coupleur (suite)

Principe de fonctionnement

Quand la pompe commence à tourner, le liquide contenu entre ces aubes est entraîné dans le mouvement de rotation ; il est donc soumis à la force centrifuge, qui tend à le rejeter vers l’extérieur. Au démarrage la turbine est immobile, aucune force analogue n’agit donc sur le liquide contenu entre ces aubes : sous l’action de la force centrifuge, le liquide contenu dans la pompe pénètre dans la turbine par l’extérieur et force le liquide contenu dans celle-ci à pénétrer dans la pompe au plus près de l’axe du coupleur. Cette circulation du liquide se poursuit aussi longtemps qu’il existe une différence entre les vitesses des deux rotors. Pendant la marche normale, la turbine tourne toujours un peu moins vite que la pompe ; et, comme toutes deux ont sensiblement les mêmes dimensions, la force centrifuge est plus grande dans la pompe que dans la turbine. C’est cette différence entre la force centrifuge dans la pompe et la force centrifuge dans la turbine qui oblige le liquide à circuler dans la section circulaire du tore, autour du noyau torique. Ainsi, l’huile contenue dans le tore est animée d’un mouvement complexe composé d’une part d’un mouvement de rotation autour de l’axe du coupleur, d’autre part d’un mouvement de rotation autour du noyau torique de celui-ci. À chacun de ces mouvements correspond une certaine énergie cinétique. Comme la section d’écoulement du liquide autour du noyau est constante, la vitesse reste constante dans cette circulation autour du noyau. Au contraire, la vitesse du liquide dans son mouvement de rotation autour de l’axe de l’embrayage augmente pendant que le liquide traverse la pompe et diminue pendant la traversée de la turbine. L’augmentation de la vitesse dans la pompe entraîne une augmentation de l’énergie cinétique du liquide entre l’entrée et la sortie de la pompe, cette différence devant être fournie par la pompe. Ainsi, pour accroître la vitesse du liquide qui la traverse, la pompe doit vaincre une certaine résistance, et le maintien de sa vitesse de rotation, malgré cette résistance, entraîne une consommation d’énergie. Dans la turbine, le liquide ralentit son mouvement en exerçant une pression sur les aubes. Il entraîne donc la turbine en lui conférant une certaine énergie : chaque fraction du liquide circulant dans le coupleur emprunte de l’énergie à la pompe et la transmet à la turbine. Pour un coupleur donné et une vitesse de rotation donnée de l’arbre moteur, le couple transmis est une fonction décroissante du glissement. Pour chaque régime de fonctionnement, le couple moteur reste égal au couple transmis à l’arbre conduit. Le coupleur étant de construction symétrique, il est absolument réversible.

Coupleur électromagnétique à poudre

C’est un dispositif électromécanique comprenant deux rotors concentriques, respectivement solidaires de l’arbre conduit et de l’arbre mené, dont l’un comporte une bobine inductrice avec deux bagues latérales pour l’amenée du courant. Sous l’action du champ magnétique variable produit par cette bobine, la poudre magnétique disposée entre les deux rotors se comporte comme un fluide dont la viscosité varie en fonction du courant inducteur. Le couple transmis est aisément réglable par variation de l’intensité du courant d’excitation.

Un coupleur électromagnétique à poudre peut être utilisé comme un coupleur hydrocinétique : en effet, pour une vitesse de rotation donnée de l’arbre moteur et un réglage donné du courant d’excitation, le couple transmis est constant. Comme dans le coupleur hydrocinétique, si le couple résistant devient supérieur à la valeur du couple transmis, il se produit un glissement entre les deux rotors, et la vitesse de l’arbre conduit diminue jusqu’à ce que le couple devienne égal au couple transmis, cette réduction de vitesse pouvant aller jusqu’à l’arrêt de l’arbre conduit.

Mais, contrairement au coupleur hydrocinétique, le coupleur électromagnétique à poudre peut être utilisé non pas seulement comme limiteur de couple, mais aussi comme embrayage, voire comme frein. En effet, lorsque l’intensité du courant d’excitation est nulle, la force centrifuge applique la poudre contre la surface interne du rotor intérieur (couple résiduel inférieur à 0,5 p. 100 du couple nominal). Le rotor extérieur est solidaire de l’arbre moteur, et le rotor intérieur de l’arbre mené. Outre la qualité parfaite du débrayage, cette disposition peut présenter l’avantage de lier la plus grande inertie, celle du rotor extérieur, à l’arbre menant, et la plus faible, celle du rotor intérieur, à l’arbre mené. Si l’un des rotors est maintenu immobile en rotation, le coupleur constitue un frein électromagnétique à poudre : par réglage de l’intensité du courant inducteur, il assure des ralentissements très souples et développe des couples élevés, pratiquement indépendants de la vitesse, jusqu’à l’arrêt. La bobine inductrice peut être montée dans le rotor fixe, et les bagues collectrices ainsi que les balais ne sont alors plus nécessaires pour l’alimentation en courant.

Propriétés

Le couple maximal transmissible par un coupleur électromagnétique à poudre pour un courant inducteur donné est une fonction croissante de l’intensité de ce dernier, pratiquement linéaire dans la plage d’utilisation pratique. La courbe caractéristique couple-courant est pratiquement indépendante :
— de la vitesse du rotor menant ;
— de la vitesse de glissement relatif des deux rotors (écart entre la vitesse du rotor menant et celle du rotor mené) ;
— de l’échauffement des rotors, sous réserve qu’il ne soit pas excessif (150 à 200 °C environ).

Dès qu’un coupleur glisse, l’énergie mécanique dégradée en chaleur dans son entrefer produit l’échauffement de celui-ci. Aussi, pour faciliter les déperditions calorifiques, le rotor extérieur est-il muni d’ailettes.

Utilisations

Les coupleurs hydrocinétiques sont essentiellement utilisés pour démarrer progressivement de fortes charges à partir de moteurs thermiques (moteurs à explosion, moteurs Diesel ou turbines). Ils sont montés sur véhicules lourds (autorails, autobus, etc.) en vue d’obtenir une plus grande douceur de démarrage. De plus, ils évitent toute possibilité de calage du moteur et servent d’amortisseur de vibration entre l’arbre moteur et l’arbre conduit. Les coupleurs électromagnétiques à poudre sont plus spécialement utilisés pour résoudre des problèmes d’embrayage, de freinage, de transmission et de limitation de couple dans les équipements industriels.

G. F.

➙ Embrayage / Freinage.

 P. M. Heldt, Convertisseurs de couple, transmissions automatiques (Dunod, 1953).