Brevet FR2613837A1 — publié le 19881014

La présente invention concerne des dispositifs in- dicateurs, et plus particulièrement des dispositifs totali- sateurs d'un type employant un ensemble de roues de totali- sateur qui sont entraînées de façon coordonnée pour fournir une indication d'une quantité. On utilise couramment des totalisateurs, par exem- ple dans des wattheuremètres,pour indiquer une quantité d'énergie consommée. De façon classique, un tambour de tota- lisateur de rang inférieur, portant sur sa tranche des chif- fres 0-9, est entraîné par un engrenage à partir d'un disque de compteur qui est lui-mime entraîné à une vitesse propor- tionnelle à la puissance instantanée qui est consommée. Lors- que le tambour de rang inférieur passe par une transition de 9 à O, il entraîne un tambour de rang immédiatement supérieur pour faire avancer ce dernier sur un angle correspondant à un chiffre sur sa tranche. Lorsque ce tambour passe à son tour par la transition de 9 à O, il entraîne le tambour suivant de rang supérieur sur un angle correspondant à un seul chiffre sur sa tranche. Un problème courant avec des totalisateurs résulte de l'ambiguïté numérique qui existe pendant le temps au cours duquel une transition numérique a lieu dans un ou plusieurs tambours et une transition 0-9 a lieu dans l'un des tambours supérieurs. Dans un totalisateur à mouvement lent, ce qui est courant dans des wattheuremètres, un tambour supérieur peut prendre un temps considérable pour effectuer sa transi- tion lorsqu'il est entraîné par le tambour de rang le plus - faible tournant régulièrement. On utilise des totalisateurs dans le but fondamental d'indiquer des chiffres discrets sous l'effet d'une grandeur d'entrée analogique. Ceci vise à évi- ter des erreurs de lecture de compteurs,courantes dans des indicateurs du type à cadran. La transition lente des tam- bours supérieurs est contraire au but des totalisateurs, du fait que pendant la transition, une personne qui lit le comp- teur peut interpréter de façon erronée les indications de tambours dans une position de rotation partielle. Une solution à ce problème, décrite par exemple dans les brevets britanniques n 985778 et 1 036 601, utilise un poids excentrique monté librement sur un axe commun à tous les tambours et entraîné par le tambour de rang le plus fai- ble. A une position angulaire prédéterminée du tambour de rang le plus faible, habituellement à sa transition 9-0, le poids excentrique se trouve déséquilibré et tourne par gravité jus- qu'à ce qu'il heurte un élément qui est accouplé au tambour de rang immédiatement supérieur. Sous cette action, le tambour de rang immédiatement supérieur accomplit rapidement sa tran- sition vers le chiffre suivant, sans la lenteur inhérente à un appareil dépourvu d'un poids libre excentrique. Si le tam- bour de rang immédiatement supérieur est également dans une position qui exige une transition 9-0, il entralne à son tour son tambour supérieur de façon à lui faire accomplir rapide- ment une transition d'un seul chiffre. On donne volontairement une valeur aussi faible que possible au couple d'entraînement de wattheuremètres, pour minimiser la charge, ou la puissance, nécessaire pour produire ce couple. Il en résulte que des wattheuremètres sont sensi- bles à la présence dans leurs totalisateurs d'éléments qui exigent de vaincre un couple. Bien que des exigences de couple correspondant à une valeur constante, comme par exemple une résistance de friction, puissent être raisonnablement compen- sées en donnant au compteur un couple plus élevé, la précision du compteur peut être défavorablement affectée lorsque les exigences de couple varient dans le temps, ce qui entraîne des variations de la vitesse du compteur. L'élévation du poids excentrique libre depuis sa position inférieure jusqu'à sa po- sition de déséquilibre augmente le couple nécessaire pour en- traîner un totalisateur. Ensuite, pendant la chute libre du poids excentrique libre, et pendant une durée suivante avant la reprise de la tâche consistant à élever le poids, le couple exigé est plus faible. De telles variations de couple exigent d'augmenter le couple disponible que peut fournir le wattheu- remètre ou bien, dans un cas extrême, elles peuvent produire une erreur de mesure périodique ou globale. Dans les brevets britanniques précités, le tambour de rang le plus faible com- prend un contrepoids qui équilibre pratiquement le poids ex- centrique pendant que celui-ci est élevé à partir de sa posi- tion d'équilibre. Ce contrepoids doit être élevé pendant le demi-cycle qui précède la venue en contact avec le poids ex- centrique, et il contribue donc au déséquilibre du couple exigé. Un but de l'invention est de procurer un totalisa- teur qui élimine les inconvénients de l'art antérieur. Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un totalisateur comportant un poids excentrique libre pour entraîner des tambours de totalisateur supérieurs, dans lequel la valeur de crête du couple exigé soit réduite. Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un totalisateur ayant un poids excentrique libre, qui présente une variation de couple réduite sur un cycle d'un tambour de totalisateur de rang le plus faible. Brièvement, l'invention procure un totalisateur in- corporé dans un wattheuremètre électrique, comprenant un con- trepoids libre destiné à produire un à-coup d'énergie cinéti- que pour faire avancer des tambours de totalisateur supérieurs. Un contrepoids de tambour, fixé à un tambour de totalisateur des unités, est monté avec un déphasage de 180 par rapport au contrepoids libre. Le contrepoids de tambour a un moment égal à la moitié du moment du contrepoids libre, grâce à quoi la somme maximale des moments et le moment créte-à-créte sont réduits de moitié. Un contrepoids harmonique tourne au double de la vitesse angulaire du tambour de totalisateur des unités, et il répercute vers les éléments d'entraînement le quart du moment du contrepoids libre. Le contrepoids harmonique réduit encore davantage le moment maximal que voient les éléments d'entraînement, et il augmente également le moment minimal, ce qui réduit la variation de moment, et le couple nécessaire pour vaincre le moment. Un mode de réalisation de l'invention procure un totalisateur comprenant: un tambour de totalisateur de rang le plus faible, qui est entraîné en rotation de façon régu- lière à une vitesse proportionnelle à une quantité à mesurer, un disque de contrepoids libre, monté de façon à tourner li- brement sur un axe concentrique par rapport au tambour de to- talisateur de rang le plus faible, le disque de contrepoids libre ayant un premier moment de rotation prédéterminé, au moins un tamboui de totalisateur supérieur, des moyens pour faire avancer le ou les tambours de totalisateur supérieurs sous l'effet d'une rotation libre du disque de contrepoids libre, des moyens de coopération sur le tambour de totalisa- teur de rang le plus faible et sur le disque de contrepoids libre, pour faire tourner le disque de contrepoids libre de- puis une position d'équilibre stable jusqu'à une position déséquilibrée à partir de laquelle il accomplit la rotation libre, un contrepoids de tambour sur le tambour de totalisa- teur de rang le plus faible, le contrepoids de tambour étant monté de façon à produire un second moment de rotation prédé- terminé, ce second moment de rotation prédéterminé se trouvant en une position angulaire sur le tambour de totalisateur de rang le plus faible qui est décalée de 180 par rapport à une position angulaire du premier moment prédéterminé pendant que le tambour de totalisateur de rang le plus faible fait tourner le disque de contrepoids libre, et le second moment prédéter- miné est égal à une fraction prédéterminée du premier moment prédéterminé, ce qui a pour effet de réduire une valeur de couple de crête nécessaire pour faire tourner le disque de contrepoids libre. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement: Figure 1: un schéma simplifié de parties pertinen- tes d'un wattheuremètre comprenant un totalisateur conforme à un mode de réalisation de l'invention. Figure 2: une courbe à laquelle on se référera au cours de la description du fonctionnement d'un totalisateur de l'art antérieur. Figures 3 à 6: des courbes auxquelles on se réfè- rera au cours de la description du totalisateur conforme à l'invention. En considérant la figure 1, on voit les parties per- tinentes d'un totalisateur, désignées de façon générale par la référence 10. Un disque 12 d'un wattheuremètre (qui n'est pas davantage représenté) est entraîné par l'interaction de flux magnétiques et de courants de Foucault à une vitesse proportionnelle à la consommation de puissance instantanée. Un axe de disque 14, supporté de façon tournante par des pa- liers (non représentés) comporte une vis sans fin 16 qui est formée à la surface de cet axe. Une roue à vis 18, qui engrène avec la vis sans fin 16, est entraînée en rotation à une vi- tesse liée à la vitesse du disque 12. La rotation de la roue à vis 18 est transmise par d'autres engrenages classiques 20 à un axe intermédiaire 22 qui est fixé de façon rigide sur un pignon intermédiaire 24. Une masse harmonique 26 s'étend radialement vers l'extérieur à partir de l'axe intermédiaire 22. On expliquera ultérieure- ment la fonction de la masse harmonique 26. Le pignon intermédiaire 24 engrène avec un pignon final 28 qui est fixé de