurs de seuil en fonction de la course de l'organe d'entrainement du moteur1 établiesrespectivement pour les modes de réalisation suivant les figures 3 et 4. La figure 1 montre un ensemble formé par un moteur 1, tel qu'un servo-moteur, et par un dispositif utilisateur tel que par exemple une valve, dont seulement la tige rotative 2 de l'organe mobile est représentée. Le moteur 1 et la tige 2 sont accouplés par un train épicycloldal 3. Ce dernier comprend essentiellement trois pignons 4 formant des satellites engrènant un pignon central 5 monté sur l'arbre de sortie 6 du moteur 1. Les pignons 4 viennent en prise avec l'engrenage intérieur d'une couronne 7 immobilisée en rotation par deux ressorts antagonistes 8, par l'intermédiaire d'un bras 9. Les ressorts 8 sont disposés respectivement audessus et en dessous du bras 9. Suivant la présente invention le bras 9 est formé par une lame réalisée en un matériau élastiquement déformable. La lame est reliée par une extrémité à la couronne 7 tandis que son autre extrémité est maintenue fixe. Un transducteur 10 des contraintes mécaniques produit par les déformations de la lame 9 en signaux électriques est monté sur la lame 9. La sortie du transducteur est reliée à un détecteur de seuil 11 destiné à agir par un dispositif de commande 12 sur le moteur 1. La figure 2 montre un premier mode de réalisation d'un système de limitation du couple suivant la présente invention. Ce système comprend un seul seuil pour chaque direction de rotation de l'arbre de sortie 6 du moteur 1. Dans ce système le transducteur est formé avantageusement par quatre jauges de contrainte J1 à J4 qui sont arrangées de façon à former un pont de Wheatstone relié entre des potentiels positif et négatif . Deux diodes Zener Z1, Z2 sont prévues pour la stabilisation de la tension. Les sorties-dupont 15 sont reliées à un amplificateur Al, par l'intermédiaire des résistances R1 et R2. L'amplificateur est pourvu de potentio mètresPT1,PT2 respectivement pour le réglage du couple et du zéro. La sortie de l'amplificateur A1, qui constitue la sortie du transducteur 10 est reliée à l'entrée du détecteur de seuil 11. Ce dernier comprend deux éléments détecteurs de seuil DS1, DS2 chacun pour une direction de rotation de l'arbre de sortie 6 du moteur 1. Chaque élément détecteur est formé par un comparateur dont une entrée est reliée à la sortie de l'amplificateur A1 tandis que l'autre entrée est connectée à un diviseur de tension réglable DT1 ou DT2 pour l'établissement d'un seuil. La sortie de chaque élément détecteur DS1, DS2, est reliée au dispositif de commande 11 du moteur 1. Le système suivant la figure 2 fonctionne de la manière suivante : Tantcçlelecouple produit par le moteur 1 présent sur l'arbre 6 est inférieur au couple de réaction engendré par les forces de pré-contrainte des ressorts 8, la couronne 7 est immobile et la lame 9 ne subit aucune déformation. Quand le couple devient plus grand1 la couronne 7 tourne suivant un certain angle jusquià ce que les forces des ressorts 8 compensent le couple. Ce déplacement angulaire de la couronne entraîne une déformation de la lame 9. Le pont15 des jauges de contrainte J1 à J4 produit alors une tension de préférence proportionnelle à l'augmentation du couple. Cette tension est transmise par l'amplificateur A1 au détecteur 11. Elle ne produit aucun effet dans le détecteur aussi longtemps qu'elle est inférieur à la tension de seuil produite par les diviseurs de tension DT1, DT2.Ces valeurs de seuil ont été choisies de telle manière que la tension représentative du couple soi- inférieure au seuil lorsque le fonctionnement de 1' ensemble est normaljavectLne marge de sécurité. Par contre, si le couple à la suite d'un blocage ou d'un grippage de l'organe mobile du dispositif utilisateur, par exemple unevanne , augmente et dépasse la valeur de seuil définie dans le détecteur, celui-ci produit un signal de sortie qui peut être utilisé pour arrêter le moteur. La figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un dispositif détecteur de seuil qui permet la variation du seuil en fonction de la course de l'arbre rotatif du moteur ou du dispositif à entraîner. Ce dispositif détecteur comprend trois éléments détecteurs de seuil DS3 à DS5 pour une direction de rotation du dispositif à entraîner, par exemple dans le cas d'une vanne, pour l'ouverture de celle-ci, et trois éléments détecteurs de seuil DS6 à DS8 pour l'autre sens de rotation, c'est-à-dire pour la fermeture de la vanne. Les six éléments détecteurs sontagences de la même