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WO2018041722A1 - Cabestan à assistance motorisée - Google Patents

Cabestan à assistance motorisée Download PDF

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Publication number
WO2018041722A1
WO2018041722A1 PCT/EP2017/071366 EP2017071366W WO2018041722A1 WO 2018041722 A1 WO2018041722 A1 WO 2018041722A1 EP 2017071366 W EP2017071366 W EP 2017071366W WO 2018041722 A1 WO2018041722 A1 WO 2018041722A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
crank shaft
angular position
rotor
motor
capstan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/071366
Other languages
English (en)
Inventor
Michel Chenon
Jérémy BEUCHER
Xavier DUMAS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pontos SAS
Original Assignee
Pontos SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pontos SAS filed Critical Pontos SAS
Publication of WO2018041722A1 publication Critical patent/WO2018041722A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/60—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans adapted for special purposes
    • B66D1/74—Capstans
    • B66D1/7421—Capstans having a vertical rotation axis
    • B66D1/7436—Capstans having a vertical rotation axis drivable by both motor and manually
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/60—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans adapted for special purposes
    • B66D1/74—Capstans
    • B66D1/7442—Capstans having a horizontal rotation axis
    • B66D1/7457—Capstans having a horizontal rotation axis drivable by both motor and manually
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/60—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans adapted for special purposes
    • B66D1/74—Capstans
    • B66D1/7484—Details concerning gearing arrangements, e.g. multi-speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/60—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans adapted for special purposes
    • B66D1/74—Capstans
    • B66D1/7494—Self-tailing capstans

Definitions

  • the field of the invention is that of the design and manufacture of capstans (winch in English language), for example intended to be secured to a sailboat to put in tension an integral end of a sail.
  • the invention relates more particularly to a technique of motorized assistance of a capstan.
  • Winches are commonly used on sailboats to allow crew members to tension the ends of the sails.
  • a winch conventionally comprises a frame housing a crank shaft connected by a gearbox to a doll rotatably mounted around the frame, around which is intended to be wound a tip. Rotation of the crank shaft is accompanied by rotation of the doll.
  • capstans There are two main categories of capstans, namely manual capstans and motorized capstans.
  • the headstock of manual capstans is rotated to wind one end only by manual action of a teammate on the actuating crank.
  • the doll of the motorized capstans is rotated to wind a tip either manually as in the case of a manual capstan or fully motorized when the team member actuates a control button provided for this purpose.
  • the motorized capstan has the advantage of being able to replace the team member to perform the winding of a tip, the crew member having only to actuate push buttons to activate and deactivate the motorized action.
  • the motorized capstan including electric has however some disadvantages.
  • Electric winches whose transmission is similar to that of manual winches, are very slow. To circumvent this difficulty, the teammate can break down his movement in two stages, namely to proceed, at low load, to the faster manual winding, then switch to motorized mode then by actuating pushbuttons for it. This two-step action induces a waste of time that is not desired.
  • Winches of the prior art are disadvantageous, when under load, and the motorized mode is activated, prohibit to switch to manual mode without having previously disconnected the engine of the winch transmission.
  • the motors of electric winches still have the disadvantage of being compact in that they implement large electric motors to be able to deliver the torque required for winding a high-demand end.
  • these engines are sometimes positioned in the habitable areas of the boats, and can thus reduce this space and make the movement of people difficult and dangerous.
  • the electric winches of the prior art have a high consumption, which has the effect of reducing the use of the winch insofar as the batteries on board the boats to supply them with electricity have limited energy storage capacity .
  • the transmission of the engine running or stopping information is a wire transmission external to the winch or internal, which has the defect to present electrical son and push buttons to level of the bridge and therefore exposed to the salt medium, which is obviously a disadvantage in terms of life, the salt medium is particularly aggressive.
  • the invention particularly aims to provide an effective solution to at least some of these different problems.
  • an object of the invention is to provide a winch that can assist the crew member in its rotational action of the winch doll.
  • the invention aims, in at least one embodiment, to provide such a winch that allows the team member to keep the pleasure of operating the crank when even the rotation of the doll's winch is motorized.
  • Another object of the invention is to provide the operator with the ability of a very fast and very comfortable action
  • Another object of the invention is, in at least one embodiment, to provide such a winch that allows to switch to manual mode, under load, without having to disconnect the engine thus allowing to manually complete the winding action rope.
  • Another object of the invention is, in at least one embodiment, to reduce at least the power of the motors.
  • Another object of the invention is, according to at least one embodiment, to provide such a winch which is compact in particular to reduce its impact or nuisance in the living space.
  • the invention particularly aims, in at least one embodiment, to reduce power consumption.
  • Another object of the invention is to provide such a winch which is, in at least one embodiment, particularly reliable and / or simple design and / or economic.
  • Another object of the invention is to allow, in at least one embodiment, a transmission of at least one engine control information in a non-wired mode.
  • the invention provides a capstan comprising a frame, a doll, and a crank shaft for rotating said doll with respect to said frame.
  • said capstan comprises means for assisting in the rotational drive of said doll, said assistance means comprising a motor adapted to supply a part of the force required to drive said doll in rotation, and control means of said motor taking into account on the one hand at least one piece of information representative of the angular position of said crank shaft, and on the other hand at least one piece of information representative of the angular position of the rotor of said engine.
  • the invention is based on an original approach which consists in controlling the assistance engine of a winch according to the position of the crank shaft and the angular position of the rotor of the engine.
  • said rotor and said crank shaft are connected in rotation
  • said capstan comprising means for uncoupling in rotation of said crank shaft and said rotor over a limited angular range on either side of a rest position said crank shaft
  • said assistance means comprising means for measuring at least one piece of information representative of the angular position of said crank shaft, means for measuring at least one piece of information representative of the angular position of said rotor and means for supplying said motor as a function of an angular position offset between said rotor and said crank shaft.
  • Uncoupling the crank shaft from the rotor over a given angular range around a rest position of the crank shaft allows, when a crew member actuates the crank shaft to cause the doll to rotate, to generate an angular offset between the position of the crank shaft and that of the rotor.
  • Such angular offset makes it possible to significantly optimize the steering of the assistance of the winch by improving its reliability.
  • crank shaft and said rotor are uncoupled against the effect of elastic return means.
  • the floating assembly with elastic return of the crank shaft constitutes a mechanical torque sensor.
  • This information can thus be obtained exclusively mechanically, and not electrical and / or electronic to be used in the control of assistance. This considerably improves the reliability and robustness of the winch insofar as a sensor of this type is very insensitive or insensitive to the salty and humid environment in which a winch is conventionally found.
  • said control means comprise means for supplying said motor as a function of said angular position offset when said angular position offset reaches a predetermined trigger threshold value or is outside a predetermined threshold interval, and means for stopping said motor when said angular position offset does not reach said threshold value or is within said range.
  • the assistance is thus triggered and maintained as long as the offset is in a predetermined range of values and is inhibited outside this range of values.
  • said assistance means are configured to feed said motor so that it transmits to said doll a torque comprised between 5% and 95% of the overall torque to be transmitted to said doll, said overall torque being equal to the torque transmitted to said doll by said engine and by the operator.
  • said control means are configured to supply said motor so that the angular offset between said rotor and said crank shaft is as small as possible without said rotor passing said crank shaft, with the gear ratio between said rotor and said crank shaft.
  • the assistance engine is never totally driving but the operator always accompanies the movement of the doll.
  • said control means take account of a predetermined third degree polynomial function expressing the supply intensity of said motor as a function of said angular position offset.
  • the percentage of maximum assistance will be reached very quickly after the start of the activation of the assistance, and will not be proportional to the angular offset between the hand crank and the rotor.
  • said control means take account of a predetermined first-order polynomial function expressing the supply intensity of said motor as a function of said angular position offset.
  • the percentage of maximum assistance will be reached less quickly after the start of the activation of the assistance, and will be proportional to the angular offset between the hand crank and the rotor.
  • a capstan according to the invention comprises a transmission connecting said crank shaft and said rotor to said headstock, said transmission comprising a gearbox and a multiplier epicyclic gear comprising a solar, a satellite gate and at least one satellite , said crank shaft being rotatably connected to said planet carrier and the input of said gearbox being connected to said planet carrier or said solar sensor, said rotor being rotatably connected to said solar.
  • the epicyclic gear train has a multiplier transmission ratio in the solar crank-well direction and a divider transmission ratio in the solar-crank shaft direction.
  • the torque transmitted to the crank shaft by the epicyclic gear is equal to the torque delivered by the motor multiplied by the multiplication ratio of the epicyclic gear.
  • a winch according to the invention may be equipped with an engine of about 200 watts to produce an effect substantially equivalent to an electric winch according to the prior art with an engine of about 700 to 2 000 watts,
  • crank shaft is mounted rotationally floating relative to said planet carrier over an angular range at the limits of which said crank shaft and said planet carrier are rotatably connected.
  • crank shaft is mounted floating relative to said planet carrier against the effect of elastic return means.
  • said control means comprise means for determining the angular offset between said crank shaft and said planet carrier, and means for supplying said motor as a function of said angular position offset when said angular position offset reaches a predetermined trigger threshold value or located outside a predetermined threshold interval, and means for stopping said motor when said angular position offset does not reach said threshold value or is within said interval.
  • the assistance is thus triggered and maintained as long as the offset is in a predetermined range of values and is inhibited outside this range of values.
  • a capstan according to the invention comprises means of mechanical transmission, to said assistance means, of the angular position of said crank shaft.
  • the information relating to the angular position of the crank shaft which in some cases is information representative of the torque applied by a crew member to the crank shaft, is transmitted mechanically and not by an electronic, electrical, optical or radio mode. , or magnetic.