façon rigide à un axe final 30. L'axe final 30 est lui-même accouplé de façon à faire tourner un moyeu 32 d'un tambour de totalisateur des unités, 34. Un contrepoids de tambour 36 est monté à l'intérieur du tambour de totalisateur des unités 34, de façon à être placé à la position inférieure, ou à "six heures", lorsque le 0 du tam- bour de totalisateur des unités 34 se trouve à la position angulaire représentée. Un téton d'entraînement 38 s'étend vers la gauche à l'intérieur du tambour de totalisateur des unités 34. Un disque de contrepoids libre 40 est monté de fa- lO con à tourner librement sur un axe 42 qui s'étend en direc- tion axiale à partir du tambour de totalisateur des unités 34. Un contrepoids libre 44 est fixé sur une surface du dis- que de contrepoids libre 40. Un téton entraîné 46 est placé sur la surface opposée du disque de contrepoids libre 40, et il se trouve de façon générale dans une position angulaire centrée par rapport au téton entraîné 46, et à une position radiale sur le disque de contrepoids libre 40 qui est de fa- con générale identique à la position radiale du téton d'en- trainement 38 dans le tambour de totalisateur des unités 34. Lorsque le totalisateur 10 est assemblé, le téton entraîné 46 s'étend à l'intérieur du tambour de totalisateur des uni- tés 34, dans lequel il est en interaction avec le téton d'en- trafnement 38 sur une partie prédéterminée de la révolution du tambour de totalisateur des unités 34. Une encoche d'indexage 48 dans un bord du disque de contrepoids libre 40 coopère avec un pignon de transfert , pouvant tourner librement sur un axe parasite 52,pour faire avancer un tambour de totalisateur des dizaines 54 une fois par révolution du disque de contrepoids libre 40. De plus, le tambour de totalisateur des dizaines 54 comprend une encoche d'indexage 56 pour faire avancer un tambour de tota- lisateur de rang encore supérieur (non représenté), par l'in- termédiaire d'un pignon de transfert supplémentaire (non re- présenté) monté sur l'axe parasite 52. De cette manière, un nombre commode quelconque de tambours de totalisateur peuvent 261383? être enchaînés séquentiellement, chaque tambour supérieur avançant d'un chiffre par révolution complète de son tambour de totalisateur immédiatement inférieur. La technique pour faire avancer le tambour de totalisateur des dizaines 54 d'un chiffre par révolution du disque de contrepoids libre est classique, et l'homme de l'art la comprendra parfai- tement. Il en est de même pour d'autres tambours de totalisa- teur supérieurs. On n'en présentera donc pas ici une descrip- tion supplémentaire. L'utilisation du disque de contrepoids libre 40 et du contrepoids libre 44 pour fournir un à-coup d'énergie ci- nétique au tambour de totalisateur des dizaines 54, ainsi que l'utilisation d'autres tétons d'entraînement 38 et d'autres tétons entraînés 46, sont classiques. L'explication qui suit est incorporée du fait qu'elle est nécessaire à la compréhen- sion de l'invention. Pour les besoins de la description, on considère que la position angulaire du tambour de totalisateur des uni- tés 34 est de zéro degré. L'avance de la position angulaire s'accompagne de la montée de la surface visible du tambour de totalisateur des unités 34, et la position angulaire effectue un cycle de 360 degrés et elle reprend alors la position de zéro degré qui est représentée. Dans l'art antérieur, les caractéristiques du con- trepoids de tambour 36 ne sont pas spécifiées et la masse harmonique 26 est omise. Le tambour de totalisateur des unités 34 est mis en rotation à partir de la position de zéro degré représen- tée, jusqu'à la position de 180 degrés, et à cette position le téton d'entraînement 38 vient en contact avec le téton entrainé 46. Pendant ce temps, le couple nécessaire pour faire tourner le tambour de totalisateur des unités 34 est celui nécessaire pour vaincre la friction et pour élever le contrepoids de tambour jusqu'à sa position supérieure. Une fois que la position de 180 degrés est passée, le couple né- cessaire pour faire monter le contrepoids libre 44 est équi- libré par le contrepoids de tambour, grâce à quoi le couple exigé reste à une valeur nécessaire pour'vaincre la friction. A environ 360 , le contrepoids libre 44 atteint une position de déséquilibre. Le disque de contrepoids libre 40 tourne alors librement, en emmagasinant de l'énergie cinétique de rotation sous l'effet de la descente du contrepoids libre 44, jusqu'à ce que l'encoche d'indexage 48 vienne en contact avec une dent longue du pignon de transfert 50, ce qui a pour ef- fet de faire avancer d'un chiffre le tambour de totalisateur des dizaines 54. Grâce à l'énergie cinétique du tambour de contrepoids libre 