Brevet FR2562298A1 — publié le 19851004

Procédés et dispositifs pour transmettre des impulsions d'un émetteur à un récepteur dont l'un est statique et l'autre tournant. La présente invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour transmettre des impulsions d'un émetteur à un récepteur dont l'un est statique et l'autre tournant. Le secteur technique de I'invention est celui de la construction des circuits de transmission d'impulsions optiques et/ou électriques. I1 existe de tres nombreux cas où l'on doit transmettre des signaux impulsionnels,généralement électriques ,d'un appareil émetteur vers un appareil récepteur dont l'un est fixe et l'autre est tournant. A titre d'exemple, une machine tournante entraînée par un moteur électrique peut comporter des capteurs liés aux parties tournantes, par exemple des capteurs de température du rotor du moteur, qui émettent des informations numériques sous forme d'impulsions binai mf qui.loivent être transmises à un appareil récepteur, par exemple un microprocesseur qui pilote automatiquement une installation. Inversement, il est fréquent que des ordres provenant d'une unité de pilotage centrale doivent être transmis sous forme dtimpul- sions aux parties en mouvement des machines tournantes. Dans tous ces cas, des impulsions doivent être transmises entre un organe statique et un appareil tournant. Dans le cas où les impulsions sont électriques on les transmet habituellement par l'intermédiaire d'un collecteur composé de balais conducteurs qui frottent sur une surface conductrice tournante. La transmission d'impulsions par l'intermédiaire d'un collecteur tournant présente des défauts. En effet, le contact entre les balais et la surface du collecteur n'est pas toujours très bon et donne naissance à des impulsions parasites qui se superposent aux impulsions à transmettre et qui risquent donc de conduire à des erreurs de transmission de signaux et à des commandes intempestives. De plus, les balais s'usent rapidement et ils doivent être remplacés fréquemment. On ne connaît à ce jour aucun dispositif capable de transmettre des impulsions optiques entre un organe statique et un organe tournant alors que la transmission d'informations numériques par le canal des fibres optiques tend à se développer. Un objectif de la présente invention est de procurer des moyens permettant de transmettre des impulsions optiques qui sont véhiculées par des fibres optiques d'un émetteur à un récepteur d'im pulsions optiques dont l'un est fixe et l'autre est solidaire du rotor d'une machine tournante. Un autre objectif de la présente invention est de procurer un coup leur optique qui remplace un collecteur à balais pour transmettre des impulsions électriques entre un organe statique et un organe tournant ou inversement. Les objectifs de l'invention sont atteints par un procédé pour transmettre un train d'impulsions optiques au moyen de fibres optiques entre un émetteur et un récepteur d'impulsions optiques dont l'un est statique et l'autre est solidaire d'un arbre tournant, lequel procédécomporte les opérations suivantes - on monte en bout dudit arbre tournant un rotor placé a l'intérieur d'un stator; - on engage dans un alésage dudit arbre tournant une premiere fibre optique qui rejoint ledit appareil récepteur ou émetteur lié audit arbre tournant; - on enroule ladite fibre optique autour dudit rotor de telle sorte qu'elle fasse au moins une boucle placée dans un plan perpendiculaire à l'axe dudit rotor;; - et'on fixe sur le stator, dans le plan de ladite boucle, au moins un embout comportant l'extrémité d'une deuxieme fibre optique qui rejoint ledit appareil émetteur ou récepteur statique De préférence, ledit embout est rectiligne et il forme avec la tangente à ladite boucle orientee dans le sens de circulation des impulsions un angle compris entre 0 et 300 et, de préférence, de l'ordre de 100. Avantageusement les fibres optiques qui sont enroulées en boucle autour du rotor comportent au moins un méplat situé tout le long de la génératrice interne et/ou de la génératrice externe des parties de fibres formant les boucles. Un dispositif selon l'invention sert à transmettre au moins un train d'impulsions optiques d'un émetteur à un récepteur dont l'un est statique et l'autre est solidaire dlun arbre tournant. Un appareil selon l'invention comporte au moins un rotor qui est monté en bout dudit arbre tournant et qui comporte au moins une gorge périphérique circulaire située dans un plan perpendiculaire à l'axe du rotor, au moins un stator qui délimite un alésage à l'inte- rieur duquel tourne un desdits rotors,au moins une première fibre optique tournante qui est engagée dans une desdites gorges à l'intérieur de laquelle elle forme au moins