Brevet FR2903029A1 — publié le 20080104

Dispositif pour générer une contre vibration comprenant un rotor muni d'un balourd. La présente invention est relative à un dispositif pour générer une contre vibration, du type comprenant un rotor muni de balourds. Un tel dispo- sitif est utilisé pour l'amortissement dynamique de vibrations d'une structure mécanique, par exemple de la structure d'un véhicule automobile. Afin d'amortir les vibrations de structures mécaniques vibrantes telles qu'une caisse de véhicule automobile excitée en vibration par exemple par le moteur ou par le contact avec la route, on dispose sur les éléments de struc- ture des dispositifs qui génèrent des contre vibrations de même fréquence que les vibrations qu'on veut amortir, mais en opposition de phase avec celles-ci. Ces dispositifs sont constitués par exemple de rotors munis d'un balourd entraînés en rotation à une vitesse de rotation correspondant à la fréquence d'un mode de vibration propre de la structure. Ces dispositifs de génération de contre vibration coopèrent avec la structure par l'intermédiaire d'un moyen de couplage élastique ou viscoélastique qui assure une bonne transmission des vibrations du générateur de contre vibration vers la structure. De tels dispositifs peuvent être des dispositifs pluridirectionnels, auquel cas il est nécessaire de disposer de moyens de génération de contre vibration monodirectionnel, constitués par exemple de deux rotors couplés, comportant des balourds et tournant en sens inverse. On peut également utiliser des dispositifs de génération de contre vibration engendrant des vibrations pluridirectionnelles mais couplées à la structure sur laquelle on veut amortir les vibrations par l'intermédiaire d'un moyen de couplage monodirectionnel. Un tel moyen de couplage est par exemple un moyen de couplage élastique ou viscoélastique ayant une bonne rigidité dans le sens dans lequel on veut transmettre la vibration et une très faible rigidité dans un sens perpendiculaire. Les dispositifs que l'on connaît présentent l'inconvénient de générer 30 des contre vibrations ne correspondant qu'à un seul mode de vibration. Or, pour bien amortir les vibrations, il peut être souhaitable de pouvoir générer 2903029 2 une contre vibration comportant plusieurs modes, par exemple un mode principal et une ou plusieurs harmoniques. On a proposé de générer de telles harmoniques en complétant le générateur de contre vibration par des moyens de génération de vibration se- 5 condaires tels que des batteurs pilotés. Mais de tels dispositifs présentent l'inconvénient de compliquer la réalisation des dispositifs de génération de contre vibration et de prendre de la place. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un moyen pour générer des contre vibrations pour amortir de 10 façon dynamique les vibrations d'une structure mécanique, à l'aide d'un générateur de contre vibration qui puisse engendrer de façon simple des contre vibrations ayant plusieurs harmoniques d'intensité importante et réglable. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour générer une contre vibration du type comprenant un rotor muni d'un balourd, constitué 15 d'une masse dont la distance à l'axe de rotation du rotor peut être pilotée. La masse dont est constitué le balourd est par exemple un corps magnétique coopérant avec au moins un ressort agissant radialement par rapport au rotor et soumis à un champ magnétique radial par rapport au rotor pouvant être piloté. 20 Le dispositif peut comporter deux ressorts agissants en sens inverse l'un de l'autre, l'un étant disposé entre l'axe du rotor et la masse et l'autre entre la masse et la périphérie du rotor. Le corps magnétique peut être disposé dans l'axe d'une bobine portée par le rotor, disposée radialement par rapport au rotor, et alimentée par un 25 courant électrique piloté. Le courant électrique peut alors être transmis par un dispositif de jonction électrique à balais. Le champ magnétique peut également être généré par une pluralité de bobines magnétiques fixes alimentées par un courant électrique de façon à engendrer un champ magnétique tournant. 2903029 3 Le dispositif comprend en général un moyen d'entraînement du rotor et un moyen de pilotage du moyen d'entraînement et de la position de la masse. 5 Le moyen de pilotage de la position de la masse peut être relié un moyen de mesure de la position de la masse. Le dispositif comprend en général un moyen de couplage mécanique unidirectionnel pour le couplage mécanique du dispositif avec une structure dont on veut amortir les vibrations. 