FR2683405A1 - Accouplement limiteur de couple a fonctionnement magnetique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un accouplement limiteur de couple pouvant connecter un premier composant à un second composant. Selon l'invention, il comprend un cylindre creux (16) pouvant être connecté au premier composant et formé en un matériau à hystérésis magnétique, des premier et second organes d'entraînement (21, 24) pouvant être connectés au second composant, le premier organe étant creux et définissant une surface interne autour du cylindre, le second définissant une surface externe dans le cylindre, des aimants (40) fixés autour de la surface interne du premier organe d'entraînement, d'autres aimants fixés autour de la surface externe du second organe d'entraînement, un moyen pour monter le second organe d'entraînement pour une rotation relativement au premier de manière que les seconds aimants puissent être circonférentiellement déplacés relativement aux premiers sans mouvement axial relatif entre eux et un moyen (31) pour relier de façon libérable le premier organe d'entraînement au second afin d'empêcher une rotation relative entre eux. L'invention s'applique notamment à l'entraînement des machines.

Description

Cette invention se rapporte en général à des mécanismes d'accouplement et

en particulier à un accouplement limiteur de couple à fonctionnement magnétique comportant un moyen pour ajuster la quantité maximale de couple

qu'il peut transmettre.

Les accouplements et embrayages limiteurs de couple sont des dispositifs bien connus qui sont adaptés à transmettre une quantité limitée de puissance, typiquement un couple de rotation, d'un organe d'entrée à un organe de sortie De tels accouplements sont caractérisés par une quantité maximale prédéterminée de couple qu'ils peuvent transmettre Si le couple transmis est plus faible que ou égal au couple maximum, l'accouplement permet à l'organe d'entrée d'entraîner l'organe de sortie en rotation Cependant, si l'on tente de dépasser le couple maximum, l'accouplement réagit pour déconnecter l'organe d'entrée de l'organe de sortie Dans certains accouplements, une telle

déconnexion est complète avec pour résultat qu'aucun couple n'est transmis.

Dans d'autres accouplements, cette déconnexion n'est que partielle, avec pour

résultat que seule la quantité maximale prédéterminée de couple est transmise.

Les accouplements limiteurs de couple sont employés dans une grande variété de machines Par exemple, de tels accouplements sont couramment utilisés dans des machines pour visser des capsules filetées sur des bouteilles et autres conteneurs Dans cette application, un arbre d'entraînement de la machine est connecté à l'organe d'entrée de l'accouplement et une tête de mise en place de la capsule en la vissant est connectée à l'organe de sortie La limite de couple de l'accouplement est établie pour définir la quantité maximale de couple qui puisse être appliquée aux capsules pendant le procédé de mise en place des capsules en les vissant Ainsi, seule une quantité prédéterminée du couple peut s'exercer sur les capsules lorsqu'elles sont vissées sur les conteneurs Lorsqu'une capsule est bien vissée sur un conteneur, l'accouplement déconnecte l'arbre d'entraînement de la machine et la tête de mise en place de la capsule en la

vissant, empêchant ainsi une quantité excessive de couple de lui être appliquée.

Cela est particulièrement important pour empêcher une dégradation si une

capsule se trouve coincée alors qu'elle est vissée sur le conteneur.

On connaît de nombreuses structures d'accouplement limitant le couple.

Certaines de ces structures connues emploient des aimants et les principes de l'attraction magnétique pour établir la connexion limitant le couple entre les organes d'entrée et de sortie Cependant, les accouplements limiteurs de couple

à fonctionnement magnétique qui sont connus sont soit non réglables (c'est-à-

dire que l'on ne peut changer la quantité maximale de couple) ou bien ils sont difficiles à régler De même, les accouplements connus de ce type ne peuvent transmettre qu'une quantité relativement faible de couple pour une dimension physique donnée de l'accouplement Ces limites peuvent poser les problèmes lorsque l'accouplement est utilisé sur une machine o l'accès à l'accouplement est restreint et o l'espace physique disponible pour l'accouplement est petit. Ainsi, il serait souhaitable de prévoir une structure perfectionnée pour un accouplement liniteur de couple à fonctionnement magnétique o la quantité maximale de couple puisse être rapidement et facilement réglée et qui soit capable de transmettre une quantité relativement importante de couple pour une

taille physique donnée.

