Brevet FR2743400A1 — publié le 19970711

Accouplement de surcharge fonctionnant par force mécanique avec une force de maintien interne magnétique La présente invention concerne un accouplement de surcharge fonctionnant par force mécanique, avec deux moitiés d'accou- plement dotées d'une possibilité de déplacement et de rota- tion l'une par rapport à l'autre, avec des corps de trans- mission du couple qui s'engagent dans des cavités en vis-à- vis, et avec une force de maintien interne à l'accouplement pour les corps de transmission du couple, produite par des aimants permanents magnétisés parallèlement à l'axe de l'accouplement. Des accouplements de surcharge fonctionnant par force méca- nique, de friction ou d'adhérence, sont connus jusqu'à pré- sent dans la technique d'entraînement pour protéger des mouvements de rotation, ces accouplements interrompant le flux de forces dans la ligne d'entraînement après qu'un couple prédéfini ait été atteint. Dans le domaine des accouplements de surcharge fonctionnant par force mécanique en particulier, il est possible de faire la distinction systématique suivante: - Accouplements entraînés avec ou sans énergie étrangère. - Accouplements à enclenchement ou à déconnexion. - Type de production de la force auxiliaire requise pour la transmission du couple. - Type de production de la force requise pour le désenclen- chement. - Type de production de la force requise pour le réenclen- chement. Spécialement pour les applications, dans lesquelles toute énergie étrangère et technique sensorielle adéquate pour surveiller un désenclenchement possible de l'accouplement de surcharge sont inexistantes dans le champ périphérique de ce dernier, il conviendrait que l'accouplement présente les critères de fonctionnement idéaux suivants: - Accouplement remplissant sa fonction sans énergie étran- gère ou intervention manuelle, - Accouplement à déconnexion, absorbant de longues périodes de rotation par inertie dues au manque d'identification de l'état de surcharge. - Accouplement se réenclenchant par la seule réduction de la vitesse de rotation relative des deux moitiés d'accouple- ment entre le côté menant et mené, et retrouvant son état de service. L'invention vise donc à créer un accouplement de surcharge, qui absorbe de longues périodes de ralentissement en fonc- tionnant sans incidence externe, et qui se réenclenche par la seule réduction de la vitesse de rotation relative. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, des aimants permanents, dirigés l'un vers l'autre, sont logés dans les deux moitiés d'accouplement. Les avantages suivants sont obtenus par l'invention: L'accouplement de surcharge peut fonctionner sans énergie étrangère et/ou technique sensorielle. Par suite de sa fonc- tion spéciale et du faible couple résiduel, l'accouplement se prête à de fortes vitesses de rotation relatives et à de longues périodes de fonctionnement par inertie. Apres La réponse correspondante à l'obtention du couple prédéfini (désaccoupLement), il peut se réenclencher par la seule réduction de la vitesse de rotation relative entre le côté menant et mené, et être ainsi amené en état de service. Dans une forme de construction préférentielle de l'inven- tion, le nombre des aimants permanents est égal dans les deux moitiés d'accouplement, tous ces aimants étant alors disposés sur des cercles de même diamètre. Il est avantageux que les aimants permanents soient cylin- driques en une coupe perpendiculaire à leur étendue longitu- dinale, tous ces aimants étant logés dans l'accouplement avec une polarité de même sens, et un matériau magnétique étant prévu entre eux. Il est alors utile que les aimants permanents et le matériau magnétique soient dimensionnés et disposés dans les surfaces frontales en vis-à-vis des moitiés d'accouplement de sorte que, à l'état de désaccouplement, la force de répulsion prédomine jusqu'au dépassement par le bas d'une vitesse de rotation relative prédéfinie entre les deux moitiés d'accou- plement. Dans une forme de construction judicieuse, des aimants per- manents de polarité différente sont disposés en alternance sur chaque cercle. Ces aimants ont alors un dimensionnement tel que, à l'état de désaccouplement, la force de répulsion prédomine jusqu'au dépassement par le bas d'une vitesse de rotation relative prédéfinie entre les deux moitiés d'accou- plement. Une mesure préférentielle réside en ce que les aimants permanents sont disposés en un anneau de cercle, présentent la forme de segments d'anneaux de cercle, et s'appliquent étroitement les uns sur les autres, les aimants d'une pola- rité étant plus larges que ceux de l'autre polarité. L'accouplement se caractérise en outre par une force de répulsion