10 L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise mais non limitative en regard des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif pour générer une contre vibration comportant un rotor muni d'un balourd dans la distance à l'axe de rotation est pilotable ; 15 - la figure 2 est une représentation schématique agrandie d'un premier mode de réalisation d'un balourd d'un rotor destiné à générer une contre vibration, dont la distance à l'axe de rotation du rotor est pilotable; - la figure 3 est une représentation schématique agrandie d'un deuxième mode de réalisation d'un balourd dont la position par rapport à 20 l'axe de rotation du rotor est pilotable; - la figure 4 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation d'un rotor muni d'un balourd dont la position par rapport à l'axe du rotor est pilotable ; - la figure 5 est une représentation schématique de la liaison d'un rotor 25 muni d'un balourd pilotable et de son moyen de pilotage. Le dispositif pour générer une contre vibration représentée à la figure 1 comprend un rotor 1 entraîné en rotation par un moyen d'entraînement non représenté. Le rotor comporte un balourd repéré généralement par 2, constitué d'une masse 3 montée sur un dispositif repéré généralement par 4 per- 30 mettant de piloter la distance de la masse 3 par rapport à l'axe 10 du rotor. La masse 3 est montée mobile radialement sur le rotor. 2903029 4 Le rotor 1 muni de son balourd 2, est monté par l'intermédiaire d'un moyen de couplage élastique ou viscoélastique 5 sur une structure 6 dont on veut amortir les vibrations. Afin de pouvoir utiliser un seul rotor muni de son balourd et qui engendre donc une contre vibration pluridirectionnelle, c'est-à- 5 dire une contre vibration ayant une composante verticale et une composante horizontale, le moyen de couplage 5 est choisi de façon à transmettre les vibrations essentiellement dans la direction qui va du rotor vers la structure 6 dont on veut amortir les vibrations. Pour cela, le moyen de couplage 5 est constitué par exemple d'une cale élastique ou viscoélastique présentant une 10 rigidité dans le sens verticale, c'est-à-dire dans le sens qui va du rotor vers la structure dont on veut amortir les vibrations, relativement importante, choisie notamment pour que la fréquence de vibration propre de l'ensemble constitué par le rotor et par son moyen de couplage soit égale à la fréquence de base de la vibration que l'on veut amortir, et présentant dans une direction 15 perpendiculaire à la direction qui va du rotor vers la structure dont on veut amortir les vibrations, une rigidité très faible et de préférence la plus faible possible. Un tel dispositif qui a l'avantage d'avoir un balourd dont la distance est pilotable par rapport à l'axe 10 du rotor permet d'engendrer une contre vibra- 20 tion multimodale en faisant varier de façon périodique la position de la masse mobile, avec une fréquence adaptée aux modes de vibration secondaires qu'on veut engendrer. A titre d'exemple, si r représente la distance entre la masse 3 et l'axe de rotation 10 du rotor, et si w est la pulsation correspond à la rotation du 25 rotor, si est la masse de la masse 3, si t est le temps, et si on pilote la position de la masse 3 en fonction du temps de telle sorte que la distancer varie de la façon suivante : r(t) = 1 2 (a + 2b cos wt) mw 2903029 5 alors la force générée par le dispositif de génération de contre vibration sera de la forme F(T) = m w 2 [a sinwt + b sin2wt] On voit qu'en pilotant la distance de la masse par rapport à l'axe selon 5 la loi indiquée ci-dessus, on peut générer une contre vibration qui comporte un premier mode correspondant à la vitesse de rotation du rotor, et une harmonie correspondant à une fréquence double de la fréquence du premier mode. L'homme du métier comprendra qu'en pilotant de façon plus complexe 10 la distance de la masse 3 par rapport à l'axe de rotation du balourd, on peut engendrer des vibrations ayant des spectres de fréquence plus complexes que ce qui vient d'être indiqué. Ainsi, ce dispositif permet de générer des contre vibrations ayant des spectres de fréquence complexes qui peuvent être adaptés au mieux aux 15 vibrations que l'on souhaite amortir. On va maintenant décrire plusieurs modes de réalisation d'un rotor muni d'un balourd dont la distance par rapport à l'axe de rotation du rotor est pilotable. Dans un premier mode