40, l'indexage a lieu de façon presque ins- tantanée, ce qui permet d'éviter un indexage lent et partiel du tambour de totalisateur des dizaines 54. En considérant la figure 2, on note que le couple que doit fournir le disque 12 pour déplacer le disque de con- trepoids libre 4 seul, varie de façon cyclique avec la posi- tion angulaire du tambour de totalisateur des unités 34, et ce couple varie à partir de zéro (en négligeant la friction) sur la plage de 0-180 , et il varie ensuite de façon sinusol- dale de 180 à 3600. Si on prend égal à l'unité le moment du disque de contrepoids libre 40, rapporté au disque 12, le couple varie de façon sinusoïdale de zéro à 180 , il présente un maximum égal à l'unité à 270 , et il diminue ensuite de façon sinusoïdale jusqu'à zéro à 360 . Une telle variation de couple impose des exigences indésirables au couple qui doit être disponible, et il est préférable de la réduire. Lorsqu'on ajoute un contrepoids de tambour 36 ap- proprié, conformément au principe de l'invention, la valeur de crête du couple et la variation du couple que voit le dis- que 12 sont toutes deux réduites de moitié. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le moment du contrepoids de tambour 36 est égal à la moitié du moment du disque de contrepoids libre 40, comprenant le contrepoids libre 44. Le couple exigé pour faire tourner le tambour de totalisateur des unités 34, comprenant le moment de valeur un demi qui constitue la contribution du contrepoids de tambour 36, est représenté sur la figure 3. Avec les relations angulaires qui sont représentées, le couple exigé pour entrainer le tambour de totalisateur des unités 34 seul augmente de façon sinusoïdale à partir de zéro à zéro degré jusqu'à 0,5 à 90 degrés, il diminue en passant par zéro à 180 degrés pour at- teindre -0,5 à 270 , et il augmente ensuite jusqu'à zéro à 360 (0) degrés. La somme des moments du disque de contrepoids libre et du tambour de totalisateur des unités 34, comprenant le contrepoids de tambour 36, est représentée sur la figure 4. On notera que le moment négatif du contrepoids de tambour 36 entre 180 et 360 degrés, qui se soustrait du moment positif du disque de contrepoids libre 40 sur cette plage angulaire, réduit le moment maximal d'une valeur égale à l'unité jusqu'à une valeur de 0,5, en ce qui concerne le moment que voit le disque 12. Sur la plage angulaire allant de zéro à 180 degrés, le disque 12 voit pour la variation du moment une demi-sinu- soTde qui varie entre zéro et 0,5. La caractéristique importante de la somme de moments représentée sur la figure 4 consiste en ce que la valeur de crête est réduite de moitié et la plage crête-à-crête est également réduite de moitié. Ce résultat est obtenu grce à la relation entre les moments des deux masses. Le fait de don- ner des valeurs égales aux moments des deux masses, comme semblent le suggérer les brevets britanniques précités, ne permet pas d'obtenir la réduction de couple que procure l'invention. En considérant à nouveau la figure 1, on note que la valeur de la masse harmonique 26 est sélectionnée de façon à répercuter au niveau du disque 12 une exigence de couple correspondant à environ 0,25 fois le couple correspondant au contrepoids libre 44, et à une fréquence angulaire égale au double de celle du contrepoids libre 44. On réalise ceci en utilisant un rapport d'engrenages qui procure une réduction 2:1 entre le pignon intermédiaire 24 et le pignon final 28, et en donnant au moment réel de la masse harmonique 26 par rapport à son propre axe une valeur égale 0,125 fois le mo- ment du contrepoids libre 44 par rapport à son axe. La figure montre le moment résultant que voit le disque 12. On notera que la phase de ce moment sur la figure 5 est décalée de 90 par rapport aux phases des moments représentés sur les figures 2-4, lorsque l'angle passe par zéro. La figure 6 montre la somme des moments que voit le disque 12, comprenant le moment de la masse harmonique 26. On notera que la valeur de crête du moment présente une ré- duction supplémentaire de 0,5 sur la figure 4 à environ 0,38. Un point qui est peut-être tout aussi important consiste en ce que le moment minimal est augmenté de zéro jusqu'à environ 0,25. La plage de variation du moment sur un cycle est donc réduite à environ 0,13. On considère que la valeur réduite du moment maximal que voit le disque 12 contribue à réduire le couple de friction et, ce qui est plus important, la constan- ce relative du moment permet d'effectuer une compensation, en réglant le compteur de façon qu'il produise un couple de compensation accru, ce qui contribue à la réduction des er- reurs de mesure. Certains totalisateurs de l'art antérieur sont uti- lisés dans des wattheuremètres