supplémentaire, par un ressort de pression agissant dans le sens de répulsion, et par le fait que le ressort de pression, un ressort hélicoîdal de préférence, presse par l'intermédiaire d'une bague de pression les corps de transmission du couple, dans le sens du désaccouplement. Dans une autre solution judicieuse, un ressort, un ressort à disques de préférence, presse la partie commutation dans le sens d'accouplement. Sur l'accouplement conforme à l'invention, il est utile que les corps de transmission du couple soient des billes, et que les cavités aient une forme conique. Dans une forme de construction avantageuse, les billes s'appliquent côté arrière sur une bague élastique, se si- tuent en un cercle partiel dans une denture, ouverte dans le sens radial, de l'une des moitiés d'accouplement, et s'enga- gent dans des cavités, dirigées en oblique vers l'intérieur, d'une denture intérieure en forme d'enveloppe conique de l'autre moitié d'accouplement. Une mesure utile consiste à disposer les aimants permanents sur plusieurs cercles concentriques. Une autre caractéristique de l'invention réside dans un entrefer entre les moitiés d'accouplement. Il est enfin judicieux que l'entrefer soit réglable, par le biais d'une vis sans tête. L'invention prévoit un accouplement de surcharge fonc- tionnant par force mécanique, avec une fonction de déconne- xion et un réencLenchement automatique par réduction de La vitesse de rotation relative entre le côté menant et mené, accouplement sur lequel la force de maintien interne, re- quise pour la transmission du couple entre la moitié d'accouplement menante et menée, est uniquement obtenue par des aimants agissant dans le sens axial, des aimants perma- nents de préférence, ou par une combinaison de ces derniers avec un mécanisme à ressort. A l'état d'enclenchement de l'accouplement, c'est-àdire lorsque ses deux moitiés ne tournent pas l'une par rapport à l'autre, l'attraction entre différents pôles magnétiques, et/ou l'attraction entre des pâles magnétiques et des parties de matériaux ferromagnéti- ques, sont utilisées. Après la déconnexion, c'est-à-dire après que la force de maintien magnétique, agissant dans le sens axial, entre les deux moitiés d'accouplement ait été surmontée, et le début de la rotation de ces dernières l'une par rapport à l'autre, la répulsion entre les mêmes pâles magnétiques, passant les uns devant les autres dans le sens périphérique, maintient la séparation axiale entre le côté menant et mené. Etant donné que, à l'état de déconnexion de l'accouplement, un léger sur-poids en faveur de la répulsion est prévu dans la zone des aimants, dans l'alternance perma- nente entre l'attraction et la répulsion, la partie commuta- tion ne peut pas suivre, par suite de son inertie, cette alternance rapide avec une vitesse de rotation relative élevée entre le côté menant et mené (c'est-à-dire les deux moitiés d'accouplement), et reste donc à l'état de déconne- xion, jusqu'à ce que la vitesse précitée entre le côté menant et mené (c'est-à-dire entre les deux moitiés d'accou- plement) s'abaisse à un point tel que le déplacement axial de la partie commutation suit l'allure des forces du montage magnétique et que l'accouplement se réenclenche. La publication DE-OS 29 32 661 indique un accouplement de surcharge avec deux moitiés d'accouplement en forme de pot, dotées d'une possibilité de déplacement et de rotation l'une par rapport à l'autre, des entraîneurs stationnaires étant prévus comme corps de transmission du couple dans le côté frontal de la paroi périphérique de l'un des pots, et des cavités correspondantes, dans lesquelles s'engagent les entraîneurs, étant disposées sur le côté frontal de la paroi périphérique de L'autre pot. Un court-circuit ferromagnéti- que annulaire et quatre aimants permanents en forme de segment d'anneau de cercle sont placés dans le fond de l'un des pots, les segments étant au contact les uns des autres sur les arêtes latérales. L'autre moitié d'accouplement en forme de pot est également ferromagnétique. Un accouplement de surcharge électromagnétique sans bague glissante, muni de corps de transmission du couple, est connu par la publication DE- OS 37 43 138. Un disque de tôle d'induit, qui peut être attiré par un électroaimant, est assemblé avec la partie commutation. Sur un accouplement de surcharge mécanique sans jeu, confor- me à la publication DE-OS, un disque de tôle d'induit peut être attiré par un aimant permanent ou par un électroaimant. En cas d'utilisation d'un aimant permanent, il est possible de disposer au voisinage de ce dernier un électroaimant, magnétisé en sens contraire de l'aimant permanent pour le réenclenchement de l'accouplement. La publication US-PS 35 59 