Servo-régulateur mécanique de vitesse L'invention a pour objet un servo-régulateur mécanique de vitesse,<B>à</B> vitesse de consigne variable, destiné<B>à</B> être inséré entre un moteur, notamment un moteur<B>à</B> ressort, et un mécanisme. Ce servo-régulateur est destiné plus particulièrement<B>à</B> la régulation de la vitesse du mécanisme d'une caméra cinématogra phique portative.
Le problème de la régulation de la vitesse des moteurs<B>à</B> ressort n'est pas nouveau.<B>Il</B> a été résolu jusqu'à maintenant en tenant compte du fait que la plupart des moteurs<B>à</B> ressort étaient destinés<B>à</B> entraî ner des mécanismes<B>à</B> la fois bon marché et d'encom brement réduit. La régulation de vitesse devait par conséquent être assurée par un dispositif lui aussi bon marché et de faible encombrement. C'est pourquoi la régulation était, et est encore réalisée la plupart du temps par un régulateur centrifuge<B>à</B> masselottes dont le manchon mobile actionne un frein agissant sur un tambour ou un disque relié<B>à</B> l'arbre mené, ce régula teur étant lui-même entraîné par ce même arbre, éven tuellement par l'intermédiaire d'un train d'engrenages.
Cette régulation par freinage présente trois inconvé nients principaux. D'une part elle est purement dissi- pative, c'est-à-dire qu'elle n'est efficace que tant que le couple moteur est supérieur au couple qu'il est nécessaire de transmettre effectivement. D'autre part elle exige, lorsque le mécanisme entraîné doit pouvoir fonctionner<B>à</B> différentes vitesses, que le moteur soit dimensionné de façon<B>à</B> pouvoir fournir le couple correspondant<B>à</B> la vitesse maximum.<B>Il</B> en résulte que, lors du fonctionnement<B>à</B> une vitesse inférieure, le couple excédentaire est absorbé par le frein et dissipé en pure perte.
Si bien que la réserve de marche, cor respondant<B>à</B> un remontage, n'est pas, pour un moteur donné, inversement proportionnelle<B>à</B> la vitesse: elle décroît beaucoup plus vite, du fait que l'énergie dissipée par le frein est plus grande aux bas régimes qu'aux régimes élevés. Enfin, l'effort de freinage exercé par le frein est maximum lorsque le mécanisme doit travailler aux vitesses lentes. Le frein est donc fortement sollicité et il en résulte, en régime lent, des fluctuations de vitesse gênantes, qui, dans le cas d'une caméra, conduisent<B>à</B> des fluctuations du temps d'exposition.
L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients en proposant un servo-régulateur, caractérisé par le fait qu'il comprend un variateur de vitesse dont le rapport de transmission est susceptible d'être varié de façon continue sous l'effet d'une commande et dont les arbres menant et mené respectivement, sont destinés<B>à</B> être reliés<B>à</B> ce moteur, respectivement<B>à</B> ce mécanisme, un régulateur centrifuge entraîné par l'arbre mené, un dispositif d'asservissement commandé par le régulateur et modifiant le rapport de transmission du variateur tant que la vitesse de son arbre mené est différente d'une vitesse de consigne imposée, et une commande permettant de modifier<B>à</B> volonté cette vitesse de consigne.
Le dessin annexé représente schématiquement le servo-régulateur faisant l'objet de l'invention.
La fig. <B>1</B> représente une première forme d'exécution du dispositif.
La fig. 2 illustre une variante de l'entraînement du système d'asservissement.
La fig. <B>3</B> montre une variante du système de com mande de la vitesse de consigne.
Les fig. 4 et<B>5</B> représentent une première variante du système d'asservissement dans deux dispositions du variateur de vitesse.
La fig. <B>6</B> montre une seconde variante du système d'asservissement.