une boucle complet et au moins une deuxième fibre optique statique qui est engagée dans un embout qui traverse obliquement ledit stator et qui débouche dans ledit alésage lequel embout se situe dans le plan contenant une desdites gorges qui est perpendiculaire à l'axe du rotor. L'invention a pour résultat de nouveaux dispositifs transmetteurs d'impulsions qui permettent de transmettre un ou plusieurs trains d'impulsions optiques entre deux appareils, ltun émetteur et l'autre récepteur, dont l'une est fixe et dont l'autre est solidaire du rotor d'une machine tournante. Un dispositif selon l'invention permet également de transmettre un ou plusieurs trains d'impulsions électriques entre un émetteur et un récepteur d'impulsions électriques dont llun est fixe et l'autre est solidaire du rotor d'une machine tournante. Il suffit pour cela de convertir les impulsions électriques en impulsions optiques au moyen d'un convertisseur opto-électronique de tout type connu, puis de transmettre les impulsions optiques de la partie statique à la partie tournante ou inversement au moyen d'un coupleur optique selon l'invention et enfin de reconvertir à nouveau les impulsions optiques en impulsionsélectriques. Un coupleur optique selon l'invention qui transmet les impulsions par voie optique peut transmettre des impulsions à tres haute ou ultra haute fréquence, par exemple des impulsions dans les bandes des mégahertz. A la différence des collecteurs électriques qui nécessitent un contact électrique entre des balais et la surface du collecteur, un coupleur optique selon l'invention ne comporte aucune partie fixe frottant sur une surface tournante et donc aucun risque de production d'impulsions parasites dues à des mauvais contacts, ni aucune usure de pièces par frottement. Un coupleur optique selon l'invention peut être monté sur n importe quelle machine tournante, quelle que soit la vitesse de rotation de celle-ci. Par rapport à un dispositif qui utiliserait une fibre optique tournante axiale, placée dans l'axe de l'arbre tournant pour transmettre des impulsions optiques à une fibre optique fixe alignée avec la fibre tournante, un capteur optique selon l'invention présente l'avantage de pouvoir transmettre simultanément plusieurs trains d'impulsions alors qu'un dispositif axial est forcément limité à une seule voie. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractere limitatif, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'un dispositif coupleur selon l'invention. La figure 2 est une vue éclatée, en perspective, d'un élément d'un dispositif selon l'invention. La figure 3 est une vue en élévation d'un rotor de coupleur selon l'invention. La figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 3. Les figures 5 et 6 sont des coupes partielles à grande d- chelle selon V-V de la figure 4. Les figures 7 et 8 sont des coupes axiale et transversale du stator. La figure 9 est une coupe axiale du rotor. La figure 10 est un schéma d'un coupleur selon l'invention pour transmettre des impulsions électriques. La figure 1 représente, à titre d'exemple, une machine tournante 1, par exemple un moteur électrique ou tout autre organe tournant, qui est équipé 'un arbre tournant 2. Elle représente également un organe statique 3, par exemple un ordinateur ou un appareil de contrôle. Le probleme à résoudre est de transmettre des impulsions, par exemple des impulsions électriques, entre un émetteur et un récepteur d'impulsions dont l'un la est lié au rotor de la machine 1 et l'autre 3a fait partie de 11 appareil statique 3. La figure 1 représente un exemple dans lequel l'émetteur émet des impulsions électriques qui sont reçues par un récepteur élec- trique ou électronique. En variante, l'émetteur peut émettre des impulsions optiques qui sont reçues par un récepteur optique ou électronique. On monte en bout de l'arbre 2 un dispositif coupleur selon l'invention qui comporte un bati 4, supportant un stator 5, qui est formé de plusieurs éléments juxtaposés. Dans l'exemple représenté, le nombre de voies de transmission d'impulsions est égal à deux et le dispositif comporte deux éléments identiques juxtaposés, respectivement 5a et 5b. En variante, le nombre d'éléments peut être inférieur au nombre de trains d'impulsions et, dans ce cas, un même élément peut transmettre plusieurs trains d'impulsions sur des voies séparées. Les impulsions arrivantàoupartant de l'appareil statique 3 sont dans cet exemple, des trains d'impulsions électriques. Chaque train est véhiculé par un conducteur électrique et les différents conducteurs forment un câble 6. Le câble 6 arrive sur un convertisseur opto-électronique multivoies 7, par exemple un convertisseur à diodes électroluminescentes, qui transforme chaque