  • This information is thus transmitted in a simple, reliable and robust transmission mode, in particular very insensitive to the conditions in which a winch (salt air, humidity) is conventionally found. This increases the robustness and reliability of the winch.
  • said mechanical transmission means comprise a rod rotatably connected to said crank shaft extending in the axis of rotation of said doll, said means for measuring at least one piece of information representative of the angular position of said well.
  • crank comprising means for measuring at least one piece of information representative of the angular position of said rod.
  • This very simple mechanical architecture makes it possible to efficiently transmit the information on the position of the crank shaft to the assistance means.
  • said means for measuring at least one piece of information representative of the angular position of said crank shaft comprise a magnet rotatably connected to said rod and at least one hall effect sensor.
  • said means for measuring at least one piece of information representative of the angular position of said rotor comprise a magnet linked in rotation to said rotor and at least one hall effect sensor.
  • the hall effect sensors are reliable and efficient and make it possible to determine the position and / or the speed of the crank shaft and the rotor in a simple manner.
  • said rod extends beyond the contact surface of said frame with its support.
  • a capstan according to the invention comprises a sealed assistance housing housing said assistance means, a space being provided between said frame and said control box so that said control box is on the inside. the deck of a boat and the frame is on the outer side of said bridge when said capstan is secured to said bridge.
  • the control box which encloses the electronic and electrical components of the winch, can thus be placed inside the boat equipped with the winch according to the invention, and thus be placed in a sheltered place.
  • said motor is an electric motor or a hydraulic motor.
  • the invention also relates to a method of assisting in the rotational drive of the headstock of a capstan according to any one of the variants described above, said method comprising at least one step of controlling said motor taking account of a part of at least one information representative of the angular position of said crank shaft, and secondly at least one piece of information representative of the angular position of the rotor of said engine.
  • said method comprising at least:
  • the method comprises at least:
  • said crank shaft is driven at a vacuum relative to said rotor and to said doll on a limited angular portion from its rest position and then engaged with said rotor and said doll beyond said limited angular portion.
  • a method according to the invention comprises:
  • a method according to the invention comprises a step of controlling said power supply of said motor, as a function of said angular position offset, to feed said motor so that said angular offset is as small as possible without said rotor exceeds said crank shaft at the transmission ratio near between said rotor and said crank shaft.
  • Figure 1 illustrates a perspective view of a winch according to the invention
  • Figure 2 illustrates a perspective bottom view of the winch portion of the winch of Figure 1;
  • Figure 3 illustrates a sectional view of the winch of Figure 2 along a plane passing through the longitudinal axis of the winch;
  • Figures 4 and 5 respectively show perspective views of a crank shaft of a winch according to the invention, and its assembly with a spring;
  • FIG. 6 schematically illustrates a control unit of a winch according to the invention
  • Figure 7 illustrates an exploded view of the assembly of a crank shaft, a spring and a planet carrier of a winch according to the invention
  • Figure 8 illustrates a partial view of Figure 3
  • Figures 9, 10 and 11 respectively illustrate a perspective view, a sectional view along a plane passing through its longitudinal axis and a partial view of a helper housing of a winch according to the invention
  • Figure 12 illustrates a sectional view of the winch of Figure 1 along a plane passing through its longitudinal axis
  • Figures 13 and 13bis illustrate a so-called proportional servo principle
  • FIGS. 14 and 14bis illustrate a servo-control principle known as tracking
  • FIG. 15 illustrates a curve of the torque deployed by an operator to rotate the doll of a winch according to the invention as a function of the angular position offset between the crank shaft and the planet carrier;
  • FIGS. 16 to 19 illustrate logigrams of different variants of a method for assisting in driving a winch according to the invention.
  • FIGS. 1 to 14 an example of capstan, or winch, electric assistance according to the invention is presented in relation to FIGS.
  • the bottom of the winch will designate the side thereof to be secured to a support, while the top of the winch will designate the opposite part of the winch.
  • Such a winch 10 comprises a winch portion 11 and a helper housing 12.
  • the winch portion 11 essentially corresponds, as will become clearer later, to a manual winch such as that described in WO-A1-2015 / 097198. It comprises in particular a frame 13 on which is mounted rotatably a doll 14.
  • a tip one end of which is connected to a sail of the sailboat, can be wrapped around the doll 14.
  • This winch portion 11 conventionally comprises a reversible imprisonment device 15 at one end of the tip to be wrapped around the doll 14.
  • the frame 13 is intended to be secured for example on the deck of a sailboat. It comprises a support surface 130 intended to come into contact with the support as the outer face of the deck of a boat, that is to say the face of the latter subjected to the weather. This support surface 130 is traversed by holes 131 allowing the passage of screws to ensure the joining of the winch portion 11 to the support.
  • the assistance box 12 houses all the electrical and / or electronic components used to provide assistance to the rotational drive of the doll 14, as will be described in more detail below. he forms a sealed enclosure.
  • the assistance housing 12 comprises a support surface 121 intended to come into contact with the support as the inner face of the deck of a boat, that is to say the face of it not subjected to the weather.
  • a space E is provided between the support surface 130 of the frame 13 and the support surface 121 of the assistance box 12 so that the support, in particular the deck of a boat, can be interposed between the support surface. 130 and the support surface 121 When the winch is secured to the deck of a boat, the winch portion 11 is then outside the boat while the assistance box 12 is inside of the boat the boat.
  • the winch portion 11 and the assist box 12 are detachable from each other.
  • the winch portion 11 includes a crank shaft 16 for cooperating with a winch operating crank.
  • a crank shaft 16 for cooperating with a winch operating crank.
  • it conventionally comprises a grooved housing 161 of complementary shape of the end of a crank.
  • the crank shaft 16 is connected to the doll 14 by means of a transmission so that a rotation of the crank shaft causes rotation of the doll 14 around the frame 13.
  • the transmission of the winch comprises a multiplier epicyclic gear train 17 coupled to a gearbox 18.
  • the multiplier epicyclic gear train 17 comprises a planet carrier 170 on which are mounted rotating about axes 171 a plurality of satellites 172, and a solar 173 which meshes with the satellites 172.
  • the solar 173 is integral in rotation with a solar shaft 174 and is traversed by a bore 1730.
  • the transmission ratio of the planetary gear train is equal to 5 so that the rotation speed of the solar is five times higher than that of the satellite carrier or the crank shaft connected to it in rotation. The value of this transmission ratio could be different (lower or higher). It will, however, be chosen so that the epicyclic gear is always multiplier between the speed of the crank shaft (and therefore that of the planet carrier) and the speed of the solar.
  • the crank shaft 16 comprises a body 160 in the upper part of which is formed the housing 161 for the end of a crank.
  • This body 161 is extended in the lower part by three fingers 162 distributed uniformly around the longitudinal axis of the crank shaft. Each of these fingers 162 comprises a base 163 and an internal notch 164 '. Each finger 162 is separated from the next finger 162 by a light 164.
  • the body 161 is also extended in the lower part by a stud 165 of cylindrical section which extends in the axis of the crank shaft 16.
  • the planet carrier 170 comprises an upper plate 1700 on which are formed three bosses 1701 distributed uniformly around the longitudinal axis of the satellite carrier. These bosses 1701 define displacement zones 1702 for the bases 163 of the crank shaft 16. Each boss 1701 is surmounted by an extension 1703.
  • the upper plate 1700 is traversed at its center by a bore 1704 whose peripheral contour defines a stud centering 1709 on the surface of the upper plate 1700.
  • the planet carrier comprises a bottom plate 1705.
  • the planet carrier comprises a side wall 1707 which connects the lower plates 1705 and upper 1700. This side wall is traversed by three passages 1708.
  • the bottom plate 1705 and the upper plate 1700 are traversed by concentric two-to-two holes 1706 allowing the passage of axes around which the satellites are rotatably mounted mounted being housed in the passages 1708.
  • crank shaft 16 is secured in rotationally movable manner over a limited angular range relative to the planet carrier 170.
  • the crank shaft 16 and the planet carrier 170 are interconnected by positioning the fingers 162 between the extensions 1703 so that the centering stud 1709 is housed in the space delimited by the internal notches 164 'and that the lower surface 1630 of the bases 163 is against the upper surface of the displacement zones 1702.
  • crank shaft 16 can then rotate relative to the satellite gate 170 around their longitudinal axes which are merged. This rotational movement is limited in one direction and the other by the side surfaces 165 'of the fingers 162 and bases 163 which abut against the side surfaces 1710 of the bosses 1701.
  • the partially free connection in rotation between the crank shaft and the satellite carrier is elastic.
  • an elastic spring 19 is interposed between the crank shaft and the planet carrier.
  • This spring 19 comprises a central ring 191, through which a bore 192 passes, and about which flutes 193 are distributed.
  • the flutes are six in number.
  • These flutes 193 define three spaces 194 substantially the width of the fingers 162 uniformly distributed about the longitudinal axis of the spring 19, and three spaces 195 substantially the width of the extensions 1703 distributed uniformly about the longitudinal axis of the spring 19.
  • This spring is preferably made of elastomer. It could be made of another elastic material, for example metallic.
  • This spring 19 is inserted into the crank shaft 16 by introducing the fingers 162 into the spaces 194 and the stud 165 into the hole 192.
  • the assembly formed by the crank shaft 16 and the spring 19 is then secured to the planet carrier 170 by introducing the extensions 1703 in the spaces 195.
  • crank shaft 16 is in a rest position in which the bases 163 are centered in the displacement zones 1702. It then occupies a median position in the satellite carrier. It can rotate about its longitudinal axis relative to the planet carrier on either side of this median position of equilibrium or rest until the side surfaces 165 'of the fingers 162 and bases 163 come into contact with the side surfaces 1710 of the bosses 1701. In this embodiment, this movement is limited to 15 ° on either side of the position 'balanced. This value could of course be different (more or less). Alternatively, this movement limit may not result from the implementation of mechanical stops as in the present embodiment, but only the compression limit of the spring.