Comme on le voit sur la fig. <B>1,</B> le servo-régulateur, contenu dans un boîtier<B>1,</B> comprend un arbre d'entrée 2, qui est destiné<B>à</B> être relié<B>à</B> un moteur<B>à</B> ressort non représenté et qui entraîne un variateur de vitesse dont le rapport de transmission est variable de façon conti nue. Ce variateur est constitué d'un plateau<B>3,</B> d'un galet intermédiaire 4 et d'un plateau<B>5</B> entraînant un arbre<B>6.</B> Ce dernier se prolonge hors du boîtier<B>1</B> par un arbre de sortie<B>7</B> destiné<B>à</B> entraîner un mécanisme non représenté, par exemple une caméra cinéma tographique.
Un couple d'engrenage<B>8,</B> monté sur l'arbre<B>6</B> entraîne, par l'intermédiaire de l'arbre<B>9</B> et des roues coniques<B>10</B> et<B>11,</B> un régulateur centrifuge 12. Ce dernier est constitué, d'une manière connue, de masselottes<B>13</B> et 14 fixées<B>à</B> l'extrémité de leviers coudés<B>15</B> et<B>16</B> capables de pivoter dans des paliers <B>17</B> et<B>18</B> fixés dans un berceau<B>19</B> solidaire de la roue<B>11.</B> Les extrémités 20 et 21 des leviers<B>15</B> et<B>16</B> coulissent dans un manchon mobile 22 solidaire d'un arbre<B>23.</B> Un organe élastique 24 est comprimé entre le manchon mobile 22 et un manchon fixe<B>25.</B> L'arbre<B>23</B> d'une part commande le dispositif d'asservissement par l'inter médiaire d'une joue<B>38,
</B> d'un renvoi<B>39</B> et d'une joue <B>26</B> solidaire d'un arbre<B>27</B> et d'autre part entraîne ce dispositif d'asservissement par l'intermédiaire d'un arbre<B>28,</B> d'un plateau<B>à</B> friction<B>29</B> et d'un galet<B>30</B> solidaire de l'arbre<B>27.</B> L'arbre<B>23</B> est solidaire en rota tion de la roue<B>11</B> et de l'arbre<B>28,</B> mais peut coulisser axialement dans cette roue<B>11</B> et sur cet arbre<B>28,</B> grâce <B>à</B> des cannelures non représentées.
L'arbre<B>27,</B> tout en pouvant coulisser axialement, entraîne en rotation une fourche<B>3 1,</B> par l'intermédiaire d'une douille canne lée<B>32</B> solidaire de cette fourche<B>31.</B> Cette dernière est solidaire d'un écrou<B>33</B> coopérant avec une vis 34 qui entraîne en translation le galet intermédiaire 4 du variateur de vitesse. Le manchon fixe<B>25</B> du régulateur 12 peut être déplacé axialement <B>à</B> l'aide d'une com mande<B>35</B> et sa position axiale est repérée<B>à</B> l'aide d'un index<B>36</B> se déplaçant en regard d'une graduation<B>37.</B> Ce déplacement du manchon fixe<B>25</B> a pour effet de modifier la force exercée sur le manchon mobile 22 par l'organe élastique 24 du régulateur.
Le fonctionnement du servo-régulateur est le suivant: Une certaine vitesse de consigne ayant été choisie, l'opérateur déplace la commande<B>35</B> de façon<B>à</B> faire coïncider l'index<B>36</B> avec celui des traits de la gradua tion<B>37</B> qui correspond<B>à</B> cette vitesse. Cela a pour effet de déterminer la vitesse angulaire que devra avoir le berceau<B>19</B> pour que le manchon mobile 22 donne au galet<B>30</B> sa position de repos coïncidant avec le centre du plateau<B>29.</B> Lorsque cette position est atteinte, l'arbre de sortie tourne<B>à</B> la vitesse voulue, égale<B>à</B> la vitesse de consigne.
Au début, le galet 4 du variateur a une position quelconque et l'arbre<B>6</B> va communiquer, par les engrenages<B>8,</B> l'arbre<B>9</B> et les roues coniques<B>10</B> et<B>11,</B> une certaine vitesse angulaire au berceau<B>19.</B> Si cette vitesse est différente de la vitesse de consigne, le manchon mobile 22 va déplacer, par l'intermédiaire de l'arbre<B>23</B> et du renvoi<B>39,</B> le galet<B>30</B> hors de sa position de repos, laquelle coïncide avec le centre du plateau<B>29.</B> Cela aura pour effet d'entraîner en rotation la fourche <B>31</B> dans un sens ou dans l'autre suivant que la vitesse du régulateur est supérieure ou inférieure<B>à</B> la vitesse de consigne.
