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MACHINE POUR CREER UN MOUVEMENT DANS UN LIQUIDE, EN
PARTICULIER DES VAGUES A LA SURFACE DE CELUI-CI
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La présente invention est relative à une machine pour créer un mouvement dans un liquide en particulier des vagues à la surface de celui-ci, ce liquide étant contenu dans un bassin délimité par une ou des parois, en particulier dans une piscine, cette machine comprenant deux corps reliés entre eux par un moyen destiné à les déplacer l'un par rapport à l'autre de manière à créer un mouvement dans le liquide en particulier à la surface de celui-ci, ledit moyen comprenant un motoréducteur porté par un premier corps et entraînant en rotation un arbre portant une manivelle reliée à une bielle, cette dernière étant reliée par un pivot à l'autre corps,
et un moyen destiné à compenser au moins partiellement l'effet de la gravité du premier corps sur le deuxième corps, ce moyen étant avantageusement un ressort, s'étendant entre le premier et le deuxième corps.
On connaît une telle machine par le document PCT/BE 91/00020.
Bien que cette machine permette d'obtenir des vagues d'amplitude importante, on a remarqué que le moteur ou motoréducteur nécessitait des pointes de puissance importantes lors du rapprochement des corps l'un par rapport à l'autre (freinage) et lors de l'éloignement des corps l'un par rapport à l'autre.
De telles pointes de puissance accroissent la dégradation ou déterioration des pièces mécaniques ainsi que du système électronique de régulation.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient et a dès lors en particulier pour objet une
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machine dont les pointes de puissance requises par le motoréducteur pour le rapprochement ou l'éloignement des corps entre eux ont pu être réduites. Dans des formes de réalisation, la réduction des pointes de puissance par rapport à celles requises par les machines du type connu pouvait atteindre 30%, voire plus.
La machine suivant l'invention qui est du type décrit dans le premier paragraphe du présent mémoire comporte un élément élastique supplémentaire, de préférence un ressort, dont une extrémité est reliée au premier corps et dont l'autre extrémité agit, éventuellement via une pièce intermédiaire, sur l'arbre.
Selon une particularité de la machine suivant l'invention l'arbre porte une pièce sur laquelle agit l'élément élastique, ladite pièce étant destinée à modifier la force appliquée par l'élément élastique sur l'arbre en fonction de la position du système biellemanivelle.
Selon une autre particularité de la machine suivant l'invention, la pièce permet de modifier la force entre une force minimale et une force maximale, cette force présentant un déphasage par rapport à la position du système bielle-manivelle, c'est-à-dire que lorsque le système bielle-manivelle se trouve dans une position extrême, la force appliquée par ledit élément élastique est différente de la force minimale et de la force maximale.
Dans une forme de réalisation de la machine suivant l'invention, le déphasage est compris entre 15 et 60 , de préférence entre 30 et 45 , c'est-à-dire que la force appliquée par l'élément élastique est maximale ou minimale lorsque la position de la manivelle du système bielle-manivelle présente une différence d'angle de 15 à 600, de préférence de 30 à 450 par rapport à la position de la manivelle lorsque le système bielle-
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manivelle est en position extrême.
De préférence, le déphasage est d'environ 36 et la force appliquée par ledit élément élastique est en avance de phase par rapport à la phase du système bielle-manivelle.
Dans une forme de réalisation particulière d'une machine suivant l'invention, l'arbre du motoréducteur porte une deuxième manivelle, l'élément élastique, de préférence un ressort, s'étendant entre ladite manivelle et une potence solidaire du premier corps de sorte que lorsque le système bielle-manivelle est en position extrême basse, l'élément élastique ou ressort applique de préférence une force de traction.
Selon une particularité de cette forme de réalisation, l'arbre du motoréducteur porte la manivelle du système bielle-manivelle et la manivelle reliée à l'élément élastique, cette dernière s'étendant dans une direction faisant un angle compris entre 15 et 60 , avantageusement entre 30 et 45 , de préférence d'environ 36 par rapport à la direction dans laquelle s'étend la manivelle du système bielle-manivelle.
Dans une autre forme de réalisation particulière d'une machine suivant l'invention, l'arbre du motoréducteur porte la manivelle du système biellemanivelle et une came sur laquelle agit l'élément élastique.