manière que les détecteurs de seuil DS1, DS2 (figure 2). La représentation des éléments détecteurs DS3 à DS8 > est schématique. il ressort de la figure qu'une entrée de ces éléments détecteurs est reliée à la sortie de l'amplificateur Al du transducteur 10. il faut imaginer qu'une deuxième entrée de chaque élément détecteur, qui n' est pas représentée, est reliée à un diviseur de tension par exemple identique au diviseur de tension DT1, DT2 (figure 2) pour permettre l'établissement de la valeur de seuil différente pour chaque élément détecteur. Chacun de ces éléments détecteurs de seuil est pourvu d'un moyen de réglage du couple de basculement MR. Le dispositif détecteur suivant la figure 3 comprend en outre deux éléments détecteurs de position DP1, DP2 de la course de l'arbre de sortie du moteur. Ces éléments détecteurs de position sont agencés de la même manière que les éléments détecteurs de seuil DS3 à DS7. Chacun comprend donc un diviseur de tension réglable pour l'établissement d'une valeur de seuil (non représenté) et des moyens de réglage de la course MR. Une entrée de chaque élément DP1, DP2 est reliée au curseur d'un potentiomètre PT3 dont le déplacement est représentatif de la rotation de l'arbre du moteur. Les sorties des éléments détecteurs de seuil DS3 à DS5 et des éléments détecteurs de position DP1 et DP2; d'une part, et des éléments détecteurs DS6 à DS?- et DP1,DP2 d'autre part sont reliés par des circuits logiques pour pouvoir réaliser respectivement des courbes caractéristiques de seuil A, B en fonction de la course C du moteur, qui sont représentées à la figure 6. Ces courbes illustrent les couples auxquels le dispositif détecteur est déclenché et produit à ses sorties BSA et BSB un signal positif ou négatif suivant la direction de rotation de l'arbre du moteur. Pour pouvoir réaliser ces courbes, les sorties des éléments détecteurs de seuil DS3, DS4, DS5 sont reliées respectivement-par des résistances R3, R4,R5 en série avec des diodes D3, D4, D5 à la borne de sortie ESA. Les cathodes de ces diodes sont connectées à cette borne. Les sorties des éléments détecteurs DS6, DS7, DS8 sont reliées respectivement par des résistances R6, R7, R8 et des diodes D6, D7, D8 à la borne de sortie BSB, cette dernière étant mis aux anodes des diodes. Le point de jonction de la résistance R3 et de la diode D3 est relié, d'une part, par une diode D9 à la sortie de l'élément détecteur de position DP1 et,d'autre part, par un montage en série d'un inverseur IN1 et d'une diode D10 à la sortie de l'élément détecteur de position DP2. Les diodes D9 et D10 sont polarisées de telle manière que leurs anodes sont connectées au point de jonction. Le point de jonction des résistances R5 et de la diode D5 est connecté à l'anode d'une diode D11 dontla cathode est reliée à la sortie de l'élément détecteur DP2. Le point de jonction de la résistance R6 et de la diode D6 est relié par une diode D12 à la sortie de l'élément détecteur DP1. Enfin, le point de jonction de la résistance R8 et de la diode D8 est relié, d'une part, à la cathode D13 dont l'anode est connectée par un inverseur IN2 à la sortie de l'élément détecteur DP1, et, d'autre part, à la cathode d'une diode D14 dont l'anode est mise à la sortie de l'élément détecteur DP2. Pour compléter la description de la figure 3, il est encore à noter que les deux bornes de sortie BSA et BSB du détecteur de seuil sont reliées respectivement aux deux entrées du dispositif de commande 12 destiné à agir sur le moteur 1. Le détecteur de seuil suivant la figure 3 fonctionne de la manière suivante: Les deux éléments détecteurs de position DP1 et DP2 déterminent les deux positions P1 et P2 de la course du moteur, illustrées à la figure 5. Au passage de la position de seuil la sortie de chaque élément passe d'un potentiel négatif à un potentiel positif. Les trois éléments détecteurs de seuil DS3 à DS5 définissent les trois seuils S3 à S5 pour un sens de rotation, tandis que pour l'autre sens de rotation, trois seuils S6 à S8 sont déterminés par les éléments détecteurs DS6 à DS8 (figure 6).Quand le signal à l'entrée du détecteur de seuil est inférieur à la valeur de seuil respectif, les bornes de sortie BSA et BSB présentent l'état "O". Par contre, quand la valeur de seuil respectif est atteinte, les sorties BSA et BSB passent respectivement à un potentiel positif et un potentiel négatif. Bien entendu, dans ce cas les éléments détecteurs DS6 à DS8 sont agencés de façon que leurs sorties deviennentnégatives lors de l'atteinte de la valeur de seuil. il