Brevet FR2618503A1 — publié le 19890127

L'invention a pour objet un dispositif de transmission de forces permettant d'exercer un couple moteur déterminé sur un élément tournant tournant. Le dispositif de transmission selon l'invention peut être utilisé notamment pour maintenir tendu un câble s'enroulant sur un touret et relié à un point déplaçable relativement au touret. Une application particuLière du dispositif est par exemple le maintien en tension d'un câble reliant un navire et un point d'attache fixe ou deux navires en déplacement relatif l'un par rapport à L'autre. Un tel câble est utilisé par exemple dans des opérations dites de positionnement dynamique où un navire est maintenu en permanence par action de ses propulseurs à un emplacement sensiblement fixe. La détection des écarts par rapport à L'empLacement de référence est effectuée en mesurant les variations de l'inclinaison par rapport à la verticale drun câble maintenu en tension entre un emplacement fixe au fond de L'eau et un emplacement sur le navire. Pour que les variations de L'incLinaison du câble soient réellement significatives, il est nécessaire que sa tension reste bien constante et ceci en dépit des mouvements de piLonnement incessants du navire sous l'effet de la houle et des vagues. Un procédé connu pour maintenir en tension un cable tendu entre deux emplacements mobiles l'un par rapport à L'autre est décrit dans le brevet français 2.532.612. Il consiste à moufler le câble sur deux poulies déplaçables L'une par rapport à L'autre, l'axe de L'une étant soLidaire du corps d'un vérin à gaz, l'axe de L'autre étant solidaire de sa tige et à alimenter Les vérin en gaz sous pression constante de manière à exercer entre les pouLies une force d'écartement constante. Par ce procédé, Le câble est maintenu tendu tant que les déplacements relatifs des deux emplacements où il est fixé, n'excèdent pas le débattement normal du vérin. Un autre procédé pour maintenir un câble en tension est décrit dans le brevet français nO 2.123.523. Il consiste essentiellement à enrouler le câble sur un tambour entrainé en rotation par des moyens moteurs, par l'intermédiaire d'un embrayage à plateaux et disques de friction dont on peut faire varier le coefficient de transmission au moyen d'un système pneumatique agissant sur l'écartement des plateaux. Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté au maintien d'un couple moteur déterminé sur un élément pouvant tourner sur lui-même quel que soit le sens de sa rotation et de son mouvement, et donc capable de provoquer un glissement important dudit élément par rapport au moyens moteurs qui l'entrainent. Il est caractérisé en ce qu'il comporte un rotor de forme cylindrique, des moyens moteurs pour entrainer le rotor en rotation, une cavité axiale étant ménagée dans L'élément pour le rotor lequel comporte des moyens magnétiques pour créer des champs magnétiques dont les Lignes de force se referment au travers de l'espace annulaire séparant le rotor de l'élément et de- la poudre magnétisable étant disposée dans L'espace annulaire. Les moyens magnétiques peuvent comporter au moins un bobinage fixé au rotor et un générateur de courant électrique connecté à chaque bobinage, lequel est par exemple associé à un circuit magnétique, pour constituer au moins un ensemble disposé en couronne autour du rotor et solidaire de celui-ci, et des conducteurs électriques connectés par L'intermédiaire de moyens de connexion tournants au générateur de courant. Le dispositif peut comporter aussi un circuit de refroidissement du rotor par L'intérieur de celui-ci, et ledit élément peut être réalisé sous la forme d'un tambour sur lequel est enroulé un câble dont L'une des extrémités est par exemple attachée à un point de fixation dont La distance au tambour est susceptible de varier. Avec un tel agencement ou le rotor est disposé au centre et où les moyens magnétiques d'établissement du couple moteur Lui sont assujettiron peut donc alléger Itélément tournant et donc diminuer son inertie, ce qui est favorable à un ajustement rapide de sa vitesse lorsqu'un couple antagoniste lui est appliqué. La position du rotor à L'intérieur de l'élément est favorable également car elle permet de simplifier et de faciliter la réalisation du système de refroidissemnt à circulation de fluide. Lorsque l'élément est réalisé sous ta forme d'un tambour pour un câble, on évite ainsi tout emploi d'un touret extérieur et de moyens d'entrainement pour le relier mécaniquement à l'élément. Ceci contribue également à diminuer considérablement L'inertie de L'ensemble mécanique entrainé. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention apparaitront à La lecture de la description d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés où - la figure 1 représente une vue en coupe partielle du dispositif de transmission de forces à couplage magnétique; - la figure 2 montre un bras ou potence muni du dispositif de transmission qui permet de maintenir en tension un câble relié à un point fixe, en mouvement relatif par rapport au bras; et - la figure 3 représente une vue de dessus partielle du bras de la figure 2 qui montre le tambour sur lequel le câble est enroulé. Le dispositif comporte (fig. 1) un rotor 1 comprenant une partie cylindrique 2 pourvue d'une cavité intérieure 3, et un prolongement tubulaire 4 de section inférieure à celle de la cavité 3 et communiquant avec celle-ci. Autour de la partie cylindrique 2 sont disposés plusieurs ensembles magnétiques annulaires comportant chacun de façon classique un bobinage électrique S adapté à créer un champ magnétique lorsqu'il est parcouru par un courant électrique, enserré dans un circuit magnétique 6 canalisant les lignes de forces du champ magnétique créé. Les ensembles magnétiques sont coaxiaux et de préférence adjacents. Un ou plusieurs canaux sont ménagés dans l'épaisseur de la partie cylindrique 2 et de son prolongement 4 pour des conducteurs électriques 7 connectant les différents bobinages 5 à au moins deux bagues métalliques 8 fixées à la périphérie d'un manchon annulaire 9 réalisé en un matériau isolant. Autour des ensembles magnétiques 5, 6 est disposé un élément auquel il s'agit d'appliquer un couple moteur constant. Cet élément est par exemple un tambour 10 réalisé en un matériau magnétisable. Il est pourvu d'une cavité intérieure cylindrique 11 de section Légèrement supérieure à la section extérieure des éléments magnétiques 5, 6. Le tambour est muni de deux flasques opposés 12, 13. Le flasque 12 est pourvu d'une cavité axiale 14 dans laquelle est fixée l'arbre 15 d'un moteur 48 (fig. 2, 3). L'autre flasque 13 est pourvu d'un prolongement tubulaire 16 utilisé comme tambour pour un frein d'un type connu comportant des mâchoires 17 munies extérieurement de garnitures 18 et des moyens hydrauliques (non représentés) pour écarter les mâchoires 17 et les amener en contact avec le tambour. Les mâchoires sont reliées à une première pièce de support 19. Le prolongement tubulaire 4 du rotor est supporté par la pièce de support 19, par l'intermédiaire de roulements à billes 20. La pièce de support 19 comporte un épaulement annulaire 21 contre lequel est fixé par des boulons 22 un carter ou cloche 23. L'épaulement 21 comporte un passage radial à L'intérieur duquel est vissé un connecteur électrique étanche 24. Au travers de celui-ci passe un câble 25 dont les différents conducteurs 26 sont connectés électriquement à des balais 27 disposés sur un axe 28 fixé à la pièce de support 19, ces balais étant en contact électrique avec les bagues métalliques 8. Le câble 25 est connecté à un générateur de tension continue non représenté. La cloche 22 comprend une portée cylindrique 29 de section adaptée à La section du prolongement tubulaire 4 au voisinage de son extrémité opposée à la partie cylindrique 2. D'un côté de la portée cylindrique 29, le prolongement tubulaire comporte un orifice radial 30 et la paroi de ta cloche est percée d'un canal 31 communiquant extérieurement avec une première tubulure 32. A l'intérieur du rotor est disposé un tube 33 de section inférieure à celle du prolongement tubulaire 4. A une première extrémité le tube comporte une embase 34 fixée à une paroi terminale du rotor. Il est terminé à son extrémité opposée par une partie renflée 35 de section extérieure adaptée à la section intérieure du prolongement tubulaire 4. L'intérieur du tube 33 communique avec une cavité intérieure 36 de la cloche 22 reliée par l'intermédiaire d'un canal radial 37, à une seconde tubulure 38. Des joints d'étanchéité 39 disposés à la périphérie du renflement 35, isolent l'un de l'autre L'intérieur du tube 33 et L'espace annulaire entre celui-ci et le prolongement tubulaire 4. Le tube intérieur est pourvu d'orifices radiaux 40 débouchant dans le rotor au niveau de sa partie cylindrique 2. Les tubulures 32 et 38 sont reliées par des tuyaux non représentes à un système de pompage. De L'eau sous pression arrive par la tubulure 38, le cana137 et le tube intérieur 33 jusque dans la cavité 3, au niveau des éléments électro-magnétiques, et revient par l'espace annulaire entre le prolongement tubulaire 4 et le tube 33, l'orifice 30 et le canal 31, jusqu'à la tubulure 32 de retour au système de pompage. La partie terminale de la cloche où l'eau circule, est isolée par des joints d'étanchéité tournants 41 de sa partie