Selon une particularité de cette forme de réalisation, l'élément élastique est monté sur une tige dont une extrémité prend appui sur la came, ladite tige s'étendant dans une direction faisant un angle de 15 à 60 , avantageusement de 30 à 450, par rapport à la direction d'une position extrême du système biellemanivelle, de préférence la position extrême haute dudit système.
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De façon avantageuse, la tige est portée par une plaque support dont une extrémité présente une ouverture dans laquelle est engagée l'arbre du motoréducteur et dont une autre extrémité est reliée par un dispositif au premier corps, ledit dispositif étant destiné à déplacer cette autre extrémité par rapport au premier corps, de manière à provoquer un pivotement de la plaque support par rapport à l'arbre et donc de manière à orienter la tige dans une direction déterminée.
Le dispositif peut être par exemple : * un vérin dont la tige agit via un pivot sur la plaque support, ledit vérin étant quant à lui porté via un pivot par le premier corps, ou * un moteur porté via un pivot par le premier corps, ce moteur entraînant en rotation une tige filetée engagée dans un manchon taraudé dont une extrémité est reliée via un pivot à la plaque support.
Selon une mode de réalisation préféré, la tige agissant sur la came est associée à un système permettant de modifier la force appliquée par l'élément élastique sur ladite tige.
A titre d'exemple de ce mode de réalisation, la tige présente un plateau sur lequel prend appui une extrémité de l'élément élastique, cette tige coulissant le long d'un guide portant un plateau sur lequel prend appui l'autre extrémité de l'élément élastique, ledit guide étant associé à un système permettant de modifier sa position, c'est-à-dire permettant de rapprocher ou éloigner les plateaux entre eux pour une position de la tige déterminée.
Un tel système est par exemple un vérin ou un moteur entraînant en rotation un manchon filété dans lequel est engagée une extrémité de la tige prenant appui sur la came. Cette tige est avantageusement munie
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d'un galet.
D'autres particularités et détails de l'invention ressortiront de la description détaillée suivante dans laquelle il est fait référence aux dessins ci-annexés.
Dans ces dessins, - la figure 1 est une vue en coupe d'une machine du type connu par le document PCT/BE 91/00020 ; la figure 2 représente la puissance maximale requise par une machine du type représenté à la figure 1 en fonction du déphasage du système bielle-manivelle par rapport à la vague et pour des amplitudes de vague différentes, le poids de la masse mobile étant d'environ 100 kg tandis que la course du déplacement de la masse était de 120 mm ; la figure 3 est une vue schématique d'une machine suivant l'invention ; la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-
IV de la machine représentée à la figure 3 ; - la figure 5 représente la puissance maximale requise par une machine du type représenté à la figure 2 en fonction du déphasage système bielle- manivelle/vague et pour des amplitudes de vagues différentes ;
la figure 6 est une vue partielle d'une autre forme de réalisation d'une machine suivant l'invention, et la figure 7 représente la puissance maximale requise pour une machine du type représenté à la figure 6 en fonction du déphasage système bielle- manivelle/vague et pour des amplitudes de vague différentes.
Dans ces figures les mêmes signes de référence désignent des pièces équivalentes ou similaires d'une machine.
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La figure 1 représente un dispositif ou machine pour créer des vagues à la surface d'un plan d'eau en particulier d'une machine, dispositif décrit dans le document PCT/BE 91/00020.
Ce dispositif comprend une enveloppe sphérique 2 et un corps 5 relié à l'enveloppe 2 par un moyen 7.
Le corps 5 consiste en une série de disques
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119 présentant une perforation centrale dans laquelle R est placé un mandrin 120 en Ertalon l'ouverture centrale du mandrin livrant passage à une barre ou tige de guidage 121 solidaire de l'enveloppe 2.
L'utilisation d'Ertalon permet de limiter les forces de frottement existant lors du glissement du mandrin le long de la tige 121.
Le moyen 7 destiné à déplacer les corps 2,5 l'un par rapport à l'autre comprend : un moteur 122 monté sur le deuxième corps 5, l'arbre 123 duquel entraîne un réducteur 124, l'ensemble moteur-réducteur étant désigné ci-après par la notation de référence 150 ; - une manivelle 125 entraînée par l'arbre 140 du réducteur 124, et une bielle 126 reliée à une extrémité par un pivot
127 à la manivelle 125 et à son autre extrémité par un pivot 128 à la tige 121.
