Brevet FR2704614A1 — publié le 19941104

Mécanisme de transmission, notamment pour un entraînement électromagnétique de commutateur. La présente invention se rapporte à un mécanisme destiné à transformer l'angle de rotation d'un arbre d'entrée en un plus grand angle de rotation d'un arbre de sortie, notamment pour un entraînement électromagnétique de commutateur HF. Dans le cas d'application à un entraînement de commutateurs qui est l'application préférée, il se pose fréquemment le problème consistant à faire déplacer alternativement dans les deux sens un organe de commutation tournant, d'une masse quelquefois considérable, de l'angle de commutation déterminé par la structure, qui est de 90 dans la plupart des cas, avec un temps de commutation bref, et donc avec une vitesse angulaire aussi élevée que possible, mais à éviter en même temps le développement de grands efforts, aussi bien dans le commutateur que dans sa commande, afin de réduire à un minimum l'usure et la consommation d'énergie. Par ailleurs, il est fréquemment nécessaire de prévoir une pré-rotation de l'arbre d'entrée avant le début du mouvement de rotation de l'organe de commutation et une post-rotation après l'arrivée à la position finale de l'organe de commutation, pour commander des fonctions auxiliaires telles que des verrouillages mécaniques ou des contacts de transmission électrique de signaux. Jusqu'à présent, pour obtenir des déroulements des mouvements de ce genre, on utilise dans la plupart des cas des mécanismes cycloidaux qui permettent certes de réaliser une combinaison non linéaire entre les angles de rotation et vitesses angulaires d'entrée et de sortie, mais qui sont d'une structure relativement compliquée. Par ailleurs, la plupart des mécanismes comportent un entraînement rotatif, c'est-à-dire, par exemple, un moteur électrique, bien que, pour obtenir des temps de commutation brefs et pour réduire l'encombrement et la puissance d'entraînement, les entraînements à mouvement alternatif, par exemple les systèmes à armature battante, soient plus avantageux. L'invention se donne pour but de créer un mécanisme du genre indiqué au début qui, avec une structure simple et peu encombrante, puisse être entraîné par un mouvement rotatif ou alternatif au choix, côté entrée, et dont l'arbre de sortie décrive un mouvement de rotation alternative dont l'angle de rotation et le couple puisse être fixés, et de façon largement indépendante de l'angle de rotation et de la vitesse angulaire de l'arbre d'entrée et à l'aide de moyens de structure simples. Selon l'invention, ce problème est résolu par un mécanisme destiné à transformer l'angle de rotation en un angle de rotation agrandi d'un arbre de sortie, notamment pour un entraînement électromagnétique pour commutateur à haute fréquence, caractérisé en ce que; 1.1 l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie sont à axes parallèles; 1.2 l'arbre d'entrée porte, perpendiculairement à son axe, un levier à deux bras égaux dont les bras forment entre eux un angle de courbure se trouve sur l'axe de symétrie. - Dans cette solution, en choisissant une configuration appropriée du disque d'entraînement, notamment son diamètre dans la région des deux profils de cames et en agissant sur la longueur de ces profils de cames, on peut obtenir un rapport de transmission entre l'angle de l'arbre d'entrée et celui de l'arbre de sortie choisi arbitrairement dans un grand intervalle, par exemple, entre 1:1,5 et 1:10. Dans cette structure, le calcul peut prendre pour spécification de départ aussi bien une valeur prédéterminée de l'angle de pivotement de l'arbre d'entrée qu'une valeur d'angle de pivotement ou de commutation exigée sur le côté de la sortie. L'angle que les deux bras du levier monté sur l'arbre d'entrée forment entre eux est d'autant plus petit que la distance d'écartement qui sépare l'arbre d'entrée de l'arbre de sortie est plus grande parce que