Brevet FR2640343A1 — publié le 19900615

Dispositif à transfert de couple unidirectionnel L'invention concerne un dispositif à transfert de couple unidirectionnel pouvant être réalisé soit sous la forme d'un réducteur de vitesse, soit sous la forme d'un multiplicateur de vitesse. On connait déjà des réducteurs de vitesse comportant un arbre d'entrée à vitesse rapide, susceptible d'être entraîné en rotation par un moteur et relié par des moyens de transmission appropriés à un arbre de sortie à vitesse lente, susceptible d'être relié à une charge; ces réducteurs pouvant être soit de type réversible, soit de type irréversible. Dans un réducteur de vitesse de type réversible, on motorise normalement l'arbre à vitesse rapide pour générer un mouvement de rotation sur l'arbre à vitesse lente, mais on peut aussi motoriser l'arbre à vitesse lente et générer un mouvement de rotation sur l'arbre à vitesse rapide, -et procurer ainsi un effet multiplicateur de vitesse. Cette réversibilité est rendue possible par les moyens de transmission utilisés qui peuvent comporter, par exemple, un brin sans fin (courroie ou chaîne) coopérant avec des poulies ou roues calées respectivement sur les deux arbres du réducteur. De ce fait, ces réducteurs réversibles connus peuvent fonctionner avec une large gamme de rapports de réduction et en particulier avec des rapports de réduction faibles. Dans un réducteur de vitesse de type irréversible, on ne peut motoriser que l'arbre à vitesse rapide et obtenir uniquement un effet de réduction, et cela grâce aux moyens de transmission choisis. Ceux-ci comprennent typiquement une vis sans fin calée en rotation sur l'arbre d'entrée à vitesse rapide et engrenant avec une roue dentée calée en rotation sur l'arbre de sortie à vitesse lente. Ces réducteurs connus, de type irréversible, présentent différents inconvénients. Tout d'abord, ils ne peuvent fonctionner qu'avec des rapports de réduction élevés, par exemple de l'ordre de 60. De plus, ils ont un mauvais rendement en raison notamment des frottements élevés engendrés sous l'effet de la charge appliquée à l'arbre de sortie. I1 est alors nécessaire d'accoupler un moteur de forte puissance sur l'arbre d'entrée. Par ailleurs, il est à signaler que les dents des vis sans fin ont tendance à s'user en cours de service, si bien que ces réducteurs irréversibles peuvent devenir réversibles. L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus. Elle propose, à cet effet, un dispositif à transfert de couple unidirectionnel comportant un arbre d'entrée susceptible d'être entraîné Far un moteur et relié par un brin sans fin à un arbre de sortie susceptible d'être relié à une charge. Conformément à l'une des caractéristiques essentielles de l'invention, ce dispositif comprend - un frein ajustable monté sur l'arbre de sortie - un détecteur sensible à la tension du brin sans fin au moins dans sa partie située en aval de l'arbre d'entrée ; et - des moyens de commande agissant sur ledit frein lorsque la tension du brin sans fin dans sa partie en aval de l'arbre d'entrée est supérieure à sa tension dans sa partie située en amont de l'arbre d'entrée, pour maintenir la différence des deux tensions à une valeur sensiblement nulle. On obtient ainsi un dispositif à transfert de couple unidirectionnel qui, d'une part, permet d'avoir une gamme illimitée de rapports de réduction ou de multiplication et qui, d'autre part, assure dans tous les cas un rendement optimal car le blocage du couple dans le sens qui lui est interdit - sens de l'arbre de sortie à l'arbre moteur - n'est obtenu ni par frottement, ni Far coincement, mais par découplage au travers d'un frein ajustable à commande asservie. Lorsque la tension du brin sans fin en amont de l'arbre d'entrée est supérieure à sa tension en aval de cet arbre d'entrée, ce qui signifie que l'arbre d'entrée est moteur, le frein ajustable n'est pas commandé et on obtient un transfert de couple de l'arbre d'entrée à l'arbre de sortie. Par contre, si la tension du brin sans fin en aval de l'arbre d'entrée devient supérieure à sa tension en amont de cet arbre d'entrée, ce qui signifie que l'arbre de sortie est moteur, le frein est commandé pour absorber le couple, généré par l'arbre de sortie. L'énergie éventuelle correspondant à ce couple, au lieu de remonter jusqu'au moteur par les moyens de transmission du dispositif, est alors dissipée par le frein. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le détecteur comprend au moins un premier levier monté à pivotement libre coaxialement à l'arbre d'entrée ou à l'arbre de sortie et portant au moins une poulie de renvoi sur laquelle s'enroule la partie aval du brin sans fin, ce levier Frenant une position angulaire comprise entre une valeur nulle lorsque la tension amont de la partie amont du brin est supérieure à la tension aval de la partie aval du brin, ce qui correspond à une position de référence, et une valeur non nulle Frovoquée Far le pivotement du premier levier, cette valeur correspondant au positionnement angulaire du levier de telle façon que la commande du frein ajustable provoque l'égalité entre la tension amont et la tension aval du brin sans fin. Avantageusement, le détecteur comprend un second levier monté à pivotement libre autour du même axe que le premier levier, ce second levier portant une poulie de renvoi sur laquelle s'enroule la partie amont du brin sans fin, le premier et le second levier étant reliés entre eux par un ressort de traction qui assure la tension du brin sans fin et compense les variations de longueur que subirait ce brin lorsque les leviers pivotent autour de leur axe. L'invention Frévoit alors que le second levier est propre, d'une part, à venir en appui sur une butée fixe lorsque la tension amont du brin sans fin est supérieure à la tension aval, ce qui fournit la position de référence et, d'autre part, à assurer dans toutes ses positions de pivotement, en combinaison avec le premier levier, le positionnement angulaire du détecteur de telle façon que la commande du frein ajustable provoque l'égalité entre la tension amont et la tension aval. Dans une forme de réalisation Fréférée de l'invention, les moyens de commande comprennent un organe Filoté Far le détecteur et propre à délivrer un signal électrique proportionnel à la valeur de l'angle définie Far la position du détecteur par rapport à sa référence lorsqu'il est en appui sur la butée fixe précitée. Avantageusement, cet organe de commande est un potentiomètre rotatif qui envoie un signal électrique au frein ajustable au travers d'un amplificateur. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, ce frein ajustable est constitué Far un coupleur d'effort à transfert de couple ajustable ayant deux organes rotatifs, dont l'un est lié en rotation à l'arbre de sortie et dont l'autre est bloqué en rotation. Bien que différents types de couFleurs d'efforts puissent être utilisés, en Farticulier des couFleurs hydrauliques ou des embrayages mécaniques, on Fréfère utiliser un embrayage électromagnétique à Foudre, encore appelé "coupleur à poudre". On rappellera ici qu'un tel coupleur à Foudre comprend deux organes rotatifs coaxiaux, dont l'un Forte un bobinage pro Fre à être relié à un générateur de courant et à créer un compactage de la poudre contenue dans l'entrefer entre les deux organes du coupleur, sous l'effet du champ magnétique ainsi créé. Un tel coupleur à Foudre est télécommandable et Fermet de transférer un couple qui est aFFroximativement proportionnel à la valeur de la tension électrique continue que l'on aFFlique à son bobinage, ce qui Fermet d'ajuster à volonté le couple transféré entre les deux organes du coupleur. Dans le cas où l'organe de commande est constitué Far un potentiomètre rotatif qui envoie un signal électrique au frein ajustable, au travers d'un amplificateur, ce signal électrique est appliqué au bobinage de l'embrayage électronique à poudre. Dans la description qui suit, donnée seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention, dans une position telle que le frein n'est pas activé, la coupe étant suivant la ligne I-I de la figure 2 ; et - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne Il-Il de la figure 1. Le dispositif à transfert de couple unidirectionnel représenté aux figures 1 et 2 constitue, dans l'exemple, un réducteur de vitesse. I1 comprend un bâti 10 sur lequel est monté un moteur 12 propre à entrainer en rotation un arbre 14 avec un couple s'exerçant dans le sens de la flèche F (figure 1). L'arbre 14 qui s'étend horizontalement suivant un axe XX constitue l'arbre d'entrée du dispositif. Sur l'arbre 14 est calée une poulie 16 de petit diamètre avec laquelle coopère une courroie 18 formant brin sans fin qui passe autour d'une poulie 20 de grand diamètre. Cette poulie 20 est calée sur un arbre 22 s'étendant horizontalement suivant un axe YY parallèle à l'axe XX. L'arbre 22, qui constitue l'arbre de sortie du dispositif est monté à rotation libre, par l'intermédiaire de deux paliers 24 et 26, sur un support 28 érigé sur le bâti 10. Sur l'arbre de sortie 22 est monté un coupleur d'effort 30 à transfert de couple ajustable qui, dans l'exemple, est constitué par un embrayage électromagnétique à poudre, tel qu'un coupleur à poudre fabriqué par la Société MEROBEL. Le coupleur d'effort 30 comprend deux organes rotatifs 32 et 34 disposés coaxialement suivant l'axe YY. L'organe 32 est bloqué en rotation par fixation sur un support 36 érigé sur le bâti 10. L'organe 34 est monté sur l'extrémité libre 38 de l'arbre 22 et est donc solidaire en rotation de celui-ci. L'organe 32 porte un bobinage 40 relié à un générateur propre à délivrer un courant électrique continu de tension variable, par exemple comprise entre 0 et 12 V. Dans l'entrefer 