  • a rod 20 extends in the axis of the crank shaft 16 and is secured in rotation. Its end carries a splined tip 23 rotatably connected to it.
  • the solar shaft 174 is rotatably connected to a transmission shaft 21.
  • the transmission shaft 21 is traversed at its center by a bore 210.
  • the lower end of the transmission shaft 21 is rotatably connected to a transmission joint 22 by means of a fluted portion 211.
  • the transmission joint 22 comprises a first corrugated internal bore 221 of complementary shape of the corrugated portion 211, and a second corrugated internal bore 220. It is guided in rotation in a housing formed in one end 132 of the frame 13 by means of roller bearings. balls 23 '.
  • the rod 20 extends in the axis of the crank shaft 16 passing inside the bore 1730 of the solar 173, in the bore 210 of the transmission shaft 21 until its splined end 23 extends inside the grooved inner bore 220 of the transmission joint 22.
  • the gearbox 18 connects the epicyclic gear 17 to the doll 14.
  • it is a conventional two-speed gearbox with engagement by reversing the direction of rotation of the crank shaft 16, and equipped with a speed-controlled clutch according to the tension exerted in the end wrapped around the headstock 14.
  • the clutch engages the solar 173 or the carrier satellites 170 with the input of the gearbox 18. This gives a four-speed transmission:
  • the clutch engages the solar 173 with the input of the gearbox 18: two fast speeds are thus obtained, one being more the other, according to the direction of rotation of the crank shaft 16;
  • the clutch engages the planet carrier 170 directly with the input of the gearbox 18: two more slow and high torque speeds are thus obtained; one being slower than the other, depending on the direction of rotation of the crank shaft 16.
  • the crank shaft is in direct contact with the input of the gearbox via the planet carrier so that the epicyclic gear is shunted in the direction crank shaft - gearbox.
  • the assistance box 12 houses an electric motor 120 equipped with a rotor 1200 and an external stator provided with coils 1201. In this embodiment, it is a brushless motor.
  • the axis of rotation of the rotor 1200 is coincident with the axis of rotation of the doll 14, that of the crank shaft, the planet carrier, the solar, the transmission shaft, the rod, and the seal transmission.
  • the rotor is traversed at its center by a hole 1202.
  • the rotor 1200 carries a permanent magnet 122 which is offset laterally from its axis of rotation.
  • the assistance box 12 houses a transmission connector 123.
  • This transmission connector 123 is rotatably connected to the rotor 1200 and extends in the axis thereof. It comprises an upper end which extends outside the assistance box 12. This end has a grooved outer contour 1230 of complementary shape to the grooved inner bore 220 of the transmission joint 22.
  • the transmission connector 123 houses a magnet holder 124 which is rotatably mounted thereon.
  • the upper end of the magnet carrier 24 comprises a corrugated inner bore 1240 of complementary shape of the splined endpiece 23 integral with the rod 20.
  • the lower end of the magnet holder 124 extends through the hole 1202 formed through the rotor 1200 and carries a permanent magnet 125.
  • the upper part of the assistance box 12 has a centering housing 1210 of complementary shape to the end 132 of the frame 13 housing the transmission joint 22.
  • This centering housing 1210 extends in the axis of the rotor 1200.
  • the assistance box 12 houses a first electronic card 126 'carrying a first hall effect sensor system 1261 placed opposite the magnet 125 integral with the magnet door 124.
  • This hall effect sensor system may comprise a single sensor. Of course, the implementation of several sensors makes it possible to determine more quickly the direction of rotation and the angle of rotation of the crank shaft, and to make their measurement more reliable.
  • It houses a second electronic card 126 which carries a second hall effect sensor system 1262.
  • This second system comprises several hall effect sensors arranged in the form of a ring whose contour follows the path of the magnet 122 carried by the rotor 1200 at the center of which is disposed the first system 1261.
  • This hall effect sensor system may comprise a single sensor. Of course, the implementation of several sensors makes it possible to more quickly determine the direction of rotation and the angle of rotation of the rotor of the motor, and make their measurement more reliable.
  • the second electronic card 126 to which the motor is connected, carries connectors 1290 to which can be connected power supply son 1291 connected to a source of electric current such as a battery.
  • the first 126 'and second 126 electronic cards actually form a single electronic card whose part 126' is shifted upwards.
  • the assistance box 12 houses a processing or control unit 127, mounted on the electronic card 126, which is connected to the first and second hall effect sensor systems 1261, 1262.
  • the processing unit 127 is connected to a connector 128 to which can be connected an external plug 1280 connected to a computer to program the processing unit.
  • the processing unit 127 comprises a random access memory 1271 (for example a RAM memory), a processor 1272, and is controlled by a computer program stored in a read-only memory 1273 (for example a ROM or a Hard disk).
  • a computer program stored in a read-only memory 1273 (for example a ROM or a Hard disk).
  • the code instructions of the computer program are for example loaded into the RAM 1271 before being executed by the processor 1272 of the processing unit 127.
  • the processor 1272 of the processing unit 127 pilot the power supply of the electric motor.
  • FIG. 6 illustrates only one of a number of possible ways to provide a processing unit 127 for carrying out the steps of the detailed assistance method further (in any of the various embodiments, or in a combination of these embodiments). Indeed, these steps can be performed indifferently on a reprogrammable calculation machine (a PC computer, a DSP processor or a microcontroller) executing a program comprising a sequence of instructions, or on a dedicated computing machine (for example a set of logical gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module).
  • a reprogrammable calculation machine a PC computer, a DSP processor or a microcontroller
  • a program comprising a sequence of instructions
  • a dedicated computing machine for example a set of logical gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module.
  • the processing unit is made with a reprogrammable calculation machine
  • the corresponding program (that is to say the instruction sequence) can be stored in a removable storage medium (such as for example a floppy disk, a CD-ROM or a DVD-ROM) or not, this storage medium being readable partially or totally by a computer or a processor.
  • the processing unit 127 is programmed to control the power supply of the motor based on an analysis of the signals delivered by the first and second hall sensor systems.
  • the processing unit 127 is programmed to: collect the delivered signals, under the effect of the rotation of the magnet 125 rotatably connected to the rod 20, and under the effect of the rotation of the magnet 122 rotatably connected to the rotor 1200, by the first and second hall effect sensor systems;
  • the angular offset between the crank shaft and the rotor is proportional to the angular offset between the crank shaft and the planet carrier because the planet carrier and the rotor are connected via the epicyclic gear train, the solar being rotatably connected to the planet. rotor.
  • the angular offset between the crank shaft and the planet carrier and the angular offset between the crank shaft and the rotor are representative of the compression level of the spring between the crank shaft and the planet carrier.
  • This angular offset is proportional to the effort deployed by a team member on the crank to rotate the doll. It is possible to draw experimentally, for a given stiffness spring, a curve illustrating the torque variation exerted by an operator on the crank as a function of the angular offset between the crank shaft and the planet carrier. Such an illustrative curve is shown in Figure 15 for a given stiffness spring.
  • the rotation frequency and the angular position of the rotor are higher than those of the planet carrier by a number of times equal to the transmission ratio of the epicyclic gear, in the occurrence 5 times considering that the epicyclic gear has a multiplier ratio here equal to 5.
  • the values recorded in the processing unit for regulating the power supply of the motor correspond to the offset between the crank shaft and the planet carrier.
  • the angular position of the planet carrier is identical to that of the rotor.
  • the calculation of the angular offset between the crank shaft and the planet carrier can thus be obtained directly from the angular position of the rotor measured by the second hall effect sensor system.
  • the angular position of the rotor measured by the second hall effect sensor system will therefore be divided by the transmission ratio of the epicyclic gear train to obtain the position of the planet carrier and the angular offset between it. ci and the crank shaft.
  • a negative angular position of the crank shaft results from a rotation of the crank shaft clockwise and a positive angular position of the crank shaft results from a rotation of the crank shaft counterclockwise.
  • a negative angular position of the rotor results from a rotation of the rotor clockwise and a positive angular position of the rotor results from a rotation of the rotor counterclockwise.
  • the predetermined angular offset threshold is set at 5 ° when the crank shaft rotates counterclockwise and at -5 ° when the crank shaft rotates clockwise.
  • the threshold value at 5 ° or -5 ° is given for illustrative purposes. It will be fixed according to the effort that it is desired to be applied to the crank by the operator before starting the engine and according to the elastic stiffness of the spring. As mentioned above, it is possible to plot experimentally, for a given stiffness spring, a curve illustrating the torque variation exerted by an operator on the crank as a function of the angular offset between the crank shaft and the planet carrier. On the purely illustrative curve of FIG. 15, an offset of +/- 5 ° of the crank shaft relative to the planet carrier is equivalent to the development by the crew member of a torque of 8 Nm.
  • a delay condition corresponding to the reaching of the angular offset threshold value during a predetermined triggering threshold duration for example between 0.1 and 2 seconds, will have to be achieved. in a variant, it is furthermore completed so that the assistance is activated.
  • a predetermined triggering threshold duration for example between 0.1 and 2 seconds.
  • an operator applies on the crank a sufficient effort to cause a displacement of the crank shaft relative to the planet carrier to achieve an offset angular equal to the tripping threshold, it will still be necessary that this trigger angular offset threshold is maintained for a sufficient duration.
  • This makes it possible to activate the assistance only when one is certain of the effective intention of the teammate to train in movement the winch. This prevents untimely departure of the assistance when the operator does not actually want to maneuver the winch but only moved the crank involuntarily.