opposée, plus proche de L'épaulement 21, où s'effectuent les connexions électriques entre les balais 27 et les bagues métalliques 8. Dans le volume comprenant L'espace annulaire 42 entre les éléments magnétiques et le tambour 10 et des cavités latérales 43, 44 entre le rotor 1 et les flasques 12, 13, on introduit une poudre magnétisable 45. Des joints d'étanchéité à Lièvres 46, 47 sont disposés autour du rotor, au niveau de ces cavités latérales, pour bien confiner le volume contenant la poudre 45. L'arbre 15 claveté au rotor 1 est l'arbre de sortie d'un ensemble moteur-réducteur 48 (fig. 3) fixé à une autre pièce de support 49. Le dispositif fonctionne de la manière suivante : On fait fonctionner l'ensemble moteur-réducteur 48 pour qu'il entraine le rotor 1 et l'on connecte le générateur électrique de façon à alimenter en courant électrique les différents ensembles électro-magnétiques 5, 6. La poudre magnétisable 45, sous l'effet des champs magnétiques créés par la circulation du courant électrique, est entrainée en rotation. Par le jeu des forces magnétiques, et comme il est bien connu, il se crée un couple moteur d'entrainement qui est appliqué au tambour 10. Ce couple dépend de manière connue de l'intensité des courants électriques de magnétisation et agit sur le tambour quel que soit le mouvement propre de celui-ci sous l'effet d'un couple antagoniste qui peut lui être appliqué.Suivant L'intensité de ce couple, le tambour peut tourner dans le même sens et même en sens inverse. Dans la pratique et selon L'intensité du couple antagoniste appliqué, le glissement du tambour au rotor, peut varier de zéro à 200 % par exemple suivant que La valeur de ce couple passe respectivement en deçà ou au-delà de celle du couple moteur et ceci pendant un temps non limité. Suivant l'intensité du glissement, la dissipation d'énergie en chaleur est plus ou moins grande. On établit donc une circulation d'eau à L'intérieur du rotor pour le refroidir. La disposition du rotor au centre du tambour, facilite la conception des circuits de refroidissement. Un application du dispositif est par exemple le maintien en tension constante d'une câble d'inclinométre. Le dispositif est solidaire d'un bras mobile 50 pouvant pivoter par rapport à un socle rigide 51 solidaire d'un objet flottant tel qu'un navire ou une plateforme (fig. 2, 3) les deux pièces de support 19 et 49 font partie de la structure du bras mobile 50. Le rotor 1, les moyens de couplage magnétique 5, 6, les moyens moteurs 48 et le carter ou cloche 22 permettent les connexions électriques et l'alimentation en eau du circuit de refroidissement, sont disposés entre les deux pièces de support et soutenus par celles-ci. L'élément 10 est ici constitué d'un tambour sur lequel une ligne 52 est bobinée. La ligne 52 déroulée du tambour 10 est guidée par des poulies 53, 54 jusqu'à l'extrémité du bras 50. Un dispositif de trancanage, d'un type connu, (non représenté) déplace la poulie 53 pour obtenir un rangement régulier des spires sur le tambour 10. En position de travail, on fait pivoter le bras 50 pour L'amener perpendiculairement au bord de L'objet flottant et la Ligne 53 est déroulée suffisamment pour que son extrémité puisse être fixée à un point d'ancrage. Il peut s'agir par exemple d'un lest fixé à l'extrémité du câble et reposant au fond de l'eau. Un système de mesure de l'inclinaison de la ligne, d'un type connu, est fixé à l'extrémité du bras 50. Il comporte un élément de guidage 55 de la ligne déplacé par les mouvements latéraux de celle-ci et des instruments 56 reliés à l'élément de guidage 55 pour mesurer ses écarts. les signaux délivrés par les instruments de mesure, sont transmis à un système central de commande (non représente) adapté à élaborer des ordres correctifs pour les propulseurs de l'objet flottant. Pour les besoins d'une application particulière, L'objet flottant est amené au-dessus d'un emplacement et doit sty maintenir en depit des courants et des vagues qui tendent à l'en écarter. Les déplacements de l'objet flottant dans un plan horizontal sont détectés par la mesure des variations de l'inclinaison de la ligne et une action judicieuse sur les propulseurs, commandée par le système central, permet de le ramener à sa position de consigne. Dans toutes les applications marines, l'objet flottant est le plus souvent soumis à des mouvements verticaux d'amplitude parfois très importante sous l'effet de la houle, des vagues. Toute variation de la tension de la ligne consécutive aux mouvements de pilonnement de L'objet flottant, se traduit par des variations d'inclinaison sans rapport avec un écart horizontal réel et donc par des corrections de position intempestives. Il