42, compris entre les organes 32 et 34 du coupleur 30, est contenue une poudre dont les propriétés varient en fonction du champ magnétique créé par le bobinage. Plus le champ magnétique est élevé, plus la poudre devient compacte et plus le couple transféré par le coupleur est élevé. On obtient ainsi un transfert de couple ajustable qui, en première approximation, varie de façon proportionnelle avec la valeur de la.tension appliquée au bobinage. La courroie 18 coopère par l'une de ses faces, ou face externe, avec la poulie 16 et par son autre face, ou face interne, avec la poulie 20, si bien que la poulie 20 tourne dans le sens inverse de celui de la poulie 16. L'enroulement de la courroie 18 autour de la poulie 16 est assuré par deux poulies de renvoi 44 et 46 disposées de part et d'autre de l'arbre d'entrée 14. Dans l'exemple, les poulies 44 et 46 sont disposées respectivement au-dessus et au-dessous de l'arbre 14. Les poulies 44 et 46 font partie d'un détecteur, désigné dans son ensemble par la référence 48, qui est monté à pivo tement libre coaxialement à l'arbre d'entrée 14. Le détecteur 48 est agencé sous la forme d'un mécanisme à levier comprenant un premier levier 50 et un second levier 52 montés à pivotement libre autour d'un arbre 54 qui dépend d'un support 56 érigé sur le bâti 10. L'arbre 54 est disposé dans le prolongement de l'arbre 14, coaxialement à celui-ci suivant la direction de l'axe XX. Les leviers 50 et 52 portent respectivement les poulies de renvoi 44 et 46 et comportent respectivement deux prolongements 58 et 60 sur lesquels sont ancrées respectivement les deux extrémités d'un ressort de traction 64. Sous l'action de la force de rappel exercée par le ressort 64, les leviers 50 et 52 ont tendance à se rapprocher l'un de l'autre par pivotement, ce qui provoque l'enroulement de la courroie 18 autour de la poulie 16 en conférant ainsi une tension constante à la courroie 18 et absorbe les variations de longueur de la courroie provoquées par le pivotement des leviers 50 et 52 autour de leur axe. Le levier 52, est propre à coopérer avec une butée 66 liée au support 56. Le levier 50 est propre à pivoter, autour de son axe 54, à partir d'une position de référence d'angle nul dans laquelle le levier 52 est en appui sur la butée 66. Le pivotement du levier 50 s'effectue, à partir de la position de référence, dans le sens des aiguilles d'une montre, comme indiqué par la flèche sur la figure 1. Dans l'exemple, ce levier 50 est propre à commander le fonctionnement du coupleur à poudre 30 en pilotant un organe de commande 68 qui, dans ce cas, est un potentiomètre rotatif. Ce potentiomètre est propre à délivrer un signal électrique proportionnel à la valeur de l'angle alpha formé par le levier 50, le signal électrique étant nul lorsque l'angle alpha est nul. Le signal électrique ainsi produit est appliqué au bobinage 40 de l'embrayage électromagnétique à poudre, au travers d'un amplificateur 70. On décrira maintenant le fonctionnement du réducteur représenté aux figures 1 et 2. L'arbre d'entrée 14 du réducteur est susceptible d'être entraîné en rotation par le moteur 12, alors que son arbre de sortie 22 est susceptible d'être relié à une charge (non représentée) par exemple à un mécanisme de levage. Lorsque l'arbre d'entrée 14 est moteur , la tension F1 de la courroie 18 sur sa partie 18 AM en amont de l'arbre d'entrée 14 est supérieure à sa tension F2 sur sa partie 18 AV en aval de l'arbre d'entrée 14. I1 en résulte que le levier 52 vient en appui sur la butée 66, l'ensemble des deux leviers 50 et 52 adoptant une position de référence dans laquelle aucun signal électrique n'est appliqué au bobinage 40 du coupleur à poudre 30. Par conséquent, les deux organes 32 et 34 du coupleur à poudre 30 ne transfèrent aucun couple et tout se passe comme si le coupleur 30 n'existait pas. Par contre, si l'arbre de sortie devient moteur, ce qui signifie que la charge devient entraînante, la tension aval F2 de la courroie devient supérieure à sa tension amont F1. Par conséquent, les deux leviers 50 et 52 pivotent, dans le sens des aiguilles d'une montre, autour de leur axe commun 54. Le levier 52 n'est plus en appui sur la butée 66 et les deux leviers 50 et 52 adoptent une position angulaire alpha dont la valeur correspond à la valeur du signal nécessaire pour que le coupleur 30 absorbe tout le couple généré par la charge et que l'on retrouve pratiquement l'égalité entre les tensions F1 et F2. Le dispositif est auto-équilibrant et a tendance à asservir le couple transféré par le coupleur aux variations du couple généré par la charge. Ceci suppose que la commande du potentiomètre est solidaire en rotation du mécanisme à levier et que le signal de sortie du potentiomètre est nul, lorsque le levier 52 est en appui contre la butée 66. Par conséquent, lorsque le coupleur 30 est activé, il fonctionne comme un frein qui absorbe