train d'impulsions électriques en un train d'impulsions optiques de même fréquence, laquelle peut être une fréquence très élevée, de l'ordre du mégahertz. Chaque train d'impulsions optiques est véhiculé par une fibre optique, par exemple par les deux fibres optiques 8a et 8b dans le cas de la figure 1. Chaque fibre optique aboutit sur un embout optique 9a, 9b qui pénètre à l'intérieur de l'un des deux stators 5a et 5b. Chaque élément du stator comporte un corps cylindrique creux, respectivement iOa et 10b, avec un méplat lia et ilb sur une partie de la génératrice supérieure. Le corps cylindrique est placé entre deux brides,respectivement les brides 12a et 13a et 12b et 13b, et les différents éléments sont juxtaposés et assemblés entre eux et avec le bâti 4 par des tirants filetés 14. Chaque stator élémentaire 5a, 5b contient un rotor qui est monté en bout de l'arbre 2 et qui est entraîne en rotation avec celui-ci et ce rotor prend appui sur le stator correspondant par l'intermédiaire de deux roulements qui assurent un parfait centrage du rotor dans le stator et qui maintiennent axialement le rotor avec une tres grande précision. La figure 2 est une vue éclatée de l'un des éléments qui composent un dispositif selon l'invention, par exemple de l'élément 5a. On retrouve sur cette figure le corps cylindrique creux 10a équipé de deux brides 12a et 13a et d'un méplat lia. Le corps 10a est percé d'un canal 15 qui débouche obliquement dans l'alésage axial 16. On voit le connecteur optique 9a qui est un embout creux dans lequel pénètre une fibre optique 8a. Le connecteur 9a contient un bout de fibre 8'a. Lorsque le connecteur 9a est engagé dans le canal 15, l'extrémité de la fibre 8'a se trouve placée à la périphérie de l'alésage axial 16. On voit sur la figure 2 un rotor cylindrique 17 qui est monté en bout de l'arbre 2 et qui est entraîné en rotation par celui-ci, par exemple par l'intermédiaire d'une clavette 18c. Le rotor 17 comporte une partie centrale 17a qui a un diamètre externe légerement inférieur au diametre de l'alésage 16. Cette partie centrale-est placée entre deux tourillons 18a, 18b qui servent de support aux bagues tournantes de deux roulements 19a et 19b. Lorsque l'élément est monté, le-rotor 17 et les deux roulements 19a et 19b sont engagés à l'intérieur du stator 5. Le rotor 17 comporte un canal ou une saignée 19 parallele a l'axe: w-x1.1qui se trouve placé dans le prolongement d'un canal percé à travers l'arbre 2, dans lequel passe une fibre optique 20 qui rejoint l'appareil émetteur ou récepteur d'impulsions situe sur le rotor de la machine tournante 1. La fibre optique 20 pénètre dans un connecteur optique 21 qui est placé dans le canal 19. Une deuxième fibre optique 22 solidaire du rotor, part du connecteur 21. La fibre optique 22 passe dans une saignée ou dans un perçage oblique qui relie la périphérie du rotor 17a au canal 19. Elle est logée dans une gorge 23 -creusée à la périphérie du rotor dans un plan perpendiculaire à l'axe x xl et elle fait au moins un tour complet à l'intérieur de ladite gorge 23. L'embout 9a contenant. l'extrémité de la fibre optique statique 8'a se trouve placée dans le plan de la gorge 23 contenant la fibre optique tournante 22, de sorte que pendant la rotation du rotor, l'extrémité de la fibre optique statique 8'a se trouve placée constamment en regard de la boucle constituée par la fibre optique tournante 22. La figure 3 est une vue en élévation d'un rotor 17a, 18a, 18b sur laquelle on voit le canal 19 parallèle à l'axe dans lequel est placé le connecteur optique 21 et duquel part la fibre optique 22 qui rejoint la périphérie du rotor 17a par une saignée. La fibre optique 22 pénètre dans une gorge 23 ayant une section en demi-cercle qui est creusée à la périphérie du rotor. La figure 5 est une coupe axiale partielle à plus grande échelle, sur laquelle on voit la fibre optique 22 placée: dans une gorge circulaire 23 ayant un diamètre légèrement supérieur à celui de la fibre et la fibre fait une boucle complète dans la gorge 23. En variante, dans le cas où la fréquence des impulsions est inférieure à 1 MHz, la gorge 23 peut avoir un diamètre supérieur à celui de la fibre, de sorte que la fibre forme plusieurs boucles juxtaposées ou superposées dans la gorge 23. On voit sur la figure 5 que le tronçon de fibre optique formant la ou les boucles circulaires est tronqué tout le long de la génératrice interne pour former un méplat 24. En variante, ce méplat peut être placé le long de la génératrice externe ou bien la fibre optique peut comporter deux méplats 24a et 24b situés lé long des deux génératrices interne et externe, tout au long des boucles, comme le représente la figure 6. Ce ou ces méplats servent à faire