  • the processing unit 127 is programmed to regulate the power supply of the motor after the activation of the driving assistance according to the angular position difference of the rotor, or the planet carrier, and the crank shaft, and function of the direction of rotation of the crank shaft.
  • the engine power is such that it is rotated in the direction assisting the operator.
  • the rotor and the crank shaft being connected via the epicyclic gear train, the direction of rotation of the rotor is identical to that of the crank shaft.
  • crank shaft Measuring a negative angular position of the crank shaft corresponds to a rotation of the crank shaft clockwise and a positive angular position of the crank shaft corresponds to a rotation of the crank shaft counterclockwise. This convention could of course be reversed. Thus, if the direction of rotation detected of the crank shaft is hourly, the motor will be powered to turn clockwise, and vice versa.
  • the regulation of the power supply of the motor can operate according to two variants, namely according to a so-called proportional servo-type variant and according to a so-called continuation servo-type variant.
  • the power supply of the motor is such that:
  • a ' the angular offset between the crank shaft and the planet carrier in °
  • the power supply of the motor is such that:
  • a ' the angular offset between the crank shaft and the planet carrier in °
  • the direction coefficient and the ordinate at the origin of these curves are given for illustrative purposes. They will be determined experimentally according to the characteristics of the motor (ratio between the delivered torque and the electric supply intensity), the elastic stiffness of the spring and the level of the percentage of assistance that one wishes to bring to the operator .
  • the application of a proportional-type servo-control means that the effort deployed by the crew member and that deployed by the motor to drive the doll in motion varies linearly according to the angular difference between the crank shaft and the satellite gate.
  • the percentage is not constant and varies according to this angular offset to reach in this example at most 80%, that is to say that 80% of the total effort developed by the engine and the operator to drive the doll is developed by the engine .
  • the power supply of the engine may for example follow the following function:
  • a ' the angular offset between the crank shaft and the planet carrier in °
  • the power supply of the engine may for example follow the following function:
  • a ' the angular offset between the crank shaft and the planet carrier in °
  • the coefficients a, b, c and d of these curves are given for illustrative purposes. They will be determined experimentally according to the characteristics of the motor (ratio between the delivered torque and the electrical supply intensity), the elastic stiffness of the spring and the percentage of assistance that it is desired to bring to the operator.
  • the application of a tracking servo means that the effort deployed by the crew member and that deployed by the motor to drive the doll in motion varies in a non-linear manner but rather asymptotic for example, at least on a first portion, depending on the angular difference between the crank shaft and the satellite gate.
  • the percentage is not constant and varies according to this angular offset to reach in this example at most 80%, that is to say that 80% of the total effort developed by the engine and by the operator for train the doll is developed by the engine. In this case, the percentage of maximum assistance is reached much faster than in the case of the proportional type servo-control.
  • the assistance is designed so that the engine is always a follower and not a leader, that is to say, so that it is always the teammate who drives the doll in movement and that the engine only assists the teammate without ever the result.
  • the crewman generates the angle difference, the motor only reducing or canceling the said angle difference to the threshold (here +5 to -5 °) where the engine stops .
  • the processing unit is programmed to supply the motor so that the angular offset is as small as possible without the rotor protruding beyond the crank shaft to the near transmission ratio between the rotor and the crank shaft.
  • the angular offset measured which corresponds to the compression level of the spring between the crank shaft and the planet carrier, is (to avoid confusion between the servo modes) a function of the torque deployed by the operator to rotate the doll.
  • the programmed assistance curve will therefore be determined in such a way that the power supply to the motor is such that the torque it delivers is always a function of the torque deployed by the operator to the transmission ratio of the epicyclic gear near.
  • the engine torque may be greater than the torque deployed by the operator.
  • the engine torque can represent 80% of the overall torque (the overall torque being equal to the sum of the torque deployed by the engine and the torque deployed by the operator).
  • the assistance curve (here a programmed equation of the line) can be obtained experimentally, by determining for a plurality of angular offset values between the crank shaft and the planet carrier, or the rotor, corresponding each at a torque level provided by the crew member, the corresponding value of the power supply intensity of the engine taking into account the level of assistance that is desired and the multiplication ratio of the epicyclic gear.
  • tracking servo mode seeks the cancellation of the angle difference observed between the crank shaft and the planet carrier.
  • the "asymptote" type equation observed in this so-called tracking mode is the result of this search for canceling said angle difference, a search produced in a successive loop.
  • the illustrative power curves mentioned herein represent the variation of the power supply current of the motor as a function of the value of the angular offset between the crank shaft and the planet carrier. This therefore requires the processing unit to divide the angular position of the rotor by the multiplication ratio of the epicyclic gear as the motor rotates to know the angular position of the satellite carrier and the angular offset between it and the crank shaft so to regulate the motor supply.
  • the assistance curves could represent the variation of the power supply intensity of the motor as a function of the value of the angular offset between the crank shaft and the rotor. The processing unit can then directly exploit the measurement of the rotation angle of the rotor.
  • the processing unit is programmed to stop the motor, if the angular offset returns in the range between -5 ° and 5 °, while the assistance is engaged.
  • a hole allowing the passage of the end 132 of the frame 13 is pierced in the bridge at the location where it is desired to install the winch.
  • the winch portion 11 is secured to the bridge by inserting the end 132 into the previously drilled holes and applying the support surface 130 against the outer face of the bridge. The winch portion 11 is then secured to the bridge for example by means of screws or bolts.
  • the assistance box 12 is put in place.
  • the splined end 1230 of the transmission connector 123 is introduced into the grooved inner bore 220 of the transmission joint 22 (they can move relative to each other along the longitudinal axis of the winch to cooperate with each other. together).
  • This has the effect of placing the splined endpiece 23 integral with the rod 20 in the grooved inner bore 1240 of the magnet holder 124 (they can move relative to each other along the longitudinal axis of the winch to cooperate together).
  • the end 132 of the frame is housed in the centering housing 1210 of the assistance box 12.
  • the assistance box 12 is then secured to the end 132 of the frame and / or the bridge for example by means of screws or bolts before being closed hermetically.
  • the assist box is then connected to an electrical power source by means of the cables 1291 and connectors 1290.
  • crank shaft is at a standstill
  • crank shaft is in its rest position in which it occupies a median position relative to the planet carrier.
  • step 150 When an operator actuates the crank connected to the crank shaft in order to rotate the doll (step 150), the crank shaft rotates relative to the planet carrier, which is stationary, against the effect of the spring .
  • the processing unit 27 implements, in real time:
  • step 153 for determining the direction of rotation and a step 154 for determining the angular position of the rod, that is to say the crank shaft 16 connected to it in rotation, from the signals delivered by the first hall effect sensor system 1261;
  • step 155 for determining the direction of rotation and a step 156 for determining the angular position of the rotor from the signals delivered by the second hall effect sensor system 1262;
  • a step 163 of triggering the assistance to drive the doll when the angular position deviation reaches a predetermined threshold or exceeds the limits of a predetermined threshold value range step 159.
  • step 160 When the angular position deviation does not reach the predetermined threshold or remains within a predetermined threshold value range (step 160), and the assistance is not already engaged (step 161), the assistance is not engaged (step 162).
  • the processing unit can furthermore implement a step 159 'measuring the time elapsed since reaching this threshold value, a step of comparing this duration with a predetermined triggering threshold duration so as to trigger the assistance (step 163) only when this threshold duration is reached (step 159 ") or not to engage the assistance (step 162) when this triggering threshold time is not reached (step 159 "').
  • the processing unit 27 supplies the motor so that it rotates in a direction helping the rotation of the crank shaft, in this case in the same direction as this one.
  • the processing unit also regulates the motor supply (control step 164). For this, it continues to implement in real time: the steps 151 to 155 for collecting the signals delivered, under the effect of the rotation of the magnet 125 rotatably connected to the rod 20, by the first sensor system hall effect;
  • step 157 in which it calculates the angular position difference between the crank shaft and the planet carrier.
  • a step 166 of supplying the motor with the electric intensity thus determined a step 166 of supplying the motor with the electric intensity thus determined.
  • the power supply intensity of the engine is thus changed in real time, throughout the maneuver of the winch by a teammate, depending on the offset between the crank shaft and the planet carrier.
  • the teammate can reverse the direction of rotation of the crank to change gears.
  • the processing unit reverses the direction of rotation of the motor at each reversal of the direction of rotation of the crank.
  • the direction of rotation of the crank is detected according to the sign the angular position of the crank shaft. In this example, by convention a negative angular position corresponds to a clockwise direction while a positive angular position corresponds to a counterclockwise direction of rotation.
  • step 167 If, while the assistance is engaged, the angular offset falls below the trigger threshold value (steps 160, 161), then the processing unit stops the motor (step 167).
  • the winch works manually even if no electric assistance is produced.
  • the rotor and the crank shaft can be directly connected by a partially floating connection in rotation without epicyclic train.
  • the measurement of the angular position of the rotor is used directly both when the rotor is stationary and when it is rotating, and the data recorded in the processing unit correspond to a variation of the feeding intensity.
  • electric motor according to the offset between the rotor and the crank shaft.
  • an electric assist method for rotating the doll of a winch comprises at least one step 200 of controlling the electric motor of the winch taking into account at least a part of information representative of the angular position of the crank shaft, and secondly at least one information representative of the angular position of the rotor of the engine.
  • Such a method may include:
  • Such a method may include:
  • the engine used for assistance may be a hydraulic motor rather than an electric motor.
  • a winch according to the invention provides many advantages among which include in particular the following.
  • Such a winch whose assistance provides only part of the effort required to rotate the doll, allows the crew to maneuver to perceive the emotions inherent in the actuation of a winch .
  • the teammate thus retains the perception of the tension in the end wrapped around the doll as well as the control of the drive speed of the doll
  • Such a winch provides very reliable assistance and just without risk that the engine becomes leading during the maneuver.