ressort de la figure 6, que les courbes A et B comportent trois portions a, b, c de seuil différent. Un changement de seuil a lieu aux positions P1 et P2. En se reportant à la courbe A, on constate que dans la portion a le seuil effectif 84 est le seuil le plus élevé. C'est donc l'élément détecteur DS4 qui est en service. Les éléments détecteurs DS3 et DS5 sont bloqués du fait que les sorties des éléments détecteurs DP1 et DP2 sont à l'état "O" et que les diodes D9 et D11 sont passantes. Dans la portion b caractérisée par un potentiel positif à la sortie de l'élément DP1 et par l'état "O" à la sortie de l'élément DP2, seul l'élément détecteur DS5 est bloqué et DS3 peut déterminer le seuil S3, c'est-à-dire le seuil le plus faible. Dans la portion c les sorties des deux éléments détecteurs DP1 et DP2 présentent un potentiel positif. Le seuil 55 du dispositif détecteur est déterminé par l'élément DS5. A cette fin, il est nécessaire que l'élément détecteur DS3 soit bloqué. Ce résultat est produit par l'inverseur IN1 qui produit un état "O" à la cathode de la diode DIO qui maintient l'anode de la diode 3 à l'état 0. De façon analogue, dans l'autre sens de rotation du moteur illustré par la courbe B suivant la figure 6, dans la portion c les éléments détecteurs DS6 et DS8 sont bloqués par les diodes D12 et D14. il est à noter que les éléments détecteurs DP1 et DP2 présentent à leur sortie un potentiel positif. Dans la portion b l'élément détecteur DS8 est libéré, car la sortie de l'élément détecteur DP2 est négative, ce qui provoque le blocage de la diode 14.La sortie de l'élément détecteur DP1 étant toujours positive, la diode D12 bloque l'élément détecteur DS6. Par contre dans la partie a où la sortie de l'élément détecteur DP1 est redevenue négative, la diode D12 est bloquée et libère l'élément détecteurDT5. Par contre l'inverseur IN2 provoque l'état "O" à l'anode de la diode D13. il en résulte le blocage de l'élément détecteur DS8. La figure 4 montre un autre mode de réalisation de l'invention qui comprend un détecteur de seuil présentant un très grand nombre de niveaux de seuil différents au cours de la course de l'organe mobile du moteur. Ce mode de réali- sation comprend essentiellement une mémoire M1 dans laquelle sont emmagasinées les différentes valeurs de seuil en fonction des positions de l'arbre du moteur. Un comparateur avantageusement formé par un ordinateur O compare les signaux de couple produits par le transducteur 10 et les signaux representatifs des positions de l'arbre du moteur et produites par le potentiomètre PT3aux informations stockees dans la mémoire'M1 et agit sur le moteur 1, par l'intermédiaire du dispositif de commande 12 en fonction des résultats des opérations de comparaison.A l'aide de l'ordinateur O formé par exemple par un microprocesseur on peut réaliser des courbes caractéristiques A, B de la figure 7. Dans ce cas, à chaque position de l'arbre du moteur correspond un seuil spécifique. On comprend que dans les modes de réalisation suivant les figures 3 et 4 la valeur de couple limite peut être choisie de façon à être toujours relativement proche du couple de consianesc'est-à-dire du couple que le moteur doit transmettre au dispositif utilisateur en régime de fonctionnement normal. En cas d'une anomalie dans le fonctionnement du dispositif utilisateur, déjà détectable sous forme d'une augmentation du couple produit par le moteur, relativement faible,le détecteur peut agir sur le moteur en conséquence. il est évident que ces mesures permettent de réduire au minimum les contraintes auxquelles sont exposés le dispositif utilisateur et le moteur. Cet entraînement"en douceur" du dispositif utilisateur présente un avantage considérable car il assure au dispositif une longue durée de vie et apporte une sécurité du fonctionnement étant donné que toute anomalie est détectée rapidement avant que des dégats éventuels importants peuvent se produire. Les anomalies sont donc maintenues à un stade où elles peuvent etre facilnmPJléélimirlées. A ces avantages s'ajoute encore que les moyens pour la réalisation de l'invention sont très simples. Bien entendu les trois modes de réalisation qui viennent d'être décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemple et de nombreuses variantes peuvent être apportées à cez ci. Les différents détecteurs peuvent être d'une autre nature et les potentiels électriques peuvent être différents. Les fonctions logiques peuvent être réalisées par d'autres moyens. Quant au transducteur, il pourrait être formé par un bras rigide