La bielle et la manivelle s'étendent dans des plans parallèles à la tige 121. La rotation de l'arbre 123 et donc de l'arbre 140 provoque la rotation de la manivelle 125 et dès lors le déplacement le long de la barre ou tige 121 du corps 5 (flèche 0).
Avantageusement, un ou des ressorts 9 s'étendent entre le pivot 128 et le corps 5 pour compenser au moins partiellement l'effet de la gravité.
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Le dispositif comprend un système de contrôle extérieur à la sphère. Ce système de contrôle commande l'alimentation du moto-réducteur 150 via un câble 129.
Ce câble est en fait relié à une boite 141 d'où partent deux fils 142 pour alimenter le motoréducteur et des fils 143,144, 145 vers un capteur d'accélération 77, un capteur de synchronisation 76 (position du système bielle-manivelle) et un capteur de vitesse 60.
Le câble 129 permet aussi la transmission des signaux des capteurs vers le système de contrôle. Le câble 129 permet également au dispositif montré à la figure 1 de se déplacer (flotter) librement sur la surface 8.
Le système de contrôle commande l'alimentation du motoréducteur 150. Cette alimentation envoie par le câble 129 un courant dont la tension varie par exemple de 0 à 24 V vers le motoréducteur 150. Le système permet d'obtenir une erreur de vitesse inférieure a + 0, 5% ; ceci ne voulant pas dire que la tension est constante. Cette alimentation est du type assurant une régulation deux quadrants, c'est-à-dire du type permettant un freinage ou une accélération de la vitesse de rotation, le sens de rotation restant toujours le même.
La régulation du moteur se fait de préférence par variation de tension entre 0 et 12 V mais elle aurait pû être réalisée par d'autres moyens, par exemple par variateur de fréquence.
La figure 3 montre une machine du type représenté à la figure 1 si ce n'est que conformément à l'invention un élément élastique, à savoir un ressort 200, s'étend entre une potence 201 solidaire du corps 5 et une pièce 202 solidaire de l'arbre 140 du motoréducteur 150. Lors de la mise en rotation de l'arbre 140, la pièce 202 est mise en mouvement de
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sorte que le ressort est soumis à une compression lorsque la pièce 202 est en position haute (niveau supérieur au niveau de l'arbre 140) et à une traction lorsque la pièce 202 est en position basse (niveau inférieur au niveau de l'arbre 140).
La pièce 202 est une manivelle portée par l'arbre 140 du motoréducteur 150. Cette manivelle 202 s'étend dans une direction faisant un angle a de +36 par rapport à la direction dans laquelle s'étend la manivelle 125 du système bielle-manivelle. La manivelle 202 est donc en avance de phase par rapport à la manivelle 125. Une telle avance de phase a permis lors d'essais d'obtenir des résultats concluants en ce qui concerne la diminution des pointes de puissance et pointes de freinage requises par le motoréducteur 150.
La figure 6 montre une partie d'une machine suivant l'invention. Cette machine comprend un motoréducteur 150 dont l'arbre porte, d'une part, la manivelle 125 du système bielle manivelle et, d'autre part, une came 205 sur laquelle agit un élément élastique 202.
L'élément élastique 202 est un ressort en spirale monté sur une tige télescopique 206 dont une extrémité porte un galet 207 roulant sur la came 205.
L'extrémité de la tige opposée à celle munie du galet 207 présente un filetage et est engagée dans un manchon 208 monté dans le prolongement de l'arbre 209 du moteur 210.
Le ressort 202 s'étend entre un premier plateau 211 de la tige 206 et un deuxième plateau 212 du manchon, de sorte que la rotation de l'arbre 209 permet de modifier à volonté la force appliquée par le ressort sur la came 205 et donc l'arbre du motoréducteur 150.
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Le moteur 210 est porté par une plaque support 213 présentant une ouverture livrant passage à l'arbre 140 du motoréducteur. La plaque-support 213 est reliée au corps 5, ou plus exactement à un manchon 219 solidaire du corps 5, par un dispositif 216 destiné à déplacer la plaque support 213 par rapport au corps 5.
Ce dispositif 216 comprend un moteur 217 monté à pivotement sur une plaquette 218 solidaire du manchon 219, ce moteur entraînant en rotation une tige filetée 220 engagée dans un manchon taraudé 221 dont une extrémité 222 est reliée à pivotement à la plaque support 213.