La fourche<B>3 1,</B> l'écrou<B>33</B> et la vis 34 vont donc déplacer le galet 4 du variateur et modifier le rapport de transmission entre l'arbre d'entrée 2 et l'arbre de sortie<B>7.</B> Et cela jusqu'au moment où le galet <B>30</B> aura repris sa position de repos.<B>Il</B> faut évidemment, pour que le système fonctionne, que le sens de filetage de l'écrou<B>33</B> et de la vis 34 soit choisi de façon que le déplacement du galet 4 donne lieu<B>à</B> une variation du rapport de transmission telle que la vitesse de l'arbre de sortie<B>7</B> tende<B>à</B> égaler la vitesse de consigne. Un sens inverse de filetage aurait pour conséquence que tout écart initial entre la vitesse de l'arbre<B>7</B> et la vitesse de consigne augmenterait et il n'y aurait aucun effet régu lateur.
On le voit, le servo-régulateur décrit est<B>à</B> la fois très simple et très rationnel. La régulation de vitesse est obtenue par adaptation du rapport de transmission du variateur et non par freinage.<B>Il</B> n'y a pas dissipation sous forme thermique de l'énergie excédentaire. Par un choix convenable de la masse des masselottes<B>13</B> et 14, de la raideur de l'organe élastique 24, en un mot de la caractéristique dynamique du régulateur, il est possible de réduire<B>à</B> une valeur négligeable les fluctua tions de vitesse. Enfin, le réglage de la vitesse<B>à</B> une va leur de consigne choisie arbitrairement est précis.
Au moment où la vitesse de l'arbre<B>7</B> atteint la vi tesse de consigne, le galet<B>30</B> est au centre du plateau <B>29.</B> Ce plateau<B>29</B> tournant en permanence, frotte cons tamment sur le galet<B>30.</B> Cela peut constituer un incon vénient qu'il est facile d'éliminer grâce<B>à</B> la variante représentée sur la fig. 2. L'arbre<B>23</B> entraîne une paire de plateaux baladeurs coaxiaux 40 et 41 encadrant de part et d'autre un galet 42. Ce dernier est solidaire d'un arbre 43 coopérant avec la douille cannelée<B>32</B> de façon<B>à</B> entraîner la fourche<B>31</B> et l'écrou<B>33.</B> Avec cette disposition, l'entraînement du galet 42 a lieu dans un sens par friction du plateau 40, l'autre 41 étant écarté, dans l'autre sens par friction du plateau 41, l'autre 40 étant éloigné.
Lorsque la vitesse de consigne est atteinte, la paire de plateaux 40 et 41 occupe une position médiane dans laquelle ni l'un ni l'autre n'est en contact avec le galet 42. Cette variante élimine donc tout frottement permanent lorsque la vitesse de consigne est atteinte. Elle présente, en contrepartie, un inconvénient<B>:</B> C'est l'écart minimum de vitesse nécessaire pour que l'asservissement commence<B>à</B> opérer la correction, écart qui empêche de réduire les fluctuations de vitesse de l'arbre<B>7</B> au-dessous d'une limite finie. Cet inconvé nient reste cependant mineur, car l'amplitude de ces fluctuations résiduelles dépend du jeu entre les plateaux 40, 41 et le galet 42, jeu qui peut être très faible.
Dans ces deux solutions le régulateur tourne<B>à</B> des vitesses différentes suivant les vitesses de consignes choisies.<B>Il</B> travaille donc chaque fois dans des condi tions dynamiques différentes. La variante représentée sur la<B>fi-. 3</B> permet au régulateur de tourner toujours<B>à</B> la même vitesse quelle que soit la vitesse de consigne choi sie. Cette variante consiste<B>à</B> insérer, entre les engre- nages<B>8</B> et la roue<B>10</B> un second variateur de vitesse, constitué par des plateaux<B>50</B> et<B>51</B> et un galet inter médiaire<B>52</B> dont la position fixe la valeur du rapport de transmission.