sortir tangentiellement la lumière de la fibre optique circulaire vers la fibre optique rectiligne statique. Inversement, lorsque les impulsions lumineuses proviennent de la fibre optique astatique 8'a, ces méplats fait entrer la lumière à l'intérieur de la fibre optique tournante. On voit sur les figures 5 et 6 que les méplats sont localisés sur la longueur des fibres optiques formant une boucle circulaire. La figure 4 représente une coupe selon IV-IV de la figure 3. On droit sur cette figure la boucle circulaire formée par la fibre 22. La figure 4 représente la fibre optique statique 81a placée à l'intérieur de l'embout 9a qui traverse le stator et qui débouche dans l'alésage axial de celui-ci. L'embout 9a se trouve dans le plan de la gorge 23 contenant la boucle de fibre tournante 22. On a représenté par des flèches le sens de déplacement des impulsions optiques dans le cas où celles-ci arrivent dans là fibre tournante et sont transmises à la fibre statique. Dans le cas inverse où les impulsions arrivent par la fibre statique Dour être transmises à la fibre tournante, les sens de déplacement des impulsions sont inverses. On a représenté la tangente T à la boucle circulaire au point placé dans l'alignement de l'axe de l'embout 9a et on a orienté celle-ci dans le sens de circulation des impulsions. On voit sur cette figure que l'axe de l'embout 9a et donc de la fibre statique 8'a forme avec la tangente orientée T un angle aigu a qui est compris entre Oc et 300 et qui est préférentiellement, de l'ordre de 100, car cette valeur est celle qui conduit au meilleur coeffIcient de transmission des impulsions optiques. La figure 7 est une coupe axiale d'un stator Sa sur laquelle on voit le corps creux 10a qui est placé entre les deux brides 12a et 13a et qui définit un alésage axial 16 dans lequel se loge le rotor 17a et deux contre-alésages 25a et 25b dans lesquels sont logés les roulements 19a et 19b. La figure 8 est une coupe transversale selon VIII-VIII de la figure 7. On voit sur cette figure 11 embout 9a qui est engagé obliquement à travers le méplat lia et qui forme un angle aigu a avec la tangente T à l'alésage 16. La figure 9 est une coupe axiale d'un rotor 17a sur laquelle on voit le trajet de la fibre tournante 22 qui part du connecteur 21 placé dans le fond d'une saignée 19 et qui rejoint la périphérie du rotor par un perçage oblique ou par une saignée,puis qui tourne autour de la périphérie pour faire au moins une boucle complète dans un plan perpendiculaire à l'axe x x1. La figure 10 est un schéma d'un dispositif selon l'invention pour transmettre des impulsions électriques provenant d'un émetteur 26 à un récepteur d'impulsions électriques 27, dont l'un, par exemple l'émetteur 26, est fixe et l'autre est solidaire du rotor d'une machine tournante. L'émetteur ou récepteur statique 26 est relié par un ou plusieurs conducteurs électriques 28 à un convertisseur opto-électronique statique 29, qui comporte une ou plusieurs voies, chaque voie convertissant un train dtimpulsions électriques en un train d'impulsions optiques de même fréquence. Chaque train d'impulsions optiques est transmis par une fibre optique 30 à un dispositif coupleur 31 selon l'invention, qui transmet chaque train d'impulsions optiques d'une fibre statique 30 à une fibre tournante 32, située -dans l'arbre du rotor de la machine tournante ou inversement. Chaque fibre 32 est connectée sur un convertisseur opto-électronique multivoies33quiestsolidairede l'arbre tournant et qui transforme le train d'impulsions optiques en un train d'impulsions électriques de même fréquence, qui sont véhiculées par un conducteur électrique 34 jusqu'a l'émetteur ou récepteur tournant 27. La figure 10 illustre un exemple dans lequel l'émetteur 26 émet des impulsions électriques et le récepteur 27 reçoit des impulsions électriques. En variante, un seul des appareils 26 ou 27 pourrait émettre ou recevoir des impulsions électriques, tandis que l'autre serait un appareil optique et, dans ce cas, on utiliserait un seul convertisseur opto-électronique 29 ou 33. REVENDICATIONS 1. Procédé pour transmettre un train d'impulsions optiques au moyen de fibres optiques, entre un émetteur (la) et un récepteur (3a) d'impulsions optiques, dont l'un est statique et l'autre est solidaire d'un arbre tournant (2), caractérisé en ce que - on monte en bout dudit arbre tournant (2) un rotor (17) place à I'intérieur d'un stator (lova, 10b); - on engage dans un alésage dudit arbre tournant une première fibre optique (22) qui rejoint ledit appareil récepteur ou émetteur lié audit arbre tournant; - on enroule ladite fibre optique (22) autour dudit rotor, de telle sorte qu'elle fasse au moins une boucle placée dans un plan perpendiculaire à l'axe dudit rotor;; - et on fixe sur le stator, dans le plan de ladite boucle, au moins un embout (9a) comportant l'extrémité d'une deuxième fibre optique -(8a, 8'a) qui rejoint ledit appareil émetteur ou récepteur statique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits embouts (9a) sont rectilignes et ils forment, avec la tangente à ladite boucle orientée dans le sens de circulation des iz- pulsions, un angle aigu (a) compris entre 0 et 300 et, de préférence, de l'ordre de 100. 