la distance d'écartement des deux entraîneurs est constante et égale à la longueur de la corde qui joint les points o les deux entraîneurs s'appuient simultanément sur les deux cames symétriques l'une de l'autre. La forme de réalisation dans laquelle, pour obtenir un verrouillage antiretour, les segments terminaux des deux profils de cames s'étendent sur une petite distance radialement vers l'axe de l'arbre de sortie, a l'avantage consistant en ce que le mécanisme est autobloquant à sa sortie. Par ailleurs, en agissant sur la longueur des segments terminaux des-deux profils de cames, on peut fixer la dimension d'un angle de pré-rotation et de post-rotation éventuellement nécessaire. La forme de réalisation dans laquelle les bras du levier à deux bras forment entre eux un angle d'environ 90 représente un compromis avantageux entre le couple à développer côté entrée et l'encombrement du mécanisme puisque l'arbre d'entrée et son entraînement peuvent encore être logés sensiblement dans les limites de la surface de projection du disque d'entraînement. La forme de réalisation dans laquelle les entraîneurs sont constitués par des galets montés par l'intermédiaire de roulements à billes sur des axes orientés parallèlement à l'arbre d'entrée, fixés aux extrémités des bras du levier à deux bras, constitue une forme de réalisation à faible frottement et faible usure. Le mécanisme de cette forme de réalisation est bien approprié aussi bien pour les entraînements rotatifs que pour les entraînements à mouvement alternatif. Selon d'autres formes de réalisation, il est prévu un levier en forme de fourche solidaire en rotation avec l'arbre d'entrée et qui peut être entraîné par l'intermédiaire d'un entraînement à excentrique composé d'un moteur électrique, d'un réducteur et d'un levier à excentrique. Dans une autre forme de réalisation, l'arbre d'entrée est solidaire en rotation avec l'une des extrémités d'un aimant permanent en forme de barreau dont l'autre extrémité, ou extrémité libre, peut pivoter alternativement, d'un angle fixe entre les pièces polaires de deux électro-aimants par excitation alternée de ces derniers. Le mécanisme selon l'invention est représenté sur les dessins, dans des formes de réalisation choisies à titre d'exemple, et sous une forme schématique et simplifiée. Sur ces dessins, la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'une première forme de réalisation comportant un entraînement rotatif pour un angle de commutation de 90 côté sortie; la figure 2 représente la même forme de réali- sation, mais avec un entraînement à armature battante; les figures 3a à 3c représentent les positions initiale, centrale et finale du disque d'entraînement des formes de réalisation selon les figures 1 et 2; les figures 4a à 4c représentent les positions correspondantes du disque d'entraînement d'une deuxième forme de réalisation pour un angle de commutation de 120 côté sortie. Le mécanisme représenté sur les figures 1 et 2 présente un arbre d'entrée 1, qui porte un levier 2 à deux bras égaux, dont les bras 2a et 2b forment entre eux un angle d'environ 90 . Aux extrémités des bras 2a, 2k, sont montés des axes 3a, 3k qui portent les entraîneurs 4a, 4b constitués par des galets montés sur roulements à billes. Les entraîneurs 4a, 4b sont appuyés sur des profils de cames 5a, 5k qui sont de configuration symétrique sur le périmètre d'un disque d'entraînement 5 et qui forment ensemble sensiblement un secteur de trois-quarts de cercle. Le disque d'entraînement 5 est solidaire en rotation avec un arbre de sortie 6. Celui-ci s'étend parallèlement à l'arbre d'entrée 1, dans une position décalée par rapport à cet arbre, lequel peut être animé d'un mouvement de pivotement alternatif, d'un angle. compris entre deux positions finales, au moyen d'un organe d'entraînement quelconque. Selon la figure 1, il est prévu à cet effet un levier 7 en forme de fourche solidaire en rotation