est donc particulièrement important que la ligne soit maintenue en tension constante et ceci quelle que soit l'amplitude du pilonnement subi par l'objet flottant. A cet égard le dispositif selon l'invention est particulièrement approprié. L'utilisation de moyens magnétiques permet de créer un couple moteur bien constant facilement ajustable par une variation de courant électrique circulant dans les bobinages, et ceci quel que soit le glissement subi par le tambour. On vérifie aux essais que le glissement qu'il est possible d'obtenir peut passer de zéro (cas où le tambour tourne à la même vitesse que le rotor et dans le même sens) à 200 X (cas où le tambour tourne aussi à la même vitesse mais eÀ sens opposé de celui du rotor). En opération, le glissement varie peu autour d'une valeur moyenne de 100 %, le tambour tournant alternativement dans un sens et dans le sens oppose. En outre, h tel dispositif à couplage magnétique possède une course de compensation pratiquement sans limite. Il est donc capable de réguler parfaitement la tension d'une ligne, quelle que soit l'amplitude de la houle. Un autre avantage important du dispositif tient à l'inertie relativement faible des portions mobiles, soumises à un couple constant, qui sont ici réduites au seul tambour. Cette faible inertie se traduit par une plus grande sensibilité, le dispositif étant capable de maintenir un couple moteur bien constant quelle que soit L'accélération appliquée au tambour. On ne sortirait pas du cadre de L'invention en utilisant le dispositif pour transmettre un mouvement à L'élément avec un coefficient de proportionnalité déterminée et donc en le faisant fonctionner en système de couplage. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Dispositif de transmission de forces permettant d'exercer un couple moteur déterminé sur un élément (10) pouvant tourner sur lui-meme, caractérisé en ce qu'il comporte un rotor (1) de forme cylindrique, des moyens moteurs (48) pour entrainer le rotor en rotation, et en ce que ledit élément (10) comporte une cavité axiale (11) pour ledit rotor lequel est associé à des moyens magnétiques (5, 6) pour créer des champs magnétiques dont les Lignes de force se referment au travers de l'espace séparant le rotor de L'élément, de la poudre magnétisable (45) étant disposée dans la cavité entre ledit élément et les moyens magnétiques. 2. - Dispositf selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens magnétiques comportent au moins un bobinage (5) fixé au rotor et un générateur de courant électrique connecté à chaque bobinage. 3. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens magnétiques comportent au moins un ensemble constitué d'un bobinage (5) associé à un circuit magnétique (16), chaque ensemble étant disposé en couronne autour du rotor (1) et solidaire de celui-ci, et des conducteurs électriques (26) connectés par l'intermédiaire de moyens de connexion tournants (8,27), à un générateur de courant. 4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de refroidissement du rotor (1) par l'interieur de celui-ci. 5. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit hydraulique (32, 38) associé à des moyens de pompage et en ce que le rotor (1) comporte une cavité intérieure (3) et un tube (33) percé d'orifices (40) et disposé dans la cavité intérieure, le tube et ladite cavité communiquant avec le circuit hydraulique de manière qu'une circulation de fluide puisse etre établie à L'intérieur dudit rotor (1). 6. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte des moyens (16, 18) pour bloquer par intermittence la rotation dudit élément (10). 7. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit élément (10) est constitué d'un tambour réalisé en un matériau magnétisable, sur lequel est enroulé un câble (52). 8. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit câble est fixé à L'une de ses extrémités, en un point dont la distance au tambour est susceptible de varier. 9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' iL comporte un socle (51), un bras mobile (50) pouvant pivoter par rapport au socle, auquel sont assujettis les moyens moteurs (48), ledit élément et le rotor, et des poulies de renvoi (53, 54) dont les axes de rotation sont portés par le bras rigide, pour guider le câble dévidé du tambour. 10. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure (56, 57) de l'inclinaison du câble (54) relié audit point de fixation et un système de compensation pour maintenir sensiblement constante ladite inclinaison. 11. - Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le socle 51 est fixé à un navire et le point de fixation du câble est disposé au fond de L'eau.