  • Such reliability results in particular from the fact that all the electronic components are deported in a sealed housing placed inside the boat sheltered from the weather. Only the winch part, containing only mechanical components, is exposed to the weather.
  • the automatic implementation of the assistance as well as that of the multiplier train makes it possible to save time for the maneuver.
  • the implementation of the epicyclic gear multiplier can significantly reduce the size of the engine and make the winch particularly compact compared to a motorized winch according to the prior art.
  • the epicyclic gear train has a multiplier transmission ratio in the solar crank-well direction and a divider transmission ratio in the solar-crank shaft direction.
  • the torque transmitted to the crank shaft by the epicyclic gear is equal to the torque delivered by the motor multiplied by the multiplication ratio of the epicyclic gear.
  • a winch according to the invention may be equipped with an engine of about 200 watts to produce an effect substantially equivalent to an electric winch according to the prior art with an engine of about 700 to 2 000 watts.
  • a winch according to the invention is particularly economical since the low dimensioning of the motor makes it possible to reduce the section and therefore the cost of the electrical wiring.
  • the power consumption of the winch is also very reduced. This is particularly interesting when the winch is powered by a battery allowing to increase the autonomy.
  • a winch according to the invention is very light.
  • a winch according to the invention is very easy to install. It is also very easy to maintain, access to the helper box from inside the boat is particularly easy.
  • this helmet can easily be replaced by another without replacing the entire winch.
  • This assistance box can also be replaced by a box containing a more powerful engine when needed by keeping the winch winch part.

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Abstract

La présente invention concerne un cabestan (10) comprenant un bâti (13), une poupée (14), et un puits de manivelle (16) d'entraînement en rotation de ladite poupée (14) par rapport audit bâti (13). Selon l'invention, ledit cabestan (10) comprend des moyens d'assistance à l'entrainement en rotation de ladite poupée (14), lesdits moyens d'assistance comprenant un moteur (120) apte à fournir une partie de l'effort requis pour entrainer en rotation ladite poupée (14), et des moyens de contrôle dudit moteur (120) tenant compte d'une part d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle (16), et d'autre part d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor (1200) dudit moteur (120).

Description

Cabestan à assistance motorisée
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication des cabestans (winch en langue anglaise), par exemple destinés à être solidarisés à un voilier pour mettre en tension un bout solidaire d'une voile.
L'invention concerne plus particulièrement une technique d'assistance motorisée d'un cabestan.
2. Art antérieur
Les winchs sont couramment mis en œuvre sur les voiliers pour permettre aux membres d'équipage de mettre en tension les bouts reliés aux voiles.
Un winch comprend classiquement un bâti logeant un puits de manivelle relié par une boîte de vitesses à une poupée montée mobile en rotation autour du bâti, autour de laquelle est destiné à être enroulé un bout. Une mise en rotation du puits de manivelle s'accompagne d'une mise en rotation de la poupée.
II existe deux grandes catégories de cabestans, à savoir les cabestans manuels et les cabestans motorisés.
La poupée des cabestans manuels est mise en rotation pour enrouler un bout uniquement par action manuelle d'un équipier sur la manivelle d'actionnement.
La poupée des cabestans motorisés est mise en rotation pour enrouler un bout soit manuellement comme dans le cas d'un cabestan manuel soit de manière totalement motorisée lorsque l'équipier actionne un bouton de commande prévu à cet effet.
Le cabestan motorisé présente l'avantage de permettre de se substituer à l'équipier pour exécuter l'enroulement d'un bout, l'équipier ayant seulement à actionner des boutons poussoirs pour activer et désactiver l'action motorisée.
Le cabestan motorisé notamment électrique présente toutefois quelques inconvénients.
Les winchs électriques, dont la transmission est similaire à celle des winchs manuels, sont très lents. Pour contourner cette difficulté, l'équipier peut décomposer son mouvement en deux temps, à savoir procéder, à faible charge, à l'enroulement manuel plus rapide, puis passer en mode motorisé ensuite en actionnant pour cela des boutons poussoirs. Cette action en deux temps induit une perte de temps qui n'est pas souhaitée.
Les winchs de l'art antérieur on l'inconvénient, lorsqu'ils sont sous charge, et que le mode motorisé est activé, d'interdire de passer en mode manuel sans avoir déconnecté préalablement le moteur de la transmission du winch.
En effet, la déconnexion mécanique du moteur du reste de la transmission du winch est obtenue par l'enfoncement de la manivelle dans le puits de manivelle, ceci ayant pour effet de déplacer mécaniquement la liaison moteur. Toutefois cette opération est interdite tant que le winch est sous charge. Il faut dans ce cas attendre que la charge soit nulle pour débrayer le moteur.
Aussi, il est interdit de compléter manuellement l'enroulement d'un bout si l'enroulement motorisé a été insuffisant. Ceci constitue un défaut majeur dans l'art de régler les voiles.
Les moteurs des winchs électriques présentent encore l'inconvénient d'être peu compacts dans la mesure où ils mettent en œuvre des moteurs électriques de taille importante pour être en mesure de délivrer le couple nécessaire à l'enroulement d'un bout fortement sollicité. Toutefois, ces moteurs sont positionnés parfois dans les zones habitables des embarcations, et peuvent ainsi réduire cet espace et rendre délicat et dangereux le déplacement des personnes.
Les winchs électriques de l'art antérieur ont une forte consommation, ce qui a pour effet de réduire l'usage du winch dans la mesure où les batteries embarquées sur les embarcations pour les alimenter en courant électrique ont des capacités de stockage d'énergie limitées.
En outre, les winchs électriques ne permettent pas à l'équipier, lorsqu'ils sont mis en œuvre pour procéder à un enroulement motorisé, de conserver le plaisir d'actionner la manivelle car l'action d'un winch électrique est commandée à partir de boutons poussoirs.
Enfin, avec les winchs de l'art antérieur, la transmission de l'information de marche ou d'arrêt du moteur est une transmission filaire externe au winch ou interne, ce qui présente le défaut de présenter des fils électriques et des boutons poussoirs au niveau du pont et par conséquent exposés au milieu salin, ce qui est bien évidemment un inconvénient en terme de durée de vie, le milieu salin étant particulièrement agressif. 3. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif d'apporter une solution efficace à au moins certains de ces différents problèmes.
En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l'invention est de fournir un winch qui permet d'assister l'équipier dans son action d'entraînement en rotation de la poupée du winch.
Notamment, l'invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel winch qui permette à l'équipier de conserver le plaisir d'actionner la manivelle quand bien même la rotation de la poupée du winch est motorisée.
Un autre objectif de l'invention est de fournir à l'opérateur la capacité d'une action très rapide et très confortable
Un autre objectif de l'invention est, dans au moins un mode de réalisation, de fournir un tel winch qui permet de basculer en mode manuel, sous charge, sans avoir à déconnecter la motorisation permettant ainsi de compléter manuellement l'action d'enroulement du cordage.
Un autre objectif de l'invention est, dans au moins un mode de réalisation, de réduire au moins par 5 la puissance des moteurs.
Un autre objectif de l'invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel winch qui soit compact notamment pour réduire son impact ou sa nuisance dans l'espace habitable.
L'invention a notamment pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, de réduire la consommation électrique.
Un autre objectif de l'invention est de procurer un tel winch qui soit, dans au moins un mode de réalisation, particulièrement fiable et/ou simple de conception et/ou économique.
Un autre objectif de L'invention est de permettre, dans au moins un mode de réalisation, une transmission d'au moins une information de commande du moteur selon un mode non filaire.
4. Présentation de l'invention
Pour ceci, l'invention propose un cabestan comprenant un bâti, une poupée, et un puits de manivelle d'entraînement en rotation de ladite poupée par rapport audit bâti. Selon l'invention, ledit cabestan comprend des moyens d'assistance à l'entraînement en rotation de ladite poupée, lesdits moyens d'assistance comprenant un moteur apte à fournir une partie de l'effort requis pour entrainer en rotation ladite poupée, et des moyens de contrôle dudit moteur tenant compte d'une part d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle, et d'autre part d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor dudit moteur.
Ainsi, l'invention repose sur une approche originale qui consiste à contrôler le moteur d'assistance d'un winch en fonction de la position du puits de manivelle et de la position angulaire du rotor du moteur.
Une telle approche permet de piloter de manière efficace l'assistance d'un winch de façon à optimiser le confort d'utilisation d'un winch de manière fiable.
Selon une variante possible, ledit rotor et ledit puits de manivelle sont liés en rotation, ledit cabestan comprenant des moyens de désaccouplement en rotation dudit puits de manivelle et dudit rotor sur une plage angulaire limitée de part et d'autre d'une position de repos dudit puits de manivelle, lesdits moyens d'assistance comprenant des moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle, des moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit rotor et des moyens d'alimentation dudit moteur en fonction d'un décalage de position angulaire entre ledit rotor et ledit puits de manivelle.
Le fait de désaccoupler le puits de manivelle du rotor sur une plage angulaire donnée autour d'une position de repos du puits de manivelle permet, lorsqu'un équipier actionne le puits de manivelle pour entrainer en rotation la poupée, de générer un décalage angulaire entre la position du puits de manivelle et celle du rotor. Un tel décalage angulaire permet d'optimiser nettement le pilotage de l'assistance du winch en améliorant sa fiabilité.