784 décrit un accouplement de surcharge avec des billes, comme corps de transmission du couple, qui s'engagent dans des cavités d'un disque de tôle d'induit qu'une bobine électromagnétique permet d'attirer. Le corps magnétique suivant la publication DE-AS 12 33 673, prévu pour un accouplement ou un frein à disque de friction actionné magnétiquement, présente un aimant permanent ser- vant à l'enclenchement et un électroaimant servant au désen- clenchement et agissant en sens contraire de l'aimant perma- nent. Les aimants permanents sont disposés sur un cercle concentrique et présentent la forme de corps carrés ou de corps annulaires. Ils sont noyés dans de la résine synthéti- que. Sur l'accouplement conforme à la publication FR-PS 14 87 492, la transmission du couple est exclusivement assurée par les champs magnétiques produits par des aimants permanents. Deux disques d'accouplement plats et coaxiaux, dans les surfaces frontales desquels, tournées l'une vers l'autre, sont encastrés des aimants permanents, sont prévus à cet effet à une distance axiale considérable, les aimants préci- tés étant disposés sur des cercles de même diamètre en vis- à-vis et étant polarisés alternativement. Les aimants perma- nents présentent une forme cylindrique, semi-cylindrique, cubique ou parallélépipédique. Ils peuvent être disposés sur deux cercles concentriques. Des exemples de construction de l'invention sont décrits ci- dessous à l'aide des dessins annexes, qui correspondent à: Figure 1: une coupe longitudinale d'un premier exemple de construction, en position d'accouplement, en haut, et en position de désaccouplement, en bas, Figure 1A: une coupe suivant la ligne A - A de la figure 1, Figure 1B: une coupe suivant la ligne B - B de la figure 1, Figures 2, 2A et 2B: un deuxième exemple de construction, dans une représentation conforme à celle des figures 1 à 1B, Figures 3, 3A et 3B: un troisième exemple de construction dans une représentation conforme à celle des figures 1 à 18B et 2 à 2B. L'accouplement conforme au premier exemple de construction se compose d'abord, comme d'usage, de deux moitiés d'accou- plement, à savoir du moyeu 3 et de la bride de pression 7, dont les surfaces frontales planes, tournées l'une vers l'autre, présentent entre elles un entrefer L, réglable de préférence. Pour transmettre le couple, des trous axiaux 4, dans lesquels se situent des corps de transmission du couple mobiles dans le sens axial, des billes 5 en l'occurrence, sont disposés sur un cercle dans une bride du moyeu 3. A l'état d'accouplement, ces corps s'engagent dans des cavités 6, coniques de préférence, de la bride de pression 7. Des vis sans tête 9, par lesquelles les billes 5 sont pressées contre les cavités 6, et qui permettent de régler l'entrefer L, sont prévues dans la partie commutation 8. Pour produire la force de maintien interne à l'accouplement, des aimants permanents 1 sont encastrés dans les surfaces frontales des moitiés d'accouplement 3, 7, de préférence en nombre égal de part et d'autre. Ces aimants sont disposés avec la même polarité sur des cercles de même diamètre. A l'état d'accouplement, les forces d'attraction des aimants permanents 1, en vis-à-vis dans le sens axial, et des sur- faces du matériau magnétique 2 des deux moitiés d'accouple- ment, doivent être adaptées l'une à l'autre de sorte qu'une attraction suffisante se produise, pour maintenir dans leur position de transmission, jusqu'à un couple limite prédéfi- ni, les corps de transmission du couple situés par l'accou- plement dans le flux de forces (le long de la flèche X - Y en traits mixtes). En présence d'une surcharge, une rotation relative se pro- duit entre le moyeu 3 et la bride de pression 7, c'est-à- dire que les billes 5 sont détachées et repoussées de leurs cavités respectives 6, contre la force de maintien magnéti- que interne à l'accouplement, et que les deux moitiés d'accouplement 3, 7 sont désaccouplées. Ce processus débou- che sur un agrandissement de l'entrefer L, par l'intermé- diaire de la partie commutation 8. Par suite de la rotation relative des deux moitiés d'accouplement 3, 7, des aimants permanents 1 de même polarité, tournant en alternance, ou des aimants permanents 1 agissant alternativement dans le même sens, et le matériau magnétique 2, se situent en vis-à- vis. Une attraction et une répulsion se produisent donc en alternance entre le moyeu 3 et la bride de pression 7. Par un dimensionnement adéquat des surfaces des aimants perma- nents 1 et/ou de ces derniers, et des surfaces du matériau magnétique 2, la force moyenne devient légèrement négative, c'est-à-dire répulsive, et l'accouplement reste ainsi dés- accouplé. Etant donné que la partie commutation 8, par suite