de réalisation, représenté à la figure 2, le ba- 20 lourd 2 comprend une masse 3 constituée d'une bille en un matériau magné-tique tel que du fer doux, monté dans un dispositif, repéré généralement par 4, constitué d'une bobine magnétique 41 dont l'axe est disposé radialement par rapport au rotor 1, reliée électriquement par l'intermédiaire d'un moyen de liaison électrique à balais 42 disposé sur l'axe 10 de rotation du rotor 1, 25 de façon à pouvoir être alimenté en courant électrique à partir d'une source de courant électrique fixe. Un tel moyen de liaison électrique à balais est connu de l'homme du métier, et en particulier dans les moteurs électriques. La bille 3 disposée à l'intérieur de la bobine 41, est montée sur un ressort 43 qui exerce un effort tendant à la repousser vers l'extérieur, le mou- 30 vement de la bille étant limitée par un couvercle 44 fermant l'extrémité de la bobine située à la périphérie du rotor. De la sorte que, en l'absence de cou-2903029 6 courant électrique dans la bobine, la bille est repoussée par le ressort 43 et vient en appui contre le couvercle 44. Lorsque le rotor est en rotation, la force centrifuge correspondant à la rotation du rotor vient s'ajouter à l'effort exercé par le ressort 43 pour repous- 5 ser la bille 3 vers l'extérieur. Lorsque la bobine 41 est parcourue par un courant électrique de sens adapté, le courant électrique engendre un champ magnétique qui attire la bille en direction de l'axe du rotor. L'effort exercé par le champ magnétique sur la bille vient s'équilibrer avec l'effort exercé par le ressort 43 et par la 10 force centrifuge. Ainsi, à une vitesse de rotation déterminée du rotor, avec un courant électrique d'intensité déterminée, la bille se place dans une position d'équilibre dont la distance à l'axe de rotation est fonction de la vitesse de rotation et du courant électrique. L'homme du métier comprendra que, en maintenant la vitesse de rota- 15 tion constante, et en faisant parcourir la bobine par un courant électrique d'intensité variable, on peut faire varier la position de la bille 3 au cours du temps et ainsi engendrer une vibration comportant une première harmonique ayant une fréquence correspondant à la vitesse de rotation du rotor, et une deuxième harmonique correspondant à la fréquence de la variation de la position de la bille par rapport à l'axe du rotor résultant de la variation du cou- rant électrique qui alimente la bobine dans laquelle se trouve la bille 3. Dans un deuxième mode de réalisation, représentée à la figure 3, le rotor 1 comprend un balourd 2' constitué d'une bille 3' matériau magnétique, tel que du fer doux, mobile dans une bobine 41' s'étendant radialement par 25 rapport à l'axe du rotor 1 et reliée à des connecteurs à balai 42' situés sur l'axe de rotation 10 du rotor. La bille 3' coopère avec un ressort inférieur 43' qui tend à la repousser vers l'extérieur du rotor et un ressort 45' s'appuyant sur un couvercle 44' qui ferme la bobine, et qui tente à repousser la bille vers l'axe de rotation du rotor. 30 Ce mode de réalisation se distingue du précèdent uniquement par la présence du deuxième ressort 45' qui repousse la bille vers l'intérieur. Ce 2903029 deuxième ressort 45' a l'avantage de conduire à une position d'équilibre de la bille quand le dispositif est à l'arrêt ou bien lorsqu'il n'y a pas de courant électrique, qui se situe entre les deux extrémités de la bobine 41', contrairement au cas précèdent dans lequel la position d'équilibre au repos de la bille se 5 situe près de l'extrémité de la bobine se trouvant vers l'extérieur du rotor. L'homme du métier comprendra que le mode de fonctionnement de ce dispositif est le même que le précèdent et ne s'en distingue que par la position d'équilibre de la bille lorsqu'elle est au repos. Dans un troisième mode de réalisation, représenté à la figure 4, le ro- 10 tor 1 comporte un balourd 2" comportant une bille 3" montée sur un ressort 43". Comme dans les cas précédents, la bille 3" est en matériau magnétique, tel que du fer doux. Dans ce mode de réalisation, le champ magnétique qui est utilisé pour piloter le positionnement de la bille 3" est généré par un dispositif, repéré généralement par 11 situé dans l'axe du rotor, qui est du 15 type moteur brushless, et qui est constitué d'une pluralité de bobines magné-tiques 12 alimentées par des courants électriques de façon à engendrer un champ magnétique tournant. Un tel dispositif sans balai est connu de l'homme du métier, notamment