dans lesquels le tambour de totalisateur des unités 34 représente autre chose que les uni- tés d'une quantité de wattheures. On doit donc considérer que le tambour de totalisateur des unités 34 est le tambour ayant le rang le plus faible, indépendamment de la signification qui est attachée à son indication. De plus, une pratique utilisée dans certains compteurs électriques consiste à mas- quer à la vue le tambour de totalisateur des unités, de façon que son indication variant progressivement ne risque pas d'in- troduire une erreur dans la lecture du totalisateur. L'inven- tion porte sur des totalisateurs du type décrit ci-dessus, 1 1 indépendamment du fait que certains des tambours de totalisa- teur ou la totalité d'entre eux soient visibles. La description qui précède fait intervenir une seu- le masse harmonique 26 qui présente par rapport à son propre axe un moment égal au huitième du moment du contrepoids libre par rapport à son propre axe, et qui tourne au double de la vitesse du tambour de totalisateur des unités 34, en étant déphasée de 90 degrés par rapport au moment du tambour de to- talisateur des unités 34. Sur la base de la présente descrip- tion, l'homme de l'art comprendra que l'invention n'est pas limitée à une telle configuration. On peut disposer d'autres masses harmoniques (non représentées) sur d'autres axes, en choisissant les engrenages associés aux axes et les masses harmoniques de façon à réduire encore davantage la variation de couple. A titre d'exemple, un axe peut être associé à des engrenages de façon à tourner à une vitesse quatre fois supé- rieure à la vitesse du tambour de totalisateur des unités 34 et il peut avoir un moment égal au seizième du moment du dis- que de contrepoids libre 40. Avec une phase appropriée, une telle masse harmonique supplémentaire réduit encore davantage les maximums et augmente encore davantage les minimums du couple qui est présenté au disque 12 et que celui-ci doit vaincre. REVENDICATIONS 1. Totalisateur, caractérisé en ce qu'il comprend: un tambour de totalisateur de rang le plus faible (34) en- trainé en rotation de façon régulière à une vitesse propor- tionnelle à une quantité à mesurer; un disque de contrepoids libre (40) monté de façon à tourner librement sur un axe concentrique par rapport au tambour de totalisateur de rang le plus faible (34), ce disque de contrepoids libre (40) ayant un premier moment de rotation prédéterminé; au moins un tambour de totalisateur de rang supérieur (54); des moyens (50) pour faire avancer ce ou ces tambours de totalisateur de rang supérieur (54) sous l'effet d'une rotation libre du dis- que de contrepoids libre (40); des moyens de coopération (38, 46) sur le tambour de totalisateur de rang le plus faible (34) et sur le disque de contrepoids libre (40), pour faire tourner le disque de contrepoids libre (40) depuis une posi- tion d'équilibre stable jusqu'à une position déséquilibrée à partir de laquelle il effectue la rotation libre précitée; un contrepoids de tambour (36) sur le tambour de totalisateur de rang le plus faible (34); ce contrepoids de tambour (36) étant placé de façon à produire un second moment de rotation prédé- terminé; ce second moment de rotation prédéterminé se trouvant à une position angulaire sur le tambour de totalisateur de rang le plus faible qui est décalée de 180 degrés par rapport à une position angulaire du premier moment prédéterminé, lors- que le tambour de totalisateur de rang le plus faible (34) fait tourner le disque de contrepoids libre (40); et le second moment de rotation prédéterminé est égal à une fraction pré- déterminée du premier moment de rotation prédéterminé, grâce à quoi la valeur de crète du couple nécessaire pour faire tourner le disque de contrepoids libre (40) est réduite. 2. Totalisateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la fraction prédéterminée est égale à un demi. 3. Totalisateur selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'il comprend en outre: une roue dentée (24) qui entraîne le tambour de totalisateur de rang le plus faible (34); cette roue dentée (24) tournant à une vitesse égale au double de la vitesse de rotation du tambour de totalisateur de rang le plus faible (34); des moyens (26) destinés à pro- duire un troisième moment de rotation prédéterminé, fixés à la roue dentée précitée (24); ce troisième moment de rota- tion prédéterminé étant égal au huitième environ du premier moment de rotation prédéterminé; et ce troisième moment de rotation prédéterminé présentant un angle de déphasage de 90 degrés par rapport à la phase du second moment de rota- tion prédéterminé, grace à quoi les couples maximaux sont réduits et les couples minimaux sont augmentés.