Selon une variante possible, ledit puits de manivelle et ledit rotor sont désaccouplés contre l'effet de moyens de rappel élastique. Le montage flottant sous rappel élastique du puits de manivelle constitue un capteur de couple mécanique. En effet, il est possible, pour un moyen de rappel élastique donné, de déterminer expérimentalement la variation du couple nécessaire au déplacement du puits de manivelle par rapport au rotor en fonction de la variation du décalage angulaire, la variation de position angulaire étant proportionnelle à la compression du moyen de rappel qui est elle-même proportionnel au couple nécessaire au déplacement relatif du puits de manivelle par rapport au rotor. Cette information peut ainsi être obtenue de manière exclusivement mécanique, et non électrique et/ou électronique pour être utilisé dans le pilotage de l'assistance. Ceci permet d'améliorer considérablement la fiabilité et la robustesse du winch dans la mesure où un capteur de ce type est très peu sensible voir insensible à l'environnement salin et humide dans lequel se trouve classiquement un winch.
Selon une variante possible, lesdits moyens de contrôle comprennent des moyens d'alimentation dudit moteur en fonction dudit décalage de position angulaire lorsque ledit décalage de position angulaire atteint une valeur seuil de déclenchement prédéterminée ou se situe en dehors d'un intervalle seuil prédéterminé, et des moyens d'arrêt dudit moteur lorsque ledit décalage de position angulaire n'atteint pas ladite valeur seuil ou se situe à l'intérieur dudit intervalle.
L'assistance est ainsi déclenchée et maintenue tant que le décalage se situe dans une plage de valeurs prédéterminée et est inhibée en dehors de cette plage de valeurs.
Selon une variante possible, lesdits moyens d'assistance sont configurés pour alimenter ledit moteur de sorte qu'il transmette à ladite poupée un couple compris entre 5% et 95 % du couple global à transmettre à ladite poupée, ledit couple global étant égal au couple transmis à ladite poupée par ledit moteur et par l'opérateur.
L'opérateur ne fournit alors qu'entre 5% et 95% du couple total nécessaire à l'entraînement de la poupée. Selon une variante possible, lesdits moyens de contrôle sont configurés pour alimenter ledit moteur de telle sorte que le décalage angulaire entre ledit rotor et ledit puits de manivelle soit le plus faible possible sans que ledit rotor dépasse ledit puits de manivelle, au rapport de transmission près entre ledit rotor et ledit puits de manivelle.
De cette manière, le moteur d'assistance n'est jamais totalement menant mais l'opérateur accompagne toujours le déplacement de la poupée.
Selon une variante possible, lesdits moyens de contrôle tiennent compte d'une fonction polynomiale de troisième degré prédéterminée exprimant l'intensité d'alimentation dudit moteur en fonction dudit décalage de position angulaire.
Dans ce cas, le pourcentage d'assistance maximal sera atteint très rapidement après le début de l'activation de l'assistance, et ne sera pas proportionnelle au décalage angulaire entre le puis de manivelle et le rotor.
Selon une variante possible, lesdits moyens de contrôle tiennent compte d'une fonction polynomiale de premier degré prédéterminée exprimant l'intensité d'alimentation dudit moteur en fonction dudit décalage de position angulaire.
Dans ce cas, le pourcentage d'assistance maximal sera atteint moins rapidement après le début de l'activation de l'assistance, et sera proportionnelle au décalage angulaire entre le puis de manivelle et le rotor.
Selon une variante possible, un cabestan selon l'invention comprend une transmission reliant ledit puits de manivelle et ledit rotor à ladite poupée, ladite transmission comprenant une boîte de vitesse et un train épicycloïdal multiplicateur comprenant un solaire, un porte satellite et au moins un satellite, ledit puits de manivelle étant solidaire en rotation dudit porte-satellites et l'entrée de ladite boîte de vitesse étant reliée audit porte-satellites ou audit solaire, ledit rotor étant lié en rotation audit solaire.
La mise en œuvre d'un tel train épicycloïdal permet :
- de réduire de manière considérable la taille du moteur et de rendre le winch particulièrement compact comparativement à un winch motorisé selon l'art antérieur ce qui peut permettre d'augmenter l'habitabilité d'une embarcation. En effet, le train épicycloïdal à un rapport de transmission multiplicateur dans le sens puits de manivelle-solaire et un rapport de transmission diviseur dans la sens solaire-puits de manivelle. Ainsi, puisque le rotor est lié au solaire, le couple transmis au puits de manivelle par le train épicycloïdal est égal au couple délivré par le moteur multiplié par le rapport de multiplication du train épicycloïdal. A titre d'exemple, un winch selon l'invention pourra être équipé d'un moteur d'environ 200 watts pour produire un effet sensiblement équivalent à un winch électrique selon l'art antérieur doté d'un moteur d'environ 700 à 2 000 watts,
de disposer d'une vitesse d' « embraquement » rapide pour permettre à un équipier d'initier la mise en rotation de la poupée selon une vitesse rapide pour tendre un bout rapidement en début de mise en tension : on obtient ainsi un gain de temps à la manœuvre.
Selon une variante possible, ledit puits de manivelle est monté rotationnellement flottant par rapport audit porte satellites sur une plage angulaire aux limites de laquelle ledit puits de manivelle et ledit porte satellites sont liés en rotation.
Ceci est une manière de générer un décalage de position angulaire entre le puits de manivelle et le rotor puisque le rotor est solidaire en rotation du solaire du train épicycloïdal pour optimiser nettement le pilotage de l'assistance du winch en améliorant sa fiabilité.
Selon une variante possible, ledit puits de manivelle est monté flottant par rapport audit porte satellites contre l'effet de moyens de rappel élastique.
On obtient ainsi un capteur de couple mécanique simple, efficace et particulièrement fiable et robuste.
Selon une variante possible, lesdits moyens de contrôle comprennent des moyens de détermination du décalage angulaire entre ledit puits de manivelle et ledit porte-satellites, et des moyens d'alimentation dudit moteur en fonction dudit décalage de position angulaire lorsque ledit décalage de position angulaire atteint une valeur seuil de déclenchement prédéterminée ou se situe en dehors d'un intervalle seuil prédéterminé, et des moyens d'arrêt dudit moteur lorsque ledit décalage de position angulaire n'atteint pas ladite valeur seuil ou se situe à l'intérieur dudit intervalle.
L'assistance est ainsi déclenchée et maintenue tant que le décalage se situe dans une plage de valeurs prédéterminée et est inhibée en dehors de cette plage de valeurs.
Selon une variante possible, un cabestan selon l'invention comprend des moyens de transmission mécanique, auxdits moyens d'assistance, de la position angulaire dudit puits de manivelle.
Ainsi, l'information relative à la position angulaire du puits de manivelle, qui dans certains cas est une information représentative du couple appliqué par un équipier sur le puits de manivelle, est transmise mécaniquement et non par un mode électronique, électrique, optique, radio, ou magnétique. Cette information est ainsi transmise selon un mode de transmission simple, fiable et robuste en particulier très peu sensible aux conditions dans lesquelles se trouve classiquement un winch (air salin, humidité). On augmente ainsi la robustesse et la fiabilité du winch.
Selon une variante possible, lesdits moyens de transmission mécanique comprennent une tige liée en rotation audit puits de manivelle s'étendant dans l'axe de rotation de ladite poupée, lesdits moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle comprenant des moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire de ladite tige.
Cette architecture mécanique très simple permet de transmettre de manière efficace l'information sur la position du puits de manivelle aux moyens d'assistance.
Selon une variante possible, lesdits moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle comprennent un aimant lié en rotation à ladite tige et au moins un capteur à effet hall. Selon une variante possible, lesdits moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit rotor comprennent un aimant lié en rotation audit rotor et au moins un capteur à effet hall.
Les capteurs à effet hall sont fiables et efficaces et permettent de déterminer la position et/ou la vitesse du puits de manivelle et du rotor de manière simple.
Pour déterminer la vitesse et/ou la position respectivement du puits de manivelle et la position du rotor, un seul capteur pourra être mis en œuvre. Toutefois, l'utilisation de plusieurs capteurs permettra d'augmenter la vitesse d'obtention de ces informations, ainsi fiabiliser celle-ci.
Dans le cas de la détermination de la vitesse et/ou de la position du rotor, quatre capteurs seront préférentiellement utilisés.
Selon une variante possible, ladite tige s'étend au-delà de la surface de contact dudit bâti avec son support.
Selon une variante possible, un cabestan selon l'invention comprend un boîtier d'assistance étanche logeant lesdits moyens d'assistance, un espace étant ménagé entre ledit bâti et ledit boitier de contrôle de telle sorte que ledit boitier de contrôle se trouve du côté intérieur du pont d'un bateau et le bâti se trouve du côté extérieur dudit pont lorsque ledit cabestan est solidarisé audit pont.
Le boîtier de contrôle, qui renferme les composants électroniques et électriques du winch, peut ainsi être placé à l'intérieur de l'embarcation équipée du winch selon l'invention, et ainsi être placé dans un endroit abrité.
Selon des variantes possibles, ledit moteur est un moteur électrique ou un moteur hydraulique.
L'invention concerne également un procédé d'assistance à l'entraînement en rotation de la poupée d'un cabestan selon l'une quelconque des variantes exposées ci-avant, ledit procédé comprenant au moins une étape de contrôle dudit moteur tenant compte d'une part d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle, et d'autre part d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor dudit moteur.
Selon une variante possible, ledit procédé comprenant au moins :
une étape de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle,
une étape de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor,
une étape de détermination d'un décalage de position angulaire entre ledit rotor et ledit puits de manivelle, et
- une étape d'alimentation dudit moteur en fonction dudit décalage de position angulaire.
Selon une variante possible, le procédé comprend au moins :
une étape de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle,
- une étape de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor,
une étape de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit porte satellites,
une étape de détermination d'un décalage de position angulaire entre ledit rotor et ledit porte satellite, et
une étape d'alimentation dudit moteur en fonction dudit décalage de position angulaire.