La présente invention se rapporte à une structure perfectionnée d'un accouplement limiteur de couple à fonctionnement magnétique L'accouplement comprend un arbre d'entraînement d'entrée qui est connecté à un cylindre creux pour une rotation avec lui Le cylindre est formé en un matériau qui est magnétisable et qui, lorsqu'il est magnétisé, résiste à des changements de sa condition magnétique Un premier organe cylindrique et creux d'entraînement de sortie est concentriquement tourillonné autour du cylindre pour une rotation relativement à lui Un second organe d'entraînement de sortie est connecté au premier organe d'entraînement afin de s'étendre concentriquement dans le cylindre Des paires daimants sont fixées aux premier et second organes d'entraînement afin d'établir des champs magnétiques autour du cylindre Quand l'arbre d'entraînement et le cylindre tournent, les champs magnétiques produisent un couple qui a tendance à faire tourner les premier et second organes d'entraînement avec eux Par conséquent, une connexion d'entraînement est produite par l'accouplement Les premier et second organes d'entraînement sont rotatifs l'un relativement à l'autre pour changer les positions relatives des paires d'aimants et par conséquent la force des champs magnétiques ainsi produits. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails

et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description

explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un accouplement limiteur de couple à fonctionnement magnétique selon la présente invention; la figure 2 est une vue en élévation extrême de l'accouplement, prise à partir du côté droit sur la figure 1; la figure 3 est une vue en élévation et en coupe de l'accouplement, faite suivant la ligne 3-3 de la figure 1; et la figure 4 est une vue en élévation et en coupe similaire à la figure 3 montrant les premier et second organes d'entraînement en une position relative différente afin de changer la quantité maximale de couple qui puisse être

transmise par l'accouplement.

En se référant maintenant aux dessins, les figures 1 et 2 montrent un accouplement limiteur de couple à fonctionnement magnétique qui est généralement indiqué en 10, selon la présente invention L'accouplement 10 comporte un arbre d'entraînement 11 qui est adapté à être connecté à toute source conventionnelle d'énergie de rotation (non représentée) Une clavette 12 est prévue sur l'arbre d'entraînement 11 pour faciliter cette connexion L'arbre d'entraînement 11 se termine par une portion agrandie de moyeu 13 ayant une gorge annulaire 14 qui est formée à son extrémité Un certain nombre de perçages s'étendant radialement vers l'intérieur 15 sont également formés dans la portion de moyeu 13 de l'arbre d'entraînement 11 Les perçages 15 traversent

une portion de la gorge 14.

Un cylindre creux d'entraînement 16 est fixé à l'arbre d'entraînement 11 pour une rotation avec lui Une extrémité du cylindre d'entraînement 16 est reçue dans la gorge 14 qui est formée dans la portion de moyeu 13 de l'arbre d'entraînement 11 Des ouvertures 17 s'étendant radialement sont formées à travers cette extrémité du cylindre d'entraînement 16 Les ouvertures 17 du cylindre sont placées afin de se trouver en alignement avec les perçages 15 de la portion de moyeu lorsque cette extrémité du cylindre d'entraînement 16 est disposée dans la gorge 14 Des broches 18 sont insérées à travers les perçages de la portion de moyeu et les ouvertures 17 du cylindre pour fixer le cylindre d'entraînement 15 à l'arbre d'entraîmement 11 Les broches 18 peuvent être ajustées à pression ou autrement retenues dans les perçages 15 et les ouvertures

17 pour empêcher leur enlèvement pendant l'utilisation.

L'accouplement 10 comporte de plus un assemblage d'entraînement de sortie, généralement indiqué en 20, qui est adapté à être connecté à tout composant mené (non représenté) L'assemblage d'entraînement 20 comporte un premier organe d'entraînement 21 qui est disposé autour de l'arbre dentraînement 11 et du cylindre d'entraînement 16 Le premier organe d'entraînement 21 comporte une portion de moyeu qui est supportée rotative sur l'arbre d'entraînement 11 par deux roulements 22 et 23 Ces roulements 22 et 23 tourillonnent l'assemblage entier d'entraînement 20 et l'arbre d'entraînement 11 pour une rotation relative autour dun axe commun Le premier organe d'entraînement 21 comporte de plus une portion cylindrique qui s'étend axialement, à partir de la portion de moyeu, autour du cylindre dentraînement 16 Le premier organe d'entraînement 21 se termine par une portion de collerette s'étendant radialement vers l'extérieur qui est placée à l'extrémité de

l'accouplement 10 opposée à l'arbre d'entraînement 1.

