Brevet FR2662799A1 — publié le 19911206

Dispositif de surveillance de la température d'un élément de construction en mouvement, en particulier d'un embrayage à friction L'invention concerne un dispositif de surveillance de la température d'un élément de construction en mouvement par rapport à un élément de construction stationnaire, en particulier d'un élément de construction rotatif, formant une surface de friction, d'un embrayage à friction. L'invention concerne,en outre, un embrayage à friction construit en utilisant un dispositif de ce type. Par l'état de la technique, on connaît des dispositifs de mesure de la puissance dissipée par frottement d'un embrayage à friction, pour lesquels on déduit, par calcul de la puissance dissipée par frottement, l'échauffement des éléments de construction de l'embrayage Des exemples en sont connus par les demandes allemandes publiées sans examen et portant les numéros 35 05 992 et 36 01 708 De telle méthodes de calcul doivent travailler avec de nombreuses inconnues Ainsi,par exemple, le refroidissement des éléments de construction chauffés n'est pas une grandeur qui peut être mesurée avec précision Il estde plus,supposé que le véhicule est équipé d'un dispositif de calcul électronique. D'un autre côté, il est connu, depuis longtempsde procéder à des mesures de températures à l'aide de thermoéléments Cependant, l'utilisation de tels thermoélémentspour un élément de construction rotatifn'a pas été résolue de façon satisfaisante à ce jour Les contacts à balais ou frotteurs utilisés à ce jour se sont révélés inutilisables à de nombreux titres pour les faibles tensions survenant dans les thermoéléments. Le but de l'invention est de créer un dispositif pour la surveillance de la température d'un élément de construction en mouvement, en particulier pour surveiller la température dans la zone des surfaces de contact d'un embrayage à friction, qui permette une transmission plus sûre, sans contact, des informations de températures mesurées, depuis l'élément de construction en mouvement jusqu'à un élément de construction stationnaire voisin et permetteen particulierune transmission des informations de température issues de l'intérieur de l'embrayage. Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que, sur l'élément de construction en mouvement, sont fixés un générateur de courant électrique sensible à la température et une bobine d'induction, raccordée au générateur de courant électrique sensible à la température, ce dernier produisant un courant, dont la valeur dépend de la température de l'élément de construction en mouvement, et la bobine d'induction produisant un champ magnétique correspondant à la valeur du courant et un récepteur, qui réagit au champ magnétique, sans contact, étant fixé à l'élément de construction stationnaire Le générateur de courant électrique sensible à la température, qui peut être un thermoélément classique, mais également un élément qui convertit, en courant électrique, en fonction de la température, une autre énergie thermique, produit un courant continu dont la valeur est une mesure de la température L'intensité du champ magnétique qui est produit, de manière correspondant au courant, par la bobine d'induction, représente,de son côté, une mesure de la température et est convertie, depuis le récepteur qui réagit au champ magnétique et qui est fixé sur l'élément de construction stationnaire, en un signal électrique contenant l'information de température. La bobine d'induction peut être configurée ou disposée de telle façon qu'elle se trouve constamment dans la zone du récepteur, indépendamment du mouvement de l'élément de construction Du fait que ceci nécessite,dans certains cas,des bobines comparativement importantes, pour diminuer les dimensions de la bobine d'induction,dans le cas d'un élément de construction qui tourne autour d'un axe de rotation, il est prévu, de manière appropriée, que la bobine d'induction soit disposée excentriquement par rapport à l'axe de rotation, sur l'élément de construction Concernant la bobine d'induction, il peut S'agir, ici,d'une bobine plate, en particulier réalisée sous forme de boucle en fil métallique, qui s'écarte radialement de l'élément de construction rotatif, pratiquement dans un plan s'étendant normalement par rapport à l'axe de