Selon une variante possible, ledit puits de manivelle est entraîné à vide par rapport audit rotor et à ladite poupée sur une portion angulaire limitée depuis sa position de repos puis en prise avec ledit rotor et ladite poupée au delà de ladite portion angulaire limitée.
Selon une variante possible, un procédé selon l'invention comprend :
une étape d'alimentation dudit moteur en fonction dudit décalage de position angulaire lorsque ledit décalage de position angulaire atteint une valeur seuil de déclenchement prédéterminée ou se trouve en dehors d'un intervalle prédéterminé, et
une étape d'arrêt dudit moteur lorsque ledit décalage de position angulaire n'atteint pas ladite valeur seuil ou se trouve à l'intérieur dudit intervalle prédéterminé.
Selon une variante possible, un procédé selon l'invention comprend une étape de contrôle de ladite alimentation dudit moteur, en fonction dudit décalage de position angulaire, pour alimenter ledit moteur de telle sorte que ledit décalage angulaire soit le plus faible possible sans que ledit rotor dépasse ledit puits de manivelle au rapport de transmission près entre ledit rotor et ledit puits de manivelle.
5. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
la figure 1 illustre une vue en perspective d'un winch selon l'invention ; la figure 2 illustre une vue de dessous en perspective de la partie de treuil du winch de la figure 1 ;
la figure 3 illustre une vue en coupe du winch de la figure 2 selon un plan passant par l'axe longitudinal du winch ;
les figures 4 et 5 illustrent respectivement des vues en perspective d'un puits de manivelle d'un winch selon l'invention, et de son assemblage avec un ressort ;
la figure 6 illustre schématiquement une unité de contrôle d'un winch selon l'invention ;
la figure 7 illustre une vue éclatée de l'assemblage d'un puits de manivelle, d'un ressort et d'un porte-satellites d'un winch selon l'invention ;
la figure 8 illustre une vue partielle de la figure 3 ;
les figures 9, 10 et 11 illustrent respectivement une vue en perspective, une vue en coupe selon un plan passant par son axe longitudinal et une vue partielle d'un boîtier d'assistance d'un winch selon l'invention ;
la figure 12 illustre une vue en coupe du winch de la figure 1 selon un plan passant par son axe longitudinal ;
les figures 13 et 13bis illustrent un principe d'asservissement dit proportionnel ;
les figures 14 et 14bis illustrent un principe d'asservissement dit poursuite ; la figure 15 illustre une courbe du couple déployé par un opérateur pour entraîner en rotation la poupée d'un winch selon l'invention en fonction du décalage de position angulaire entre le puits de manivelle et le porte- satellites ;
- les figures 16 à 19 illustrent des logigrammes de différentes variantes d'un procédé d'assistance à l'entraînement d'un winch selon l'invention.
6. Description de modes de réalisation particuliers
6.1. Architecture
On présente en relation avec les figures 1 à 14, un exemple de cabestan, ou winch, à assistance électrique selon l'invention.
Dans la suite de la description, le bas du winch désignera le côté de celui-ci destiné à être solidarisé à un support, alors que le haut du winch désignera la partie opposée du winch.
Un tel winch 10 comprend une partie de treuil 11 et un boîtier d'assistance 12.
La partie de treuil 11 correspond essentiellement, ainsi que cela ressortira plus clairement par la suite, à un winch manuel tel que celui décrit dans le document WO-A1-2015/097198. Elle comprend notamment un bâti 13 sur lequel est montée mobile en rotation une poupée 14.
Un bout, dont une extrémité est reliée à une voile du voilier, peut être enroulé autour de la poupée 14.
Cette partie de treuil 11 comprend classiquement un dispositif d'emprisonnement réversible 15 d'une extrémité du bout devant être enroulé autour de la poupée 14.
Le bâti 13 est destiné à être solidarisé par exemple sur le pont d'un voilier. Il comprend une surface de support 130 destinée à venir au contact du support comme la face extérieure du pont d'une embarcation, c'est-à-dire la face de celui-ci soumise aux intempéries. Cette surface de support 130 est traversée par des trous 131 permettant le passage de vis pour assurer la solidarisation de la partie de treuil 11 au support.
Le boîtier d'assistance 12 loge l'ensemble des composants électriques et/ou électroniques mis en œuvre pour assurer l'assistance à l'entraînement en rotation de la poupée 14, comme il sera décrit plus en détail par la suite. Il forme une enceinte étanche.
Le boîtier d'assistance 12 comprend une surface de support 121 destinée à venir au contact du support comme la face intérieure du pont d'une embarcation, c'est-à-dire la face de celui-ci non soumises aux intempéries.
Un espace E est ménagé entre la surface de support 130 du bâti 13 et la surface de support 121 du boîtier d'assistance 12 de sorte que le support, en particulier le pont d'une embarcation, puisse être interposé entre le la surface de support 130 et la surface de support 121 Lorsque le winch est solidarisé au pont d'une embarcation, la partie de treuil 11 se trouve alors à l'extérieur de l'embarcation alors que le boîtier d'assistance 12 se trouve à l'intérieur de l'embarcation.
La partie de treuil 11 et le boîtier d'assistance 12 sont désolidarisables l'un de l'autre.
La partie de treuil 11 comprend un puits de manivelle 16 destiné à coopérer avec une manivelle d'actionnement du winch. Pour cela, il comprend classiquement un logement cannelé 161 de forme complémentaire de l'embout d'une manivelle.
Le puits de manivelle 16 est relié à la poupée 14 au moyen d'une transmission de sorte qu'une rotation du puits de manivelle engendre une rotation de la poupée 14 autour du bâti 13.
La transmission du winch comprend un train épicycloïdal multiplicateur 17 accouplé à une boîte de vitesses 18.
Le train épicycloïdal multiplicateur 17 comprend un porte satellites 170 sur lequel sont montés mobiles en rotation autour d'axes 171 une pluralité de satellites 172, ainsi qu'un solaire 173 qui engrène avec les satellites 172. Le solaire 173 est solidaire en rotation d'un arbre solaire 174 et est traversé par un alésage 1730. Dans ce mode de réalisation, le rapport de transmission du train épicycloïdal est égal à 5 de sorte que la vitesse de rotation du solaire est cinq fois plus élevée que celle du porte satellites ou du puits de manivelle qui y est lié en rotation. La valeur de ce rapport de transmission pourrait être différent (inférieur ou supérieur). Il sera toutefois choisi de sorte que le train épicycloïdal soit toujours multiplicateur entre la vitesse du puits de manivelle (et donc celle du porte-satellites) et la vitesse du solaire.
Le puits de manivelle 16 comprend un corps 160 dans la partie supérieure duquel est ménagé le logement 161 pour l'extrémité d'une manivelle. Ce corps 161 est prolongé en partie inférieure par trois doigts 162 répartis de manière uniforme autour de l'axe longitudinal du puits de manivelle. Chacun de ces doigts 162 comprend une embase 163 et une échancrure intérieure 164'. Chaque doigt 162 est séparé du doigt 162 suivant par une lumière 164. Le corps 161 est également prolongé en partie inférieure par un plot 165 de section cylindrique qui s'étend dans l'axe du puits de manivelle 16.
Le porte-satellites 170 comprend une platine supérieure 1700 sur laquelle sont ménagés trois bossages 1701 répartis de manière uniforme autour de l'axe longitudinal du porte satellites. Ces bossages 1701 définissent des zones de déplacement 1702 pour les embases 163 du puits de manivelle 16. Chaque bossage 1701 est surmonté d'une extension 1703. La platine supérieure 1700 est traversée en son centre par un perçage 1704 dont le contour périphérique définit un plot de centrage 1709 à la surface de la platine supérieure 1700.
Le porte-satellites comprend une platine inférieure 1705.
Le porte-satellites comprend une paroi latérale 1707 qui relie les platines inférieure 1705 et supérieure 1700. Cette paroi latérale est traversée par trois passages 1708.
La platine inférieure 1705 et la platine supérieure 1700 sont traversées par des trous deux-à-deux concentriques 1706 permettant le passage d'axes autour desquels les satellites sont montés mobiles en rotation en étant logés dans les passages 1708.
Le puits de manivelle 16 est solidarisé de manière mobile en rotation sur une plage angulaire limitée par rapport au porte-satellites 170. Pour cela, le puits de manivelle 16 et le porte-satellites 170 sont interconnectés en positionnant les doigts 162 entre les extensions 1703 de sorte que le plot de centrage 1709 se trouve logé dans l'espace délimité par les échancrures intérieures 164' et que la surface inférieure 1630 des embases 163 se trouve contre la surface supérieure des zones de déplacement 1702.
Le puits de manivelle 16 peut alors tourner par rapport au porte satellites 170 autour de leurs axes longitudinaux qui se trouvent confondus. Ce déplacement en rotation se trouve limité, dans un sens et dans l'autre, par les surfaces latérales 165' des doigts 162 et embases 163 qui viennent en butée contre les surfaces latérales 1710 des bossages 1701.
La liaison partiellement libre en rotation entre le puits de manivelle et le porte satellites est élastique. Pour cela, un ressort élastique 19 est interposé entre le puits de manivelle et le porte-satellites. Ce ressort 19 comprend un anneau central 191, traversé par un alésage 192, et autour duquel sont répartis des cannelures 193. Dans ce mode de réalisation, les cannelures sont au nombre de six. Ces cannelures 193 définissent trois espaces 194 sensiblement de la largeur des doigts 162 répartis uniformément autour de l'axe longitudinal du ressort 19, et trois espaces 195 sensiblement de la largeur des extensions 1703 répartis uniformément autour de l'axe longitudinal du ressort 19. Ce ressort est réalisé préférentiellement en élastomère. Il pourrait être réalisé dans un autre matériau élastique par exemple métallique.