l'énergie entraînante appliquée à l'arbre de sortie 22 par la charge. Cette énergie, au lieu de remonter jusqu'au moteur par les moyens de transmission, est alors dissipée par le coupleur qui agit comme frein. Sous l'effet de l'action de freinage exercée par le coupleur à poudre 30, la différence de tension F2 - F1 est maintenue à une valeur pratiquement nulle. Le dispositif représenté aux'figures 1 et 2 pourrait, en variante, être utilisé comme multiplicateur de vitesse à condition, par exemple d'inverser les poulies 16 et 20 pour que la poulie de plus grand diamètre soit couplée à l'arbre moteur. Par ailleurs, pour avoir une référence plus stable, il est possible de commander le coupleur d'effort à partir du levier 52. Revendications 1. Dispositif à transfert de couple unidirectionnel comportant un arbre d'entrée (14) susceptible d'être entraîné par un moteur (12), et relié par un-brin sans fin (18) à un arbre de sortie (22) susceptible d'être relié à une charge, caractérisé en ce qu'il comprend : - un frein ajustable (30) monté sur l'arbre de sortie (22) - un détecteur (48) sensible à la tension (F2) du brin sans fin (18) au moins dans sa partie (18 AV > située en aval de l'arbre d'entrée (14) ; et - des moyens de commande (68) agissant sur ledit frein (30), lorsque la tension (F2) du brin sans fin (18) dans sa partie (18-AV) en aval de l'arbre d'entrée (14) est supérieure à sa tension (F1) dans sa partie (18-AM) située en amont, pour maintenir la différence des deux tensions à une valeur sensiblement nulle. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (48) comprend au moins un premier levier (50) monté à pivotement libre coaxialement à l'arbre d'entrée (14) ou l'arbre de sortie (22) et portant au moins une poulie de renvoi (44) sur laquelle s'enroule la partie aval (18 AV) du brin sans fin (18), ce levier (50) prenant une position angulaire (alpha) comprise entre une valeur nulle lorsque la tension amont (Fl) de la partie amont (18 AM) du brin (18) est supérieure à la tension aval (F2) de la partie aval (18 AV) du brin, ce qui correspond à une position de référence, et une valeur non nulle provoquée par le pivotement du levier (50), cette valeur correspondant au positionnement angulaire du levier (50) de telle façon que la commande du frein ajustable (30) provoque l'égalité entre la tension amont (F1) et la tension aval (F2) du brin sans fin (18). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur (48) comprend un second levier (52) monté à pivotement libre autour du même axe (54) que le premier levier (50), ce second levier (52) portant une poulie de renvoi (46) sur laquelle s'enroule la partie amont (18 AM) du brin sans fin (18), le premier et le second levier étant reliés entre eux par un ressort de traction (64) qui assure la tension du brin sans fin (18) et compense les variations de longueur que subirait ce brin lorsque les leviers (50,52) pivotent autour-de leur axe (54). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second levier (52) est propre d'une part à venir en appui sur une butée fixe (66) lorsque la tension amont (F1) du brin sans fin (18) est supérieure à la tension aval (F2), ce qui fournit la position de référence, et d'autre part à assurer dans toutes ses positions de pivotement, en combinaison avec le premier levier (50), le positionnement angulaire du détecteur (48) de telle façon que la commande du frein ajustable (30) provoque l'égalité entre la tension amont (F1) et la tension aval (F2). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un organe (68) piloté par le détecteur (48) et propre à délivrer un signal électrique proportionnel à la valeur de l'angle (alpha) définie par la position du détecteur par rapport à sa référence lorsqu'il est en appui sur la butée (66). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit organe de commande est un potentiomètre rotatif (68) qui envoie un signal électrique au frein ajustable (50) au travers d'un amplificateur. 7. Dispositif selon l'une revendication 1 à 6, caractérisé en ce que ledit frein ajustable (30) est constitué par un coupleur d'effort à transfert de couple ajustable ayant deux organes rotatifs (32,34), dont l'un (34) est lié en rotation à l'arbre de sortie (22) et dont l'autre (32) est bloqué en rotation. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le coupleur d'effort (30) est un embrayage électromagnétique à poudre, ou coupleur à poudre, comportant deux organes rotatifs coaxiaux (32,34) dont l'un (32) porte un bobinage (40) propre à être relié à un générateur de courant électrique et à créer un compactage de la poudre contenue dans l'entrefer (42) entre les deux organes (32,34), sous l'effet du champ magnétique ainsi créé. 9. Dispositif selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que le signal électrique est appliqué au bobinage (40) de l'embrayage électromagnétique à poudre (30).