avec l'arbre d'entrée 1, et qui est entraîné au moyen d'un entraînement à excentrique simple, composé d'un moteur électrique 10, d'un réducteur 11 et d'un levier excentrique 12. L'axe prévu à l'extrémité du levier excentrique 12 décrit alors, relativement à l'arbre d'entrée 1, une épicycloide correspondant au cercle de rotation 13 dessiné en trait interrompu et il provoque donc le pivotement du levier 7 entre les deux positions finales symbolisées par les lignes 14a et 14b en trait interrompu, avec un maximum de la vitesse angulaire du levier 7 dans la position centrale de ce levier. Un autre entraînement, à savoir, un entraînement à armature battante, est représenté sur la figure 2. Cet entraînement est composé d'un aimant permanent 27 en forme de barreau, qui est solidaire en rotation avec l'arbre d'entrée 1 à son extrémité supérieure et dont l'extrémité inférieure libre pivoter alternativement d'un angle ientre les pièces polaires 15a, 16a de deux électro-aimants 15, 16, par excitation alternative de ces derniers. En raison de la liaison de dépendance quadratique, connue, qui lie la force du champ magnétique à la distance, le couple de l'arbre d'entraînement est à son maximum au début et à la fin de l'angle de pivotement et le plus faible dans la position centrale. L'angle 0 est choisi à une valeur d'environ 30 dans les exemples de réalisation. L'angle de rotation de l'arbre de sortie 6, qui est choisi à une valeur de 90 sur les figures 1 à 3, ne dépend que de la longueur des profils de cames 5a et 5b. Les figures 3a à 3c montrent, en vue de dessus, les positions initiale, centrale et terminale du disque d'entraînement 5 du mécanisme selon les figures 1 et 2. On a uniquement dessiné les parties du mécanisme qui sont essentielles pour la compréhension; l'arbre d'entrée 1 et l'arbre de sortie 6 ne sont représentés que par des symboles. La figure 3a montre une position finale, la figure 3c montre l'autre position finale. On reconnaît que, dans la position centrale selon la figure 3b, la médiatrice m abaissée sur la corde s qui joint les deux entraîneurs 4a et 4b passe par l'axe de l'arbre de sortie 6, qui se trouve au-delà de cette corde s. Par ailleurs, on peut voir que les profils de cames 5a et 5b sont symétriques par rapport à la médiatrice m. Il ressort aussi de la figure 3b que les segments terminaux 51a et 51b des profils de cames 5a et 5b s'étendent à peu près radialement en direction du centre de l'arbre de sortie 6. Ceci a pour conséquence que, dans chacune des deux positions finales, il se produit un verrouillage qui ne peut être débloqué que par action sur le côté d'entrée et non pas par action du côté de sortie. La longueur de ces segments terminaux détermine par ailleurs l'angle de pré-rotation et de post-rotation de l'arbre d'entrée 1, proportionnellement à l'angle de rotation de l'arbre de sortie 6. Les profils de cames 5a et 5b suivent avec une très bonne approximation des arcs de cercles qui, dans l'exemple de réalisation, forment ensemble un arc d'environ trois- quarts de cercle dont le centre se trouve sur la médiatrice n précitée lorsque le disque d'entraînement 5 se trouve dans sa position centrale. La position de ce centre de cercle sur la médiatrice m ne varie que dans une très faible mesure pour les rapports de transmission de mouvement angulaire allant d'environ 1:1,5 à environ 1:8. Au contraire, l'angle entre les bras de levier 2a et 2b (voir figures 1 et 2) dépend de la distance entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie, puisque, pour une forme donnée du disque d'entraînement 5, la longueur de la corde s est constante. Dans le cas de l'angle de 90 , qui est à la base des exemples de réalisation, on obtient déjà un mode de construction relativement compacte, ainsi que ceci ressort des figures 3 et 4. Pour l'angle de rotation pouvant être obtenu sur le côté de sortie, plus précisément, pour le rapport de transmission