de son inertie, ne peut pas suivre la succession rapide des forces d'attraction et de répulsion, elle reste à l'état de dés- accouplement, c'est-à-dire de "déconnexion", avec une vi- tesse de rotation relative suffisamment élevée entre les deux moitiés d'accouplement. La partie commutation 8 se situe côté arrière sur un jonc d'arrêt 10, qui limite son déplacement. Mais avec une réduction suffisante de la vitesse de rotation relative entre le moyeu 3 et la bride de pression 7, la partie commutation 8, mobile dans le sens axial, peut enfin suivre l'allure des forces d'attraction et de répulsion, agissant dans le sens axial, c'est-à-dire que l'accouplement se réenclence au-dessous d'une vitesse de rotation relative préféfinie entre les deux moitiés d'accouplement, les billes , obéissant à la force de maintien magnétique interne à l'accouplement, pénétrant dans leurs cavités 6 correspondan- tes, de sorte que le couple est de nouveau transmis dans le sens de la flèche X - Y. Dans la description du deuxième exemple de construction suivant les figures 2 à 2B, les pièces détachées correspon- dantes au premier exemple de construction sont munies en majeure partie des mêmes références, augmentées du chiffre 10. A la différence du premier exemple de construction, les aimants permanents 11 et 12 sont dirigés en alternance permanente vers l'avant, par leur pôle nord et sud, sur la moitié d'accouplement en vis-à-vis, et ce en un anneau de cercle, de sorte que les différents aimants permanents 11, 12 présentent la forme de segments d'anneaux de cercle, qui s'appliquent étroitement les uns sur les autres pratiquement sans espace intermédiaire. La largeur des aimants 11, diri- gés vers l'avant par leur pôle nord, est alors supérieure à La largeur des autres aimants 12, dont le pôle sud est orienté vers l'avant. Par suite de cette mesure, une force de répulsion, plus élevée en valeur que la force d'attrac- tion provoquée par des pôles magnétiques différents en vis- à-vis, est de nouveau obtenue lorsque des pôles magnétiques similaires se situent face à face. Au moyen d'une denture 111, la partie commutation peut se déplacer dans le sens axial sur le moyeu 13. Un ressort 115, un ressort à disques de préférence, renforce le montage magnétique dans le maintien de la partie commutation 18 en position d'accouplement. Dans cet exemple également, un dimensionnement adéquat des aimants permanents 11, 12, et éventuellement du ressort 115, permet d'obtenir une force d'attraction suffisante à l'état d'accouplement, ainsi qu'une force de répulsion suffisante qui maintient l'accouplement à l'état de désenclenchement. Le mode de fonctionnement de cet accouplement est au demeu- rant le même que celui du premier exemple de construction. Dans la description du troisième exemple de construction suivant les figures 3 à 3B, les pièces détachées correspon- dantes sont munies en majeure partie des mêmes références que dans le premier exemple de construction, augmentées du chiffre 20. Cet exemple de construction correspond au demeurant au deu- xième exemple, avec les différences suivantes: Les aimants permanents 21, 22 présentent la même largeur, car la force d'attraction de pôles magnétiques différents en vis-à-vis et la force de répulsion de pôles magnétiques similaires opposés doivent être égales en valeur lors de la rotation relative entre le moyeu 23 et la bride de pression 27. L'état de déconnexion de l'accouplement lors de la rotation relative entre le moyeu 23 et la bride de pression 27 est maintenu par des ressorts, au moyen d'un ressort héLicoidaL 212 de préférence. Les corps de transmission du couple 25 se situent dans les cavités d'une denture 213, ouverte dans Le sens radial, du moyeu 23, d'une part, s'engagent dans les cavités opposées 26 de la bride de pression 27, dirigées en oblique vers l'intérieur, d'autre part, le ressort 115, supprimé, est remplacé par un ressort de pression 212, un ressort héli- coidal de préférence, qui presse par l'intermédiaire d'une bague élastique 216 les corps de transmission du couple 25 contre une bague de pression 214. A l'état de désaccouple- ment, c'est-à-dire de "déconnexion", ce ressort de pression 212 fait que les corps de transmission du couple 25 s'appli- quent en supplément et en permanence sur la bague de pression 214, et ne broutent pas sur les cavités 26 de la bride de pression 27, et que la force de répulsion prédomine légèrement lors de la rotation relative entre le moyeu 23 et la bride de pression 27, l'état de déconnexion restant ainsi maintenu. Revendications. 