L'assemblage d'entraînement 20 comporte de plus un second organe dentraînement 24 Le second organe d'entraînement 24 comporte une portion qui est généralement creuse et de forme cylindrique et qui est disposée concentriquement dans le cylindre dentraînement 16 et la portion cylindrique du premier organe drentraînement 21 Le second organe dentraînement 24 comporte également une portion de collerette s'étendant radialement vers l'extérieur qui est placée à l'extrémité de l'accouplement 10 qui est opposée à l'arbre dentraînement 11 Ainsi, la portion de collerette du second organe dentraînement 24 est adjacente à la portion de collerette du premier organe dentraînement 21 Si on le souhaite, un évidement peut être formé dans Pune des portions de collerette (comme cela est montré en 25 sur le second organe dentraînement 24) pour le positionnement concentrique des premier et second organes 21 et 24 La portion de collerette du second organe d'entraînement 24 peut être pourvue d'un certain nombre d'ouvertures périphériques 26, d'une clavette interne 27 ou autre moyen pour sa liaison aux composants menés

mentionnés ci-dessus.

Des moyens sont prévus pour connecter le premier organe d'entraînement 21 au second organe d'entraînement 24 pour une rotation commune Dans le mode de réalisation illustré, deux fentes arquées opposées 30 sont formées à travers la portion de collerette du premier organe dentraînement 21 Dans chacune des fentes 30 sont disposés un moyen fileté de fixation 31 et une rondelle 32 Les moyens filetés de fixation 31 traversent les rondelles 32 et les fentes 30 jusqu'à des ouvertures filetées respectives 33 qui sont formées dans la portion de collerette du second organe dentraînement 24 Quand les moyens filetés de fixation 31 sont desserrés, les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 sont libres de tourner l'un relativement à l'autre sur l'arc défini par les fentes 30 Cependant, lorsqu'ils sont serrés, les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 se trouvent en engagement de friction, ce qui empêche ce mouvement relatif de rotation Le but de cette structure sera

expliqué ci-dessous.

Comme on peut mieux le voir sur la figure 3, une première quantité d'aimants 40 s'étendant axialement est fixée à la surface interne de la portion cylindrique du premier organe d'entraînement 21 Huit aimants 40 sont équidistants sur le pourtour interne du premier organe d'entraînement 21, dans le mode de réalisation illustré, bien que l'on puisse en prévoir, si on le souhaite, un nombre plus grand ou plus petit Les aimants 40 sont traditionnels et ils sont magnétisés de manière que leur surface interne possède une polarité magnétique prédéterminée Dans le mode de réalisation illustré, les surfaces internes des aimants 20 sont polarisées en tant que pôles magnétiques nord et sud, d'une manière alternée, sur la circonférence interne du premier organe dentraînement 21. De même, une seconde quantité d'aimants s'étendant axialement 41 est fixée à la surface externe de la portion cylindrique du second organe d'entraînement 24 Le nombre des aimants 41 qui sont fixés au second organe d'entraînement 24 est de préférence égal au nombre des aimants 40 qui sont fixés au premier organe d'entraînement 21 Les aimants 41 sont de préférence magnétisés de manière que leur surface externe possède une polarité magnétique

qui est opposée à la polarité magnétique des surfaces internes des aimants 40.