3. Procédé selon- l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite fibre optique comporte, dans la partie enroulée en boucle autour rotor, au moins un méplat (24, 24a, 24b), situé tout le long de la génératrice interne et/ou de la génératrice externe de la fibre. 4. Procédé pour transmettre un train d'impulsions électriques entre un appareil émetteur (26) et un appareil récepteur (27) d'impulsions électriques, dont l'un est statique et l'autre est solidaire d'un arbre tournant, caractérisé en ce que l'on convertit les impulsions électriques émises par l'émetteur (26) en impulsions optiques au moyen dJun convertisseur opto-électronique (29), on transmet les impulsions optiques entre l'organe statique et ledit arbre tournant ou inversement par un procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et on reconvertit les impulsions optiques en impulsions électriques au moyen d'un deuxième convertisseur opto-électronique (33). 5. Dispositif coupleur optique pour transmettre au moins un train d'impulsions optiques d'un émetteur (la) à un récepteur d'impulsions (3a), dont l'un est statique et l'autre est solidaire d'un arbre tournant (2), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un rotor (17) qui est monté en bout dudit arbre tournant (2) et qui comporte au moins une gorge périphérique circulaire (23), située dans un plan perpendiculaire à l'axe (x xl) du rotor, au moins un stator (5 a) qui délimite un alésage (16), à l'intérieur duquel tourne un desdits rotors, au moins une première fibre optique tournante (22) qui est engagée dans une desdites gorges (23), à l'intérieur de laquelle elle forme au moins une boucle complète et au moins une deuxième fibre optique statique (8a, 8'a) qui est engagée dans un embout (9a) qui traverse obliquement ledit stator (5 a) et qui débouche dans ledit alésage (16), lequel embout (9a) se situe dans le plan, contenant une-desdites gorges (23), qui est perpendiculaire à l'axe (x xl) du rotor. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérise en ce que lesdits embouts (9a) sont rectilignes et leur axe,orienté dans le sens de circulation des impulsions optiques, forme avec la tangente à la gorge située dans le même plan et orientée dans le sens de circulation des impulsions optiques, un angle aigu (a) compris entre 0 et 300 et, de preference, de l'ordre de 100. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la partie de chacune desdites fibres optiques tournantes, qui est située dans une desdites gorges (23), comporte au moins un méplat (24), le long de la génératrice interne et/ou externe. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le rotor et le stator sont divisés en élé- ments juxtaposés et chaque élément comporte deux roulements (19a, 19b), qui sont montés à l'intérieur de chaque stator élémentaire (lOa) et chaque rotor élémentaire comporte un corps central (17a) placé entre deux tourillons (18a, 18b) qui sont engagés chacun dans l'un desdits roulements. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte plusiseurs éléments juxtaposes et chaque stator élémentaire comporte un corps creux central (10a) placé entre deux brides (12a, 13a) et les stators élémentaires sont reliés entre eux par des tirants filetés (14) qui traversent lesdites brides. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que ledit arbre (2) et lesdits rotors (17) comportent un ou plusieurs canaux parallèles à l'axe à l'intérieur de chacun desquels passe une fibre optique (20) reliant chaque rotor élémentaire (17) audit appareil émetteur ou récepteur solidaire de l'arbre tournant. 11. Dispositif coupleur pour transmettre des impulsions électriques d'un émetteur d'impulsions électriques (26) à un récepteur d'impulsions électriques (27) dont l'un est fixe et l'autre est solidaire d'un arbre tournant (2), caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur optique (31) selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, qui est relié par deux fibres optiques (30, 32) à deux convertisseurs opto-électroniques (29, 33) dont l'un est fixe et l'autre est solidaire dudit arbre tournant et chacun desdits convertisseur est relié par un conducteur électrique (28, 34) respectivement audit émetteur (26) et audit récepteur (27).