dont l'extrémité libre pourrait être reliée à un curseur d'un potentiomètre, ce qui assurerait également l'obtention de tensions électriques proportionnell's au couples produitspar le moteur. il n'est également pas exclus d'utiliser à titre de transducteur des éléments piezo- électriques. REVENDICATIONS 1. Procédé de limitation du couple produit par un dispositif moteur et destiné à entraîner en mouvement un dispositif utilisateur, suivant lequel on maintient le couple à l'intérieur d'une plage de couples prédéterminés admissibles,defini par des couples seuil > caractérisé en ce que l'on fait varier le seuil en fonction de la course de l'organe d'entraînement du moteur pour qu'il ne dépasse le couple nécessaire à l'entraînement du dispositif utilisateur que d'une valeur prédéterminée désirée. 2. Système de limitation du couple produit par un dispositif moteur et destiné à entraîner en mouvement un dispositif utilisateur, par l'organe d'entraînement du moteur, tel qu'un arbre rotatif, du type comprenant un capteur du couple d'entraînement, un détecteur de seuil destiné à produire un signal notamment électrique lorsque le couple d'entraînement atteint une valeur de seuil prédéterminée et un dispositif de commande du moteur en fonction du signal de sortie du détecteur, caractérisé en ce que le capteur (10) est adapté pour produire des signaux électriques proportionnels auxcouplesd'entrainement et que le détecteur de seuil (11) est formé par un dispositif comparateur à une entrée duquel sont appliqués les signaux proportionnels auxcoupln d'entraîne- ment, une autre entrée du comparateur recevant un signal représentatif d'une valeur de seuil. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur de seuil (îîÙest agencé de façon que son seuil (S1 à S8) soit variable en fonction de la course (C) de l'organe d'entraînement du moteur. 4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le détecteur de seuil comprend plusieurs éléments détecteurs de seuil (S3 à S5) ou (S6 à S8) et au moins un détecteur (DP1) ou (DP2) d'une position prédéterminée de la course de l'organe d'entraînement (6) du moteur, les sorties des éléments détecteurs de seuil et du détecteur deposition étant reliées sous forme d'un circuit logique pour assurer un changement de seuil lors de la détection de la position (P1, P2) prédéterminée de l'organe d'entraine- ment du moteur. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit logique comprend des moyens (D9 à D14, IN1, IN2) permettant de bloquer les éléments détecteurs de seuil (DS3, DS5; DS6, DS8), dont le seuil (S3, S5, S6, S8) est inférieur au seuil (S4,S7) le plus élevé du détecteur. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour un détecteur comprenant trois éléments détecteurs de seuil (DS3 à DS5) ou (DS6 à DS8) et deux éléments détecteurs de position (DP1, DP2), produisant une courbe à trois seuils (S3,S4, S5) ou (S6, S7, S8) dont le seuil le plus faible est situé dans la partie médiane (b), le circuit logique est formé par des diodes (D9 à D14) agencées de façon à bloquer les sorties des éléments détecteurs de seuil en fonction des sorties des éléments détecteurs de position pour laisser libre que l'élément détecteur déterminant le seuil effectif. 7. Système selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le détecteur de seuil comprend un dispositif pourvu d'une mémoire (M1) des coordonnées relatives à l'allure de la courbe des couplesde seuil en fonction de la course de l'organe d'entrainement (6) du moteur et un comparateur (O) des couples captés aux couples mémorisés. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le comparateur (0) est formé par un microprocesseur. 9. Système selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le capteur est formé par une lame élastiquement déformable (9), qui est maintenue fixe à une extrémité et dont l'autre extrémité est reliée à un élément (7) associé à l'organe d'entraînement- (6) du moteur et mobile en fonction du couple d'entrainement, cette lame portant des jauges de contrainte (J1 à J4). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les jauges de contrainte sont agencées pour former un pont de Wheatstone. 11. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en coque le capteur est formé par un bras rigide qui est relié par une extrémité à un élément (7) associé à l'organe d'entrainement du moteur (6) et mobile en fonction du couple d'entralnement et en ce que l'extré- mité libre du bras est reliée au curseur d'un potentiomètre, qui forme la sortie du capteur (10).