Ainsi, dans le mode de réalisation illustré, les surfaces externes des aimants 41 sont également polarisées en tant que pôles magnétiques nord et sud, d'une manière alternée sur la circonférence externe du second organe d'entraîmement

24 Chacun des aimants radialement alignés 40 et 41 est de la même polarité.

Ainsi, les aimants externes nord 40 sont radialement alignés avec les aimants internes nord 41 et les aimants externes sud 40 sont radialement alignés avec les aimants internes sud 41 Les aimants 40 et 41 peuvent être formés d'un matériau de terre rare comme du samarium cobalt ou tout autre matériau magnétique similaire. Comme on l'a décrit ci- dessus, le cylindre d'entraînement 16 est disposé concentriquement entre la première quantité d'aimants 40 (qui sont fixés au premier organe d'entraînement 21) et la seconde quantité d'aimants 41 (qui sont fixés au second organe d'entraînement 24) Le cylindre d'entraînement 16 est formé en un matériau qui est magnétisable et qui, lorsqu'il est magnétisé, résiste à des changements de condition magnétique On peut citer comme exemple d'un matériau à hystérésis magnétique qui s'est révélé fonctionner de manière satisfaisante en tant que cylindre d'entraîmement 16, Alnico (Qualité 5 de la

Magnetic Manufacturers and Producers Association).

En fonctionnement, les paires d'aimants 40 et 41 produisent des champs magnétiques qui passent à travers les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 et à travers le cylindre 16 Ces champs magnétiques produisent un flux magnétique (lignes de force) dont une partie est schématiquement illustrée en 42 et 43 sur les figures 3 et 4 Les lignes de flux 42 de chaque aimant externe nord 40 s'étendent radialement vers l'intérieur dans le cylindre 16, circonférentiellement dans une direction à travers le cylindre 16, radialement vers l'extérieur dans un aimant externe sud adjacent 40 et circonférentiellement en direction opposée à travers le premier organe d'entraîmement 21 pour un retour à l'aimant nord externe 40 De même, les lignes de flux 43 provenant de chaque aimant nord interne 41 s'étendent radialement vers l'extérieur dans le cylindre 16, circonférentiellement dans une direction à travers le cylindre 16, radialement vers l'intérieur dans un aimant interne sud adjacent 41 et circonférentiellement en direction opposée à travers le second organe d'entraînement 24 pour un retour à l'aimant nord interne 41 Comme le montre la figure 3, chacun des aimants 40 et 41 est impliqué dans deux circuits magnétiques, un avec chacun de ses aimants adjacents et de polarité opposée 40

et 41.

Etant donné le matériau utilisé ici, le cylindre 16 se trouve magnétisé en alignement avec le flux magnétique Cette magnétisation force le cylindre 16 à résister à un déplacement relativement aux aimants 40 et 41 et par conséquent aux premiers et second organes d'entraînement 21 et 24 En conséquence, quand l'arbre d'entraîmement 11 et le cylindre 16 sont entraînés en rotation, le flux magnétique produit un couple qui tire les champs magnétiques produits par les aimants 40 et 41 avec le cylindre 16 Par suite, les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 sont forcés à tourner avec le cylindre 16 et une connexion d'entraînement est prévue par l'accouplement 10 de l'arbre

d'entraînement 11 aux organes d'entraînement 21 et 24.

La capacité de l'accouplement 10 à transmettre le couple est en rapport avec la force des champs magnétiques produits par les aimants 40 et 41 et le matériau utilisé pour former le cylindre 16 Si l'on tente de transmettre une plus grande quantité de couple par l'accouplement 10, l'attraction magnétique entre le cylindre 16 et les aimants 40 et 41 est insuffisante pour maintenir la connexion d'entraînement Ainsi, l'arbre d'entraînement 1 1 ne peut entraîner en rotation les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 Au contraire, les organes

d'entraînement 21 et 24 glissent relativement au cylindre 16 tandis qu'il tourne.

En conséquence, le couple transmis par l'accouplement 10 ne peut dépasser la

quantité maximale prédéterminée.

En se référant à la figure 3, on peut voir que les aimants 40 et 41 sont orientés de manière que les pôles nord et sud soient radialement alignés Par suite, les trajets de flux magnétique 42 et 43 qui traversent le cylindre 16 se recouvrent sensiblement en huit segments arqués autour du cylindre (seuls deux de ces segments arqués se recouvrant sont illustrés) La densité de flux magnétique 42 et 43 passant par le cylindre 16 (c'est-à-dire la quantité des lignes de force magnétique 42 et 43 par unité de section transversale du cylindre 16) à ces segments arqués se recouvrant est au maximum Par conséquent, l'attraction magnétique du cylindre 16 sur les paires d'aimants 40 et 41 est également au maximum Cette position relative des premier et second organes d'entraînement 21 et 24 représente la position à laquelle la quantité maximale de couple peut

passer à travers l'accouplement 10.