dans le domaine des moteurs électriques. Ce dispositif a l'avantage par rapport aux précédents de ne pas nécessiter 20 l'utilisation de moyens de transmission de courant électrique par l'intermédiaire de balais. Lorsque le rotor est entraîné en rotation par un moteur, comme dans le cas précédent, le balourd engendre une première vibration dont la fréquence correspond à la vitesse de rotation du rotor. Lorsque le dispositif sans balai 11 est soumis à un courant électrique qui génère un 25 champ magnétique tournant à la vitesse correspondant à la vitesse de rotation du rotor et que l'intensité du champ est modulé avec une certaine fréquence, la bille 3" qui est soumise à ce champ magnétique, est entraînée dans un mouvement alternatif ce qui génère une deuxième composante à la vibration générée par le dispositif de génération de contre vibration. Cette 30 deuxième composante, qui correspond à une harmonique, a une fréquence 2903029 8 qui dépend de la fréquence à laquelle on module l'amplitude du champ tournant. Afin de piloter le positionnement de la masse mobile constituée par la bille 3 du balourd 2 entraînée par le moyen 4 de pilotage de la position de la 5 bille 3 par rapport à l'axe du rotor 1, on peut utiliser un moyen 46 de mesure de la position axiale de la bille correspondant à la distance de la bille par rapport à l'axe du rotor. Le moyen de commande 50 reçoit un signal provenant d'un moyen de mesure 51 de la fréquence de la vibration à atténuer. Cette mesure de fré- 10 quence est, par exemple, une mesure de fréquence des vibrations engen- drées par un bloc moteur de véhicule automobile. Le signal de mesure reçu par le moyen de commande 50 est envoyé à un générateur de fréquence 52 qui envoie une commande à un générateur de courant 54 et à un moyen qui élabore une consigne de position de la bille. 15 Le moyen 53 d'élaboration d'une consigne de position de la bille reçoit également un signal correspondant à l'écart instantané entre la position mesurée de la bille et la consigne de position de celle-ci. En outre, la consigne de position de la bille est envoyée au générateur de courant 54. 20 On obtient ainsi une régulation en boucle fermée de la position de la bille. L'homme du métier comprendra qu'avec ce dispositif on peut générer des contre vibrations pour amortir des vibrations d'une structure vibrante de façon très souple. On peut en particulier générer des contre vibrations ayant 25 des spectres de fréquences particulièrement adaptées des vibrations com- plexes. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour générer une contre vibration du type comprenant un rotor (1) muni d'un balourd (2, 2', 2"), caractérisé en ce que le balourd est constitué d'une masse (3, 3', 3") dont la distance à l'axe de rotation du rotor peut être pilotée. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse dont est constitué le balourd est un corps magnétique (2, 2', 2") coopérant avec au moins un ressort (43, 43', 43", 45') agissant radialement par rapport au rotor et soumis à un champ magnétique radial, par rapport au rotor, pouvant être piloté. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux ressorts (43', 45') agissants en sens inverse l'un de l'autre, l'un (43') étant disposé entre l'axe (10) du rotor (1) et la masse (3') et l'autre (45') entre la masse et la périphérie du rotor. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le corps magnétique (3, 3', 3") est disposé dans l'axe d'une bobine (41, 41', 41") portée par le rotor, disposée radialement par rapport au rotor, et alimentée par un courant électrique piloté. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le courant électrique est transmis par un dispositif de jonction électrique à balais (42, 42'). 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le champ magnétique est généré par une pluralité de bobines magnétiques fixes (12) alimentées par un courant électrique de façon à engendrer un champ magnétique tournant. 2903029 10 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'entraînement du rotor et un moyen de pilotage (50) du moyen d'entraînement et de la position de la masse. 5 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de pilotage (50) de la position de la masse (3) est relié un moyen de mesure (46) de la position de la masse. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de couplage mécanique unidirectionnel (5) pour le couplage mécanique du dispositif avec une structure (6) dont on veut amortir les vibrations.