rotation Avec une telle bobine, le récepteur peut être disposé sans aucun problème en direction radiale, à côté de la bobine d'induction. Concernant le récepteur, il peut s'agir d'un élément sensible au champ magnétique, comme,par exemple, d'un capteur à effet Hall ou analogue Outre la mesure des intensités de champ de la bobine d'induction se déplaçant sur le récepteur, l'induction magnétique peut, également être exploitée pour effectuer une mesure sans contact du champ magnétique produit par la bobine d'induction et représentant la température de l'élément de construction. A cet effet, il est prévu, de manière appropriée, que le récepteur comprenne une bobine d'induction secondaire, sur laquelle est susceptible de passer la bobine d'induction reliée au générateur de courant électrique sensible à la température, lors de la rotation de l'élément de construction La bobine d'induction secondaire produit, lors du passage de la bobine d'induction primaire, une impulsion de tension dont l'ampleur est une mesure de l'intensité de champ et ainsi de la température de l'élément de construction rotatif Du fait que l'ampleur de l'impulsion de tension dépend,en plus, de la vitesse à laquelle les bobines d'induction passent les unes devant les autres et ainsi de la vitesse de rotation de l'élément de construction rotatif, dans certains cas, il peut être nécessaire d'entreprendre, lors des l'exploitation de l'information de température, des mesures de compensation en fonction de la vitesse de rotation, et l'on effectue donc la mesure à une vitesse de rotation constante Pour augmenter l'induction magnétique, la bobine d'induction secondaire est disposée, de manière appropriée, sur un noyau à entrefer, au travers duquel passe la bobine d'induction primaire. Selon un mode de réalisation préféré, le générateur de courant électrique comprend au moins un thermoélément, le cas échéant,également,plusieurs thermoéléments reliés à une ligne thermique, chaque thermoélément comprenant deux couples de thermocontacts branchés en série, dont un premier couple est disposé dans une zone de l'élément de construction en mouvement, en particulier une surface de friction de l'embrayage à friction,' le deuxième couple étant disposé dans une zone dont la température est différente en fonctionnement, en particulier dans l'air ambiant de la partie en mouvement Le thermoélément forme, conjointement avec la bobine d'induction primaire, un circuit électrique fermé, qui est réalisé, en particulier dans le cas de bobines d'induction secondaire, à coupler par induction magnétique, du récepteur, sous forme de circuit électrique faiblement ohmique, afin de produire des intensités de courant comparativement élevées et, ainsi, de produire des champs magnétiques suffisamment élevés. Comme il est usuel pour les thermoéléments, le champ magnétique est,en même temps,proportionnel à la différence de température entre les deux couples de thermocontacts. Pour des embrayages à friction, les deux éléments de construction qui forment les surfaces de friction, c'est- à-dire le volant d'inertie et la plaque de pression, sont réalisés usuellement en fer Pour la mesure de température dans la zone de la surface de friction de ces éléments de construction, le premier couple est formé, de manière approprié, par l'élément de construction qui forme la surface de friction et un conducteur en cuivre qui est en contact avec son matériau ferreux, dans un trou borgne arrivant à la surface de friction de l'élément de construction Le deuxième couple est formé par un conducteur en fer, relié, de manière conductrice' à l'élément de construction en rotation, et au conducteur en cuivre cité, le conducteur en cuivre formant également la bobine d'induction. L'invention peut être exploitée tant pour la mesure de la température des surfaces de friction du volant d'inertie d'un embrayage à friction, que pour la mesure de la température de surfaces de friction du disque de pression Dans la mesure ou c'est la température des surfaces de friction de la plaque de pression guidée axialement mobile par rapport à un carter d'embrayage que l'on doit mesurer, de manière appropriée, la bobine d'induction primaire est fixée, de façon isolée électriquement, sur le carter d'embrayage, et reliée au générateur de courant électrique