Dans certains cas, il peut être souhaitable d'ajuster l'accouplement 10 de manière que la quantité du couple qui puisse le traverser soit plus faible que la quantité maximale Pour accomplir cela, les moyens filetés de fixation 31 sont desserrés de façon à libérer l'engagement de friction entre les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 Alors, le premier organe d'entraînement 21 est tourné relativement au second organe d'entraînement 24 de manière que les aimants respectifs 40 et 41 ne soient pas radialement alignés l'un avec l'autre comme le montre la figure 4 Enfin, les moyens filetés de fixation 31 sont de nouveau serrés afin de réétablir l'engagement de friction entre les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 L'accouplement 10 peut alors

fonctionner à la manière ci-dessus décrite.

Quand les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 sont orientés à la position non alignée radialement, montrée à la figure 4, les trajets de flux magnétique 42 et 43 qui traversent le cylindre 16 ne se recouvrent que partiellement En conséquence, la densité du flux magnétique 42 et 43 qui traverse le cylindre 16 est plus faible que la valeur maximale et il en est de même pour l'attraction magnétique du cylindre 16 vis-à-vis des paires d'aimants et 41 Tandis que les aimants 40 et 41 s'éloignent encore des positions radialement alignées et illustrées à la figure 3, la quantité de couple pouvant être transmise par l'accouplement 10 diminue Quand les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 sont orientés de manière que les aimants externes nord soient radialement alignés avec les aimants internes sud 41 et vice versa,

l'accouplement 10 est ajusté pour transmettre la quantité minimale de couple.

Un avantage majeur de cet accouplement réside dans le fait que la rotation relative des premier et second organes d'entraînement 21 et 24 pendant

l'ajustement du couple ne provoque pas de mouvement axial relatif entre eux.

Par suite, la taille totale de l'accouplement 10 est maintenue à un minimum, car aucun espace ne doit être prévu qui tienne compte du mouvement axial relatif entre les premier et second organes d'entraînement 21 et 24 Bien que l'arbre d'entraînement 11 de l'accouplement 10 ait été décrit comme fonctionnant en tant qu'entrée vers l'accouplement 10 et que les organes d'entraînement 21 et 24 aient été décrits comme fonctionnement en tant que sortie, on notera que l'accouplement 10 fonctionnera en mode inverse Ainsi, les organes d'entraînement 21 et 24 peuvent être connectés à la source de puissance de

rotation et l'arbre d'entraînement 11 peut être connecté aux composants menés.

Cela peut être avantageux dans certaines applications car l'inertie associée au mouvement de rotation des premier et second organes d'entraînement 21 et 24 (comme cela est montré dans le mode de réalisation illustré) est plus importante

que l'inertie associée au mouvement de rotation du cylindre 16 seul.

Claims (1)

1. REVENDICATION

   Accouplement limitant le couple adapté à connecter un premier composant à un second composant caractérisé en ce qu'il comprend: un cylindre creux ( 16) pouvant être connecté au premier composant et qui est formé en un matériau à hystérésis magnétique, des premier et second organes d'entraîmement ( 21, 24) adaptés à être connectés au second composant, ledit premier organe d'entraînement étant creux et définissant une surface interne disposée autour dudit cylindre, ledit second organe d'entraîmement définissant une surface externe disposée dans ledit cylindre, une première quantité daimants ( 40) fixée autour de ladite surface interne dudit premier organe d'entraîmement, une seconde quantité d'aimants ( 41) fixée autour de ladite surface externe dudit second organe d'entraînement, un moyen ( 30) pour monter ledit second organe d'entraînement pour une rotation relativement audit premier organe d'entraînement de manière que ladite seconde quantité d'aimants puisse être déplacée circonférentiellement relativement à ladite première quantité d'aimants, sans mouvement axial relatif entre eux, et un moyen ( 31) pour relier amovible ledit premier organe d'entraîmement audit second organe d'entraînement afin d'empêcher une rotation relative entre eux.