1. Accouplement de surcharge fonctionnant par force mécani- que, avec deux moitiés d'accouplement (3, 7; 13, 17; 23, 27) dotées d'une possibilité de déplacement et de rotation l'une par rapport à l'autre, avec des corps de transmission du couple (5; 15; 25) qui s'engagent dans des cavités en vis-à- vis (6; 16; 26), et avec une force de maintien interne à l'accouplement pour les corps de transmission du couple (5; 15; 25), produite par des aimants permanents (1; 11, 12; 21, 22) magnétisés parallèlement à l'axe de l'accouplement, caractérisé par des aimants permanents (1; 11, 12; 21, 22) dirigés l'un vers l'autre, logés dans les deux moitiés d'accouplement (3, 7; 13, 17; 23, 27). 2. Accouplement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des aimants permanents est égal dans les deux moitiés d'accouplement. 3. Accouplement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que tous les aimants permanents (1; 11, 12; 21, 22) sont disposés sur des cercles de même diamètre. 4. Accouplement suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les aimants permanents (1) sont cylin- driques en une coupe perpendiculaire à leur étendue longitu- dinale. 5. Accouplement suivant la revendication 4, caractérisé en ce que tous les aimants permanents (1) sont logés dans l'accouplement avec une polarité de même sens. 6. Accouplement suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'un matériau magnétique (2) est prévu entre les aimants permanents (1). 7. Accouplement suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les aimants permanents (1) et le matériau magnétique (2) sont dimensionnés et disposés dans les surfaces fron- tales en vis-à-vis des moitiés d'accouplement de sorte que, à L'état de désaccouplement, la force de répulsion prédomine jusqu'au dépassement par le bas d'une vitesse de rotation relative prédéfinie entre les deux moitiés d'accouplement (3, 7; 13, 17; 23, 27). 8. Accouplement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que des aimants permanents (1, 11, 12; 21, 22) de polari- té différente sont disposés en alternance sur chaque cercle. 9. Accouplement suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les aimants permanents (1, 11, 12; 21, 22) ont un dimensionnement tel que, à l'état de désaccouplement, la force de répulsion prédomine jusqu'au dépassement par le bas d'une vitesse de rotation relative prédéfinie entre les deux moitiés d'accouplement (3, 7; 13, 17; 23, 27). 10. Accouplement suivant l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les aimants permanents (11, 12; 21, 22) sont disposés en un anneau de cercle, présentent la forme de segments d'anneaux de cercle, et s'appliquent étroitement les uns sur les autres. 11. Accouplement suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les aimants permanents (11) d'une polarité (11) sont plus larges que ceux de l'autre polarité (12). 12. Accouplement suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par une force de répulsion supplémentaire. 13. Accouplement suivant la revendication 12, caractérisé par un ressort de pression (212) agissant dans le sens de répulsion. 14. Accouplement suivant la revendication 13, caractérisé en ce que le ressort de pression, un ressort hélicoîdal (212) de préférence, presse par l'intermédiaire d'une bague de pression (214) les corps de transmission du couple (25), dans Le sens du désaccouplement. 15. Accouplement suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un ressort (115), un ressort à disques de préférence, presse la partie commutation (18) dans le sens d'accouplement. 16. Accouplement suivant l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les corps de transmission du couple (5, 15, 25) sont des billes. 17. Accouplement suivant la revendication 16, caractérisé en ce que les cavités (6, 16) ont une forme conique. 18. Accouplement suivant l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que Les billes (25) s'appliquent côté arrière sur une bague élastique (216). 19. Accouplement suivant La revendication 18, caractérisé en ce que les billes se situent en un cercle partiel dans une denture (24), ouverte dans le sens radial, de l'une des moitiés d'accouplement (23), et s'engagent dans des cavités (26), dirigées en oblique vers l'intérieur, d'une denture intérieure en forme d'enveloppe conique de l'autre moitié d'accouplement (27). 20. Accouplement suivant l'une des revendications 3 à 19, caractérisé en ce que les aimants permanents sont disposés sur plusieurs cercles concentriques. 21. Accouplement suivant l'une des revendications 1 à 20, caractérisé par un entrefer (L) entre les moitiés d'accou- plement (3, 7; 13, 17; 23, 27). 22. Accouplement suivant la revendication 21, caractérisé en ce que l'entrefer (L) est réglable. 23. Accouplement suivant la revendication 22, caractérisé par une vis sans tête (9, 19) pour le réglage de l'entrefer (L).