Brevet FR2612634A1 — publié le 19880923

La présente invention est relative à un dispositif appelé aussi couplemètre pour la mesure de la torsion d'un arbre. Un couplemètre de type connu est représenté dans la figure 1. Il comprend une portion d'arbre 1 et permet de mesurer la torsion existant entre deux sections A et B de cet arbre, ces~sections étant disposées à proximité des extrémités de la portion d'arbre 1. Aux sections A et B sont calés les rotors 2 et 3 de deux alternateurs identiques ; les rotors sont associés respectivement à deux induits 4 et 5 fixés à une carcasse commune 6 reliée à l'arbre 1 par des paliers 7 et 8. Les induits 4 et 5 sont reliés électriquement par des connexions 9 et 10 à un comparateur de phase 11. Le déphasage mesuré est proportionnel à la torsion existant entre les sections A et B. Des brides 12 et 13 permettent d'insérer l'appareil dans une ligne d'arbres comprenant les arbres 14 et 15 munis de brides 16, 17. Le couple, exercé par un arbre menant 14 par exemple sur l'arbre mené est proportionnel à la torsion entre les points A et B. Le couple est donc proportionnel à la mesure du déphasage. Si N est la fréquence de rotation de l'arbre et n le nombre de paires de pôles des alternateurs, la fréquence des courants induits est nN ; soit f l'angle de torsion entre A et B ; le déphasage mesuré correspond à n Y mesuré à la fréquence nN. En supposant que la limite de précision du phasemètre soit le plus petit intervalle de temps dto séparant les ondes émises par les induits 4 et 5, le plus petit angle de torsion détecté est y o lié à dto par la relation dto 'eo 2N On voit que la mesure est d'autant plus difficile que la vitesse est plus grande ; or, cette dernière est imposée par le système à mesurer et ne peut être choisie. On peut envisager d'augmenter le sensibilité de l'appareil en diminuant la section de AB. Mais cette diminution fragilise la ligne d'arbre en induisant des fréquences critiques basses de torsion. Un but de la présente invention est de réaliser un couplemètre dont la sensibilité, à longueur d'arbre égal, est mulipliée par un facteur égal à plusieurs dizaines. L'invention a pour objet un couplemètre pour la mesure de la torsion entre une première et une seconde section d'un arbre caractérisé en ce qu'il comprend un élément allongé torsible parallèle à l'arbre s'étendant sensiblement de la première à la seconde section et fixé à l'arbre au droit de la seconde section, l'arbre portant, au niveau de la première section, des premiers moyens coopérant avec des seconds moyens portés par ledit élément pour créer dans un circuit magnétique porté par ledit élément lorsque l'arbre subit une torsion entre les première et seconde section, une variation de flux magnétique, un convertisseur pour transformer ladite variation de flux magnétique en une variation de tension électrique, des moyens pour asservir ladite variation de tension à rester nulle par torsion dudit élément et comprenant un circuit électronique commandant un moteur couple dont le rotor est solidaire dudit élément et le stator solidaire de l'arbre, ledit moteur couple étant alimenté par un transformateur tournant, et un appareil de mesure dudit courant d'alimentation dudit moteur couple, proportionnel à ladite torsion à mesurer. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les premiers moyens comprennent une couronne de 2n aimants de polarité alternée disposés à la périphérie de l'arbre, les seconds moyens comprenant une couronne en matériau magnétique possèdant n dents en regard des aimants. En variante, les premiers moyens comprennent une denture de n dents, les seconds moyens comprenant une couronne portant 2n aimants de polarité alternée en regard desdits aimants. Avantageusement, ledit élément est un tube coaxial à l'arbre et entourant ce dernier. L'invention est précisée par la description ci-après de deux modes de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma d'un couplemètre selon l'art antérieur, - la figure 2 est un schéma d'un couplemètre selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un schéma d'un couplemètre selon un deuxième mode de réalisation. La figure 1 a déjà été commentée. Le dispositif représenté dans la figure 2 comprend un élément torsible 22, tel qu'un tube, s'étendant coaxialement autour de l'arbre 21, sensiblement entre les sections A-et B entre lesquelles on veut mesurer la torsion. Le tube 22 est fixé à l'arbre au droit de la section (B), par une couronne 23. L'arbre porte, au niveau de la section A, une couronne 25 comprenant 2n aimants à polarité alternées. En face des aimants, fixée au tube 22, est placée une couronne 26, en matériau magnétique portant n dents 26A. Le flux des aimants passe dans la couronne 26 et se referme par un circuit magnétique fixé au tube 22 et