sensible à la température grâce à des pièces conductrices flexibles La mesure de la température de surfaces de friction de la plaque de pression s'est révélé appropriée, du fait que c'est ici, en cas de pics de sollicitation de l'embrayage à friction, qu'on observe le plus fort accroissement de température et c'est ainsi à cet emplacement que le risque d'une surchauffe est le plus grand D'autre part, on peut supprimer les pièces conductrices flexibles entre le générateur de courant sensible à la température et la bobine d'induction primaire, si, au lieu de la plaque de pression mobile axialement, c'est la température de surface de friction du volant d'inertie que l'on mesure. La capacité calorifique comparativement faible de la plaque de pression peut, dans ce cas, être déterminée expérimentalement et son échauffement être pris en considération et surveillé par des mesures correctives. L'invention est expliquée ci-dessous plus en détail à l'aide d'un exemple. Dans le dessin,- La figure 1 représente une coupe partielle du dispositif de mesure en représentation de principe; la figure 2 représente la coupe II-II suivant la figure 1; la figure 3 représente la coupe longitudinale partielle d'un embrayage à friction de véhicule automobile, avec un dispositif de mesure correspondant aux figures 1 et 2. Sur les figures 1 et 2, est représenté un volant d'inertie 2 en acier, qui est monté à rotation autour d'un axe de rotation 11 Ce volant d'inertie 2 comporte une surface de friction 3 qui est, par exemple, reliée à un disque d'embrayage L'échauffement qui est produit par le frottement entre la surface de friction 3 et le disque d'embrayage est mesuré et transmis de la manière suivante : Dans un trou borgne du volant d'inertie 2, qui est ménagé depuis la face opposée à la surface de friction 3 et qui va jusqu'à proximité de la surface de friction 3, est disposé un conducteur en cuivre isolé 20, qui forme, avec sa surface frontale située sur le fond du trou borgne, un premier couple de thermocontact 17 Le conducteur en cuivre 20 s'étend à l'extérieur du volant d'inertie, dans un plan à peu près perpendiculaire à l'axe de rotation 11, et forme dans ce plan une boucle en fil métallique 13. Dans la zone de la boucle en fil métallique 13,est disposé un deuxième couple de thermocontacts 18, pour lequel on passe du conducteur en cuivre 20 à un conducteur en fer 22 Ce conducteur en fer 22 est directement relié fermement, par son autre extrémité, au volant d'inertie 2. La boucle en fil métallique 13 forme,avec les deux conducteurs 20 et 22 ainsi qu'avec le volant d'inertie, un circuit électrique qui, en cas d'augmentation de température sur le premier couple de thermocontacts 17, fait passer un courant qui dépend de la différence de température entre les deux couples de thermocontact 17 et 18 Pour assurer une transmission, sans contactde cette information de température, la boucle en fil métallique 13 passe, lorsque le volant d'inertie 2 tourne, par un interstice, respectivement une fente d'un noyau en fer doux 19, qui est pourvu d'une bobine secondaire 14 Le noyau 19 est monté fixe localement La champ magnétique formé par le courant qui s'écoule dans la bobine secondaire produitau passage dans la bobine secondaire, dans cette dernière, une variation de flux magnétique comparativement élevée, qui aboutit à un impulsion de tension correspondante Cette impulsion de tension peut alors être affichée sur un appareil de mesure 24, respectivement sur un appareil d'exploitation correspondant, et être exploitée. Sur la figure 3 est représenté un embrayage à friction 1 de véhicule automobile, dans lequel un premier couple de thermocontacts 17 est disposé dans la plaque de pression 4, à proximité de la surface de friction 5 La plaque de pression 4 est usuellement bloquée en rotation, mais déplaçable axialement dans un carter d'embrayage 6 et sollicitée par un ressort à membrane 7 qui est maintenu par des boulons d'espacement 12 Le carter d'embrayage 6 est vissé sur le volant d'inertie 2, qui est relié à un vilebrequin 8 d'un moteur à combustion interne, non représenté Un disque d'embrayage 9, disposé bloqué en rotation, mais déplaçable axialement sur un arbre de boîte de vitesse non représenté, est susceptible d'être serré entre le volant d'inertie 2 et la plaque de