Cette position peut être modifiée <B>à</B> J'aide de la commande<B>53</B> et repérée sur la graduation 54 grâce<B>à</B> l'index<B>55.</B> Le manchon fixe<B>25</B> du régula teur est alors solidaire du boîtier<B>1.</B> L'opérateur après avoir choisi une vitesse de consigne déplace la com mande<B>53</B> jusqu'à ce que l'index<B>55</B> coïncide avec le trait correspondant de la graduation 54. Le régulateur va réagir sur le galet 4 du premier variateur de vitesse jusqu'à ce que son rapport de transmission soit tel que le régulateur tourne<B>à</B> sa vitesse de régime définie par la force exercée par l'organe élastique 24. Une fois cette vitesse de régime atteinte l'arbre de sortie<B>7</B> tourne<B>à</B> la vitesse de consigne choisie.
On le voit, le régulateur a une vitesse de régime indépendante de la vitesse de consigne.<B>Il</B> travaille donc dans des condi tions dynamiques toujours identiques. Du fait que l'arbre<B>23</B> tourne<B>à</B> vitesse constante, indépendante de celle de l'arbre<B>7,</B> on a la possibilité de le prolonger <B>à</B> l'extérieur du boîtier<B>1,</B> par un arbre 44 auquel on peut coupler par exemple une petite génératrice élec trique qui de ce fait délivrera une tension constante. C'est<B>là</B> une possibilité précieuse, notamment dans le cas où ce servo-régulateur équipe une caméra cinéma tographique.
Cette génératrice peut en effet être chargée de fournir la tension nécessaire pour la commande automatique du diaphragme<B>à</B> partir d'un posemètre photo-électrique incorporé. On sait que cette commande automatique a toujours soulevé des dificultés, précisé ment<B>à</B> cause des vitesses différentes auxquelles la caméra doit pouvoir fonctionner.
Dans les variantes représentées aux fig. <B>1</B> et 2, la position radiale du galet 4 par rapport aux plateaux <B>3</B> et<B>5</B> est indépendante de la position radiale du galet <B>30</B> par rapport au plateau<B>29</B> (fig. <B>1),</B> respectivement de la position radiale du galet 42 par rapport aux plateaux 40 et 41 (fig. 2). En d'autres termes, dans ces variantes la vitesse de correction, matérialisée par la vitesse du déplacement radial du galet 4, dépend de la vitesse des arbres<B>28,</B> respectivement<B>23,</B> donc de celle de l'arbre de sortie<B>7.</B>
Dans la variante représentée<B>à</B> la fig. <B>3,</B> la vitesse de l'arbre<B>23</B> est constante, de sorte que la vitesse de correction est donc indépendante de celle de l'arbre de sortie<B>7. Il</B> peut être utile de recourir<B>à</B> une autre réalisation de l'asservissement, dans laquelle les posi tions radiales des galets 4 et 42 sont liées l'une<B>à</B> l'autre. C'est ce que représentent les fig. 4 et<B>5</B> qui illustrent deux variantes de réalisation de l'asservisse ment. Dans ces deux variantes, les galets 4 et 42 sont montés sur un arbre<B>60</B> commun dont une partie<B>61</B> est filetée et coopère avec un écrou<B>62</B> fixe.
Le déplace ment radial du galet 4, par rapport aux plateaux<B>3</B> et<B>5,</B> provoqué par le déplacement axial de la partie filetée <B>61</B> dans l'écrou<B>62</B> sous l'effet de la rotation du galet 42, a pour conséquence le déplacement radial de ce galet 42 par rapport aux plateaux 40 et 41. Avec la disposition des plateaux<B>3</B> et<B>5</B> représentée<B>à</B> la<B>fi-.</B> 4, la vitesse du galet 42, qui détermine la vitesse de correction, est faible lorsque la vitesse de l'arbre<B>6,</B> donc de l'arbre de sortie<B>7</B> (fig. <B>1)</B> est élevée; elle est élevée quand celle des arbres<B>6</B> et<B>7</B> est faible. La vitesse de correction varie donc en sens inverse de la vitesse de l'arbre de sortie.