comprenant un manchon 27, une couronne 29 et un entrefer 30. Sur le trajet du flux magnétique est placé un détecteur 28, par exemple du type à effet HALL, fournissant un signal électrique proportionnel à la variation de flux. Si une torsion intervient entre A et B, les dents 26A se décalent par rapport à la médiatrice des aimants ; il en résulte une variation de flux magnétique détectée par le convertisseur 28 et convertie en un signal électrique. Ce signal est utilisé pour commander un moteur qui, en appliquant une torsion au tube, va ramener les dents dans leur position initiale par rapport aux aimants. A cet effet, le moteur comprend par exemple un rotor solidaire de l'arbre 21 et formé de disques 32 munis d'aimants et un stator solidaire du tube 22 et formé de disques 33 munis de dents magnétiques et de bobinages. La référence 34 désigne le circuit magnétique du moteur. Les bobinages sont alimentés par un transformateur tournant ayant un primaire fixe 36, un secondaire lié à l'arbre 37 et un circuit magnétique 38-39. Le bobinage primaire est alimenté par une source alternative 40. Le courant de sortie du bobinage secondaire alimente les bobinages du moteur par l'intermédiaire d'un circuit de régulation 31 piloté par le signal émis par le détecteur 28. Le courant d'alimentation du circuit primaire du tranformateur 35 est mesuré par un appareil de mesure 41 ; il est proportionnel au couple fourni par le moteur, donc proportionnel au couple de torsion entre A et B. La figure 3 représente une variante de réalisation. Dans le dessin, les éléments communs aux figures 2 et 3 ont reçu les mêmes numéros de référence. Les aimants 42 sont implantées dans des disques liés au tube 22, en face de plateaux garnis de dents 41 et liés à l'arbre 21. Le flux se referme par un circuit magnétique 40. Une partie 46 des dents et une partie 47 des aimants sont utilises comme détecteur de flux. Les dents 42 sont entourées de bobines 48 alimentées comme précédemment par le secondaire 37 d'un transformateur tournant 35. Le reste de dispositif est identique à celui de la figure 2 et son fonctionnement est analogue. Le circuit de régulation, recevant le signal du détecteur 46-47 et fixant le courant des bobines, n'a pas été représenté par souci de clarté du dessin. Dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, on a utilisé un tube 22 comme pièce torsible. Il est bien entendu qu'on ne soit pas du cadre de l'invention en remplaçant le tube par un bras allongé torsible parallèle à l'arbre, ou par une pluralité de bras parallèles assemblés ou par un tube ajouré, etc... De même, les raccordements mécaniques des éléments respectivement liés à l'arbre et au tube peuvent être inversés. REVENDICATIONS 1/ Couplemètre pour la mesure de la torsion entre une première (A) et une seconde (B) section d'un arbre (21), caractérisé en ce qu'il comprend un élément (22) allongé torsible parallèle à l'arbre s'étendant sensiblement de la première à la seconde section et fixé à l'arbre au droit de la seconde section, l'arbre portant, au niveau de la première section, des premiers moyens (25) coopérant avec des seconds moyens (26A) portés par ledit élément, pour créer dans un circuit magnétique (26, 27, 29) porté par ledit élément lorsque l'arbre subit une torsion entre les première et seconde section, une variation de flux magnétique, un convertisseur (28) pour transformer ladite variation de flux magnétique en une variation de tension électrique, des moyens pour asservir ladite variation de tension à rester nulle par torsion dudit élément et comprenant un circuit électronique (31) commandant un moteur couple dont le rotor (32) est solidaire dudit élément et le stator (33) solidaire de l'arbre, ledit moteur couple étant alimenté par un transformateur (35, 36) tournant et un appareil de mesure (38) dudit courant d'alimentation dudit moteur couple, proportionnel à ladite torsion à mesurer. 2/ Couplemètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens comprennent une couronne (25) de 2n aimants de polarité alternée disposés à la périphérie de l'arbre, les seconds moyens comprenant une couronne en matériau magnétique possédant n dents (26A) en regard des aimants. 3/ Couplemètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens comprennent une denture de n dents, les seconds moyens comprenant une couronne portant 2n aimants de polarité alternéé en regard desdits aimants. 4/ Couplemètre selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le moteur couple est réalisé sous forme discale. 5/ Couplemètre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément allongé torsible est un tube (22) coaxial à l'arbre et entourant celui-ci. 6/ Couplemètre sleon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit tube (22) est fixé à l'arbre par une couronne (23).