de mouvement angulaire, la distance entre l'arbre d'entrée 1 et l'arbre de sortie 6 ne joue pas. Au contraire, le rapport de transmission de mouvement angulaire dépend exclusivement de la longueur des arcs formés par les profils de cames symétriques 5a, 5b. Ceci est indiqué par les figures 4a à 4c qui montrent le disque d'entraînement d'une deuxième forme de réalisation dans les positions initiale, centrale et terminale. Dans cette forme de réalisation, l'angle de rotation côté sortie est de 120 , pour un angle de rotation côté entrée qui est resté inchangé à environ 30 . La distance entre l'arbre d'entrée 1 et l'arbre de sortie 6 est ici aussi choisie de manière que les lignes de jonction entre l'arbre d'entrée 1 et l'entraîneur 4a ou l'entraîneur 4b (qui correspondent aux bras 2a 2b du levier 2 sur la figure 1) forment entre eux un arbre de 90 . Ainsi que ceci ressort notamment de la figure 4b, l'arbre d'entrée 1 se trouve encore sensiblement dans les limites du contour projeté du disque d'entraînement 5, de sorte que - indépendamment du rapport de transmission de mouvement angulaire - cette forme de réalisation représente un compromis entre l'encombrement du mécanisme et le couple qui doit être appliqué côté entrée. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Mécanisme destiné à transformer l'angle de rotation d'un arbre d'entrée en un angle de rotation agrandi d'un arbre de sortie, notamment pour entraînement électromagnétique de commutateur à haute fréquence, caractérisé en ce que; 1.1 l'arbre d'entrée (1) et l'arbre de sortie (6) sont à axes parallèles; 1.2 l'arbre d'entrée (1) porte, perpendiculairement à son axe, un levier (2) à deux bras égaux, dont les bras (2a, 2b) forment entre eux un angle de 1.5 dans la position centrale de l'arbre d'entrée (1), la médiatrice (m) abaissée sur la ligne de jonction (s) des deux entraîneurs (4a, 4b) passe par l'axe de l'arbre.de sortie (6), qui se trouve au-delà de cette ligne de jonction (s); 1.6 l'arbre de sortie (6) porte un disque d'entraînement (5); 1.7 deux segments du périmètre du disque d'entraînement (5) forment des profils de cames (5a, 5b) symétriques l'un de l'autre, et destinés à coopérer avec les entraîneurs, l'axe de symétrie coincidant avec la ligne de jonction (s) des axes de l'arbre d'entrée (1) et de l'arbre de sortie (6) dans la position centrale de l'arbre d'entrée; 1.8 les profils de cames (5a, 5b) correspondent au moins essentiellement à des arcs de cercles dont le centre de courbure se trouve sur l'axe de symétrie. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour obtenir un verrouillage anti-retour, les segments terminaux (51a, 51b) des deux profils de came (5a, b) s'étendent sur une petite distance radialement vers l'axe de l'arbre de sortie (6). 3. Mécanisme selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bras (2a, 2b) du levier (2) à deux bras forment entre eux un angle d'environ 90 . 4. Mécanisme selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les entraîneurs (4a, 4b) sont constitués par des galets montés par l'intermédiaire de roulements à billes sur des axes (3a, 3b) orientés parallèlement à l'arbre d'entrée (1), et fixés aux extrémités des bras (2a, 2b) du levier (2) à deux bras. 5. Mécanisme selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un levier (7) en forme de fourche est solidaire en rotation avec l'arbre d'entrée (1) et peut être entraîné par l'intermédiaire d'un entraînement à excentrique composé d'un moteur électrique (10) d'un réducteur (11) et d'un levier à excentrique (12). 6. Mécanisme selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'arbre d'entrée est solidaire en rotation avec un aimant permanent (27) en forme de barreau dont l'autre extrémité, ou extrémité libre, peut pivoter alternativement, d'un angle fixe (i) entre les pièces polaires (15a, 16a) de deux électro-aimants (15, 16) par excitation alternée de ces derniers.