Avec la disposition des plateaux<B>3</B> et<B>5</B> représentée<B>à</B> la fig. <B>5,</B> c'est l'inverse qui se passe: la vitesse de correction varie, dans le même sens que la vitesse de l'arbre de sortie. Dans l'une et l'autre de ces deux variantes et lorsque cette disposition de l'asser vissement est adoptée conjointement avec l'insertion du second variateur de vitesse<B><I>50, 51</I></B> et<B>52</B> qui commu nique au régulateur 12 une vitesse constante (fig. <B>3),</B> ces variations de la vitesse de correction suivent une loi de proportionnalité,
inverse dans le cas de la fig. 4 et directe dans celui de la fig. <B>5.</B> Si cette disposition de l'asservissement est adoptée conjointement avec les variantes représentées aux fig. <B>1</B> et 2, la relation entre la vitesse de correction et la vitesse des arbres<B>6</B> et<B>7</B> est plus complexe.
Une dernière variante, représentée<B>à</B> la fig. <B>6,</B> permet de réaliser les caractéristiques de réglage les plus diverses. Cette variante consiste<B>à</B> établir entre la position radiale du galet 42 par rapport aux plateaux 40 et 41, et la position radiale du galet 4 par rapport aux plateaux<B>3</B> et<B>5</B> une liaison mécanique articulée, par exemple au moyen d'un levier<B>70,</B> pivotant autour d'un pivot fixe<B>71,</B> et des bielles 72a et<B>72b.</B> Le galet 4 est alors monté fou<B>à</B> l'extrémité d'une tige<B>73</B> guidée dans une glissière 74 et articulée,<B>à</B> son autre extrémité, <B>à</B> la bielle<B>72.</B> En choisissant de manière adéquate le rapport des bras de levier<B>du</B> levier<B>70</B> et la position du pivot fixe<B>71,
</B> il est aisé de réaliser les caractéristiques de réglage les plus variées.
Le servo-régulateur décrit peut s'appliquer d'une façon générale<B>à</B> la régulation de vitesse de tout mécanisme. Sa construction simple le destine tout particulièrement<B>à</B> l'entraînement de mécanismes légers. On a<B>déjà</B> cité son application aux caméras ciné matographiques portatives, application dans laquelle l'arbre d'entrée du servo-régulateur est relié au moteur de la caméra et l'arbre de sortie au mécanisme de cette dernière. Une caméra équipée de la sorte offre l'avantage d'assurer, indépendamment du degré de remontage du moteur, la constance du temps d'expo sition correspondant aux différentes vitesses de prise de vues, et de permettre<B>à</B> l'opérateur de choisir<B>à</B> volonté cette vitesse.
De plus, si le servo-régulateur est du type représenté<B>à</B> la fig. <B>3,</B> il est possible de coupler<B>à</B> son arbre 44, qui tourne<B>à</B> vitesse constante, une génératrice électrique qui délivrera une tension constante, quelle que soit la vitesse de prise de vues. Cette génératrice peut servir<B>à</B> alimenter un dispositif électrique de commande automatique du diaphragme <B>à</B> partir d'un posemètre photo-électrique incorporé, avec l'avantage de ne pas être tributaire de la vitesse de prise de vues.
Une autre application du servo-régulateur de la fig. <B>3,</B> c'est l'entraînement du plateau d'un tourne- disques <B>à</B> moteur<B>à</B> ressort. On peut imaginer dans ce cas que la génératrice entraînée par l'arbre tournant <B>à</B> vitesse constante alimente l'amplificateur<B>à</B> transis tors destiné<B>à</B> restituer le son.
Une autre application encore a trait<B>à</B> l'entraîne ment des magnétophones portatifs mus par un moteur <B>à</B> ressort, la génératrice étant destinée<B>à</B> l'alimentation des circuits électroniques, en particulier lorsque ces circuits sont<B>à</B> transistors.