pression 4 De plus, un dispositif de débrayage 10 est disposé concentriquement à l'axe de rotation 11 et actionne le ressort à membrane 7 et commande, ainsi, le processus d'embrayage et de débrayage Le premier couple de thermocontacts 17 est disposé sur la plaque de pression 4 en fer et formé par la plaque de pression 4 et le conducteur en cuivre 20, qui est sortie de façon isolée hors de la plaque de pression 4 et passé radialement vers l'extérieur Il se transforme en une pièce de liaison élastique 21 en cuivre, qui est à son tour reliée à la boucle en fil de cuivre 13 fixée dans le carter d'embrayage 6 Une isolation est également prévue au passage du carter d'embrayage 6 Le conducteur en fer 22, qui se raccorde en 18 à la boucle en fil de cuivre 13, traverse également le carter d'embrayage 6 et est directement relié, par une pièce de liaison élastique 23 en fer, au matériau de la plaque de pression 4 Les pièces de liaison élastiques 21 et 23 correspondent, du point de vue du matériau,à du cuivre, respectivement du fer, et sont, de préférencefabriquées à partir d'un grillage en fil métallique qui, comme le reste des éléments de construction de ce circuit électrique, présente une grande section transversale, afin de constituer une liaison faiblement ohmique Le plan de la boucle en fil métallique 13 s'étend à peu près perpendiculairement à l'axe de rotation 11 et passe, pendant sa rotation conjointe avec l'embrayage à friction 1, dans l'entrefer situé dans le noyau 19, qui sert de récepteur et est relié fermement au carter de boîte de vitesse 15, par l'intermédiaire d'un couvercle 16 Le noyau porte une bobine secondaire 14, dont les extrémités sont reliées à l'appareil de mesure/d'exploitation 24 (figure 1). L'ampleur de l'impulsion de tension dans la bobine secondaire 14 est proportionnelle au nombre de tours d'enroulement de la bobine secondaire, proportionnelle à la vitesse de rotation et proportionnelle au champ magnétique primaire Le champ magnétique primaire est proportionnel au courant passant dans la boucle en fil métallique 13 et celui-ci est fonction de la différence de température entre les deux couples de thermocontacts 17,18 Lors de l'utilisation de cuivre et de fer, on peut compter à peu près avec une résistance ohmique à l'intérieur du circuit électrique primaire allant de 1 à 1,5 m Q Dans le cas d'une tension due à la température d'une valeur de 1,lm V par 100 degrés, entre le fer et le cuivre, on obtient ainsi une intensité d'à peu près 0,8 A. Avec une intensité aussi élevée, il est possible de fournir,sur le côté secondaire, des impulsions de tension suffisamment élevées La dépendance entre la vitesse de rotation de la transmission inductive et l'information de température peut en tous cas rendre nécessaire des mesures, pour prendre en considération la vitesse de rotation du côté primaire ou du côté secondaire; La disposition des thermoéléments, directement dans le volant d'inertie, offre des facilités de construction, du fait qu'il ne faut prendre,ici, aucun compte de la mobilité axiale des éléments de construction conducteurs du courant La faible capacité calorifique de la plaque de pression peut, en même temps, être déterminée expérimentalement et être prise en considération. Les exemples de réalisation expliqués ci-dessus représentent seulement un seul thermoélément, composé de deux couples de thermocontacts On peut, égalementmettre en circuit, en série les uns par rapport aux autres, plusieurs de ces thermoéléments, pour augmenter la tension de sortie et ainsi la puissance Au lieu d'une boucle en fil métallique avec un seul enroulement, la bobine d'induction primaire peut également comprendre plusieurs enroulements et être également pourvue d'un noyau, en vue d'augmenter la densité du flux magnétique Il est évident qu'au lieu de la bobine secondaire 14, on peut également prévoir un autre récepteur, qui réagisse aux intensités du champ magnétique de la bobine d'induction primaire, par exemple une sonde à effet Hall ou analogue. il REVEND ICAT IONS 1 Dispositif de surveillance de la température d'un élément de construction ( 2; 4) en mouvement par rapport à un élément de construction stationnaire ( 15), en particulier d'un élément de construction rotatif, formant une surface de friction, d'un embrayage à friction ( 1), caractérisé en ce que, sur l'élément de construction en mouvement ( 2; 4), sont fixés un générateur de courant électrique sensible à la température ( 17,18) et une bobine d'induction ( 13), raccordée au générateur de courant électrique sensible à la température ( 17,18), ce dernier produisant un courant, dont la valeur dépend de la température de l'élément de construction en mouvement ( 2; 4), la bobine d'induction ( 13) produisant un champ magnétique correspondant à la valeur du courant et un récepteur ( 14,19), qui réagit au champ magnétique, sans contact, étant fixé à l'élément de construction stationnaire ( 15). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de construction en mouvement ( 2; 4) tourne autour d'un axe de rotation ( 11) , la bobine d'induction ( 13) étant disposée excentriquement par rapport à l'axe de rotation ( 11), sur l'élément de construction en mouvement ( 2; 4). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine d'induction ( 13) est réalisée sous forme de bobine plate et s'écarte radialement de l'élément de construction rotatif ( 2; 4), pratiquement dans un plan s 'étendant normalement par rapport à l'axe de rotation. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bobine d'induction est réalisée sous forme de boucle en fil métallique ( 13). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le récepteur ( 14,19) comprend une bobine d'induction secondaire ( 14), sur laquelle est susceptible de passer, accouplée de façon inductive à la bobine d'induction secondaire ( 14), la bobine d'induction ( 13) reliée au générateur de courant électrique sensible à la température ( 17,18), lors de la rotation de l'élément de construction ( 2; 4). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bobine d'induction secondaire ( 14) est disposée sur un noyau ( 19) à entrefer, au travers duquel passe la bobine d'induction ( 13) reliée au générateur de courant électrique ( 17,18). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le générateur de courant électrique comprend au moins un thermoélément ( 17,18) auquel est raccordé la bobine d'induction ( 13), en un circuit électrique particulièrement faiblement ohmique, chaque thermoélément ( 17,18) comprenant deux couples de thermocontacts branchés en série, dont un premier couple ( 17) est disposé dans une zone de l'élément de construction en mouvement ( 2; 4), en particulier une surface de friction ( 3; 5) de l'embrayage à friction, et le deuxième couple ( 18) étant disposé dans une zone dont la température est différente en fonctionnement, en particulier dans l'air ambiant de l'élément de construction en mouvement ( 2; 4). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément de construction ( 2; 4) qui forme la surface de friction ( 3; 5) est en fer, le premier couple ( 17) étant formé par l'élément de construction ( 2; 4) qui forme la surface de friction ( 3; 5) et un conducteur en cuivre ( 20) qui est en contact avec son matériau ferreux, dans un trou borgne arrivant à la surface de friction ( 3; 5) de l'élément de construction ( 2; 4), et le deuxième couple ( 18) étant formé par un conducteur en fer ( 22), relié de manière conductrice à l'élément de construction en rotation ( 2; 4), et a:u conducteur en cuivre ( 20) cité, le conducteur en cuivre ( 20) formant également la bobine d'induction ( 13). 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le générateur de courant électrique sensible à la température ( 17,18) capte la température de la surface de friction ( 5) d'une plaque de pression ( 4), fixée en rotation mais guidée de façon mobile axialement par rapport à un carter d'embrayage ( 6), d'un embrayage à friction ( 1), et la bobine d'induction ( 1) étant fixée, de façon isolée électriquement, sur le carter d'embrayage ( 6), et reliée au générateur de courant électrique sensible à la température ( 17,18) grâce à des pièces conductrices flexibles ( 21,23). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le récepteur ( 14,19) est fixé sur un carter de boîte de vitesse voisin de l'embrayage à friction ( 1). 11 Embrayage à friction, caractérisé par un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à , pour la surveillance de la température de la surface de friction ( 3; 5) d'un volant d'inertie ( 2) ou d'une plaque de pression ( 4).