La rotation de la tige filetée 220 provoque le rapprochement ou l'éloignement du manchon 221 par rapport au moteur 217, c'est-à-dire que cette rotation provoque le pivotement de la plaque support 213 autour de l'arbre 140 du moto-réducteur. Ce dispositif permet ainsi de régler l'angle de déphasage (par exemple de 36 ) entre la force appliquée par l'élément élastique et le système bielle 126 manivelle 125.
Ce dispositif a permis de trouver l'angle optimal d'environ 36 . Cet angle varie un peu avec l'amplitude des vagues et avec la phase de la machine par rapport aux vagues.
Dans des cas particuliers d'utilisation de la machine, par exemple pour arrêter ou amortir des vagues, le dispositif est utilisé avec de fortes variations d'angles et/ou en inversant le sens de rotation du moteur. Il est à noter que si l'angle vaut 40 , l'inversion du sens de rotation de l'arbre du moteur provoque une modification d'angle de 800 (passage de + 40 à-40 ).
La came 125 peut avoir une forme ovale, du type valeur absolue de sinus, du type sinus carré, à pente linéaire, etc.
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Les figures 2,5 et 7 donnent la puisance maximale PM (en Watts) requise par une machine en fonction du déphasage entre le système bielle manivelle/vague et pour des amplitudes Amp. (exprimées en %) de vague différentes.
La figure 2 représente la puissance maximale requise PM pour une machine du type représenté à la figure 1 tandis que les figures 5 et 7 représentent la puissance maximale requise pour une machine suivant l'invention pour une machine du type représenté à la figure 3 et pour une machine du type représenté à la figure 6 (c'est-à-dire une machine dans laquelle la force appliquée par le ressort sur la came est modifiée à volonté).
Il ressort de ces figures que la puissance maximale requise par une machine suivant l'invention est inférieure à environ 75% de la puissance maximale requise par une machine du type connu. Lorsque le déphasage entre le système bielle-manivelle et la vague est d'environ 90 , la puissance maximale requise par une machine suivant l'invention correspond à environ 25% de celle requise par une machine du type connu.
Enfin il ressort de la figure 7 que la machine suivant l'invention du type représenté à la figure 6 (déphasage 360 et variation de l'effort appliqué par le ressort) permet une moindre variation de la puissance maximale requise. Dans cette machine, l'effort appliqué par le ressort est avantageusement fonction de l'amplitude de la vague et de la phase du système bielle-manivelle. Le moteur est dès lors avantageusement commandé par un système électronique relié à un capteur d'amplitude de vague (ou à une unité déterminant une telle amplitude à partir de signaux reçu d'un accéléromètre). Il en est avantageusement de même pour la position de la plaque support 213 (angle de tige).
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Les figures 5 et 7 montrent également que pour un déphasage de 900 entre le système biellemanivelle et la vague, la puissance maximale requise présente une valeur minimale. Ceci facilite la régulation de la machine telle qu'elle est décrite dans le document PCT/BE 91/00020 puisque la puissance requise pour obtenir le déphasage optimal (90 ) est la plus faible. La machine présentant un tel déphasage optimal est alors dans un état auto-régulé.
Il va de soi que de nombreuses modifications sont possibles.
Ainsi au lieu d'utiliser une came à deux cycles telle que représentée à la figure 6, il est possible d'utiliser une came à un seul cycle, deux ressorts de compression travaillant alors sur ladite came.
On aurait également pu pour modifier en fonction de l'amplitude de la vague l'effort appliqué par le ressort en utilisant une manivelle de longueur variable dans la machine représentée à la figure 3.
Enfin, il aurait encore été possible d'utiliser un système d'excentrique à la place de la manivelle.
Si l'angle de déphasage est avantageusement d'environ +36 C lorsque des vagues doivent être créées dans une piscine, cet angle est avantageusement négatif lorsque des vagues doivent être amorties.
La machine suivant l'invention peut de façon aisée être régulée partiellement ou totalement même si l'alimentation du moteur est simplifiée, lorsqu'on utilise comme point de fonctionnement le creux de la courbe de la puissance maximale pour une phase optimale.
Dans ce cas, le capteur de mesure de la vague est en quelque sorte devenu la force de réaction du système.
La présente invention a donc également pour
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objet un procédé pour créer des vagues dans lequel on alimente le moteur avec une puissance inférieure à 1,25 de préférence 1, 1 la puissance maximale requise pour le creux de la courbe de puissance maximale correspondant au déphasage optimal (90 dans les formes représentées).