Ce ressort 19 est inséré dans le puits de manivelle 16 en introduisant les doigts 162 dans les espaces 194 puis le plot 165 dans le trou 192. L'ensemble formé par le puits de manivelle 16 et le ressort 19 est ensuite solidarisé au porte-satellites 170 en introduisant les extensions 1703 dans le espaces 195.
Sans contrainte, le puits de manivelle 16 se trouve dans une position de repos dans laquelle les embases 163 se trouvent centrés dans les zones de déplacement 1702. Il occupe alors une position médiane dans le porte satellites. Il peut tourner autour de son axe longitudinal par rapport au porte- satellites de part et d'autre de cette position médiane d'équilibre ou de repos jusqu'à ce que les surfaces latérales 165' des doigts 162 et embases 163 viennent au contact des surfaces latérales 1710 des bossages 1701. Dans ce mode de réalisation, ce déplacement est limité à 15° de part et d'autre de la position d'équilibre. Cette valeur pourrait bien entendu être différente (plus ou moins grande). Dans une variante, cette limite de déplacement pourrait ne pas résulter de la mise en œuvre de butées mécaniques comme dans le présent mode de réalisation, mais seulement de la limite de compression du ressort.
Une tige 20 s'étend dans l'axe du puits de manivelle 16 et y est solidarisée en rotation. Son extrémité porte un embout cannelé 23 lié en rotation à elle.
L'arbre solaire 174 est lié en rotation à un arbre de transmission 21. L'arbre de transmission 21 est traversé en son centre par un alésage 210.
L'extrémité inférieure de l'arbre de transmission 21 est liée en rotation à un joint de transmission 22 au moyen d'une portion cannelée 211.
Le joint de transmission 22 comprend un premier alésage intérieur cannelé 221 de forme complémentaire de la portion cannelée 211, et un deuxième alésage intérieur cannelé 220. Il est guidé en rotation dans un logement ménagé dans une extrémité 132 du bâti 13 au moyen de roulements à billes 23'.
La tige 20 s'étend dans l'axe du puits de manivelle 16 en passant à l'intérieur de l'alésage 1730 du solaire 173, dans l'alésage 210 de l'arbre de transmission 21 jusqu'à ce que son embout cannelé 23 s'étend à l'intérieur de l'alésage intérieur cannelé 220 du joint de transmission 22.
La boîte de vitesse 18 relie le train épicycloïdal 17 à la poupée 14. Dans ce mode de réalisation, il s'agit d'une boite de vitesse classique à deux rapports à enclenchement par inversion du sens de rotation du puits de manivelle 16, et dotée d'un embrayage à présélection de vitesse en fonction de la tension exercée dans le bout enroulé autour de la poupée 14. Selon le niveau de tension dans le bout, l'embrayage met en prise le solaire 173 ou le porte- satellites 170 avec l'entrée de la boîte de vitesse 18. On obtient ainsi une transmission à quatre vitesses :
tant que le niveau de tension dans le bout est inférieur à un seuil prédéterminé, l'embrayage met en prise le solaire 173 avec l'entrée de la boîte de vitesses 18 : on obtient ainsi deux vitesses rapides, l'une l'étant plus que l'autre, selon le sens de rotation du puits de manivelle 16 ;
lorsque le niveau de tension dans le bout dépasse le seuil prédéterminé, l'embrayage met en prise le porte-satellites 170 directement avec l'entrée de la boîte de vitesses 18 : on obtient ainsi deux autres vitesses plus lentes et à fort couple, l'une étant plus lente que l'autre, selon le sens de rotation du puits de manivelle 16. Dans ce cas, le puits de manivelle est en prise directe avec l'entrée de la boîte de vitesses via le porte-satellites si bien que le train épicycloïdal est shunté dans le sens puits de manivelle - boîte de vitesse.
Une telle boîte de vitesses fait l'objet du document WO-A1-
2015/097198 et n'est en conséquence pas décrite plus en détail ici.
Le boîtier d'assistance 12 loge un moteur électrique 120 muni d'un rotor 1200 et d'un stator externe muni de bobines 1201. Il s'agit dans ce mode de réalisation d'un moteur brushless. L'axe de rotation du rotor 1200 est confondu avec l'axe de rotation de la poupée 14, celui du puits de manivelle, du porte- satellites, du solaire, de l'arbre de transmission, de la tige, et du joint de transmission. Le rotor est traversé en son centre par un trou 1202.
Le rotor 1200 porte un aimant permanent 122 qui est déporté latéralement de son axe de rotation.
Le boîtier d'assistance 12 loge un connecteur de transmission 123. Ce connecteur de transmission 123 est lié en rotation au rotor 1200 et s'étend dans l'axe de celui-ci. Il comprend une extrémité supérieure qui s'étire en dehors du boîtier d'assistance 12. Cette extrémité présente un contour extérieur cannelé 1230 de forme complémentaire de l'alésage intérieur cannelé 220 du joint de transmission 22. Le connecteur de transmission 123 loge un porte aimant 124 qui y est monté libre en rotation. L'extrémité supérieure du porte aimant 24 comprend un alésage intérieur cannelé 1240 de forme complémentaire de l'embout cannelé 23 solidaire de la tige 20. L'extrémité inférieure du porte aimant 124 s'étend à travers le trou 1202 ménagé à travers le rotor 1200 et porte un aimant permanant 125.
La partie supérieure du boîtier d'assistance 12 présente un logement de centrage 1210 de forme complémentaire de l'extrémité 132 du bâti 13 logeant le joint de transmission 22. Ce logement de centrage 1210 s'étend dans l'axe du rotor 1200.
Le boîtier d'assistance 12 loge une première carte électronique 126' portant un premier système de capteurs à effet hall 1261 placé en regard de l'aimant 125 solidaire du porte aimant 124. Ce système de capteurs à effet hall peut comprendre un unique capteur. Bien entendu, la mise en œuvre de plusieurs capteurs permet de déterminer plus rapidement le sens de rotation et l'angle de rotation du puits de manivelle, et de fiabiliser leur mesure. Il loge une deuxième carte électronique 126 qui porte un deuxième système de capteurs à effet hall 1262. Ce deuxième système comprend plusieurs capteurs à effet hall disposés sous la forme d'un anneau dont le contour suit la trajectoire de l'aimant 122 porté par le rotor 1200 au centre duquel est disposé le premier système 1261. Ce système de capteurs à effet hall peut comprendre un unique capteur. Bien entendu, la mise en œuvre de plusieurs capteurs permet de déterminer plus rapidement le sens de rotation et l'angle de rotation du rotor du moteur, et de fiabiliser leur mesure.
La deuxième carte électronique 126, à laquelle le moteur est relié, porte des connecteurs 1290 auxquels peuvent être reliés des fils d'alimentation électrique 1291 reliés à une source de courant électrique comme par exemple une batterie. Les première 126' et deuxième 126 cartes électroniques ne forment en réalité qu'une unique carte électronique dont la partie 126' est décalée vers le haut. Le boîtier d'assistance 12 loge une unité de traitement ou contrôle 127, montée sur la carte électronique 126, qui est reliée aux premier et deuxième systèmes de capteurs à effet hall 1261, 1262. L'unité de traitement 127 est reliée à un connecteur 128 auquel peut être reliée une fiche externe 1280 reliée à un ordinateur pour programmer l'unité de traitement.
De façon générale, l'unité de traitement 127 comprend une mémoire vive 1271 (par exemple une mémoire RAM), un processeur 1272, et est pilotée par un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire morte 1273 (par exemple une mémoire ROM ou un disque dur). A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire vive 1271 avant d'être exécutées par le processeur 1272 de l'unité de traitement 127. Le processeur 1272 de l'unité de traitement 127 pilote l'alimentation du moteur électrique.
La figure 6 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser une unité de traitement 127, afin qu'elle effectue les étapes du procédé d'assistance détaillé plus loin (dans l'un quelconque des différents modes de réalisation, ou dans une combinaison de ces modes de réalisation). En effet, ces étapes peuvent être réalisées indifféremment sur une machine de calcul reprogrammable (un ordinateur PC, un processeur DSP ou un microcontrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).
Dans le cas où l'unité de traitement est réalisée avec une machine de calcul reprogrammable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple une disquette, un CD-ROM ou un DVD-ROM) ou non, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur. L'unité de traitement 127 est programmée pour piloter l'alimentation électrique du moteur en fonction d'une analyse des signaux délivrés par les premier et deuxième systèmes de capteurs à effet hall.
Plus précisément, l'unité de traitement 127 est programmée pour : recueillir les signaux délivrés, sous l'effet de la rotation de l'aimant 125 lié en rotation à la tige 20, et sous l'effet de la rotation de l'aimant 122 lié en rotation au rotor 1200, par les premier et deuxième systèmes de capteurs à effet hall ;
déterminer le sens de rotation et la position angulaire de la tige, c'est-à-dire du puits de manivelle 16 qui y est lié en rotation, à partir des signaux délivrés par le premier système de capteurs à effet hall 1261 ;
déterminer le sens de rotation et la position angulaire du rotor à partir des signaux délivrés par le deuxième système de capteurs à effet hall 1262 ; calculer l'écart de position angulaire entre le puits de manivelle et le rotor du moteur ;
déclencher l'assistance à l'entraînement de la poupée lorsque l'écart de position angulaire atteint un seuil prédéterminé.
Ces opérations sont réalisées en temps réel.
Le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le rotor est proportionnel au décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte- satellites du fait que le porte-satellites et le rotor sont lié via le train épicycloïdal, le solaire étant lié en rotation au rotor.
Le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites et le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le rotor sont représentatifs du niveau de compression du ressort entre le puits de manivelle et le porte- satellites.
Ce décalage angulaire est proportionnel à l'effort déployé par un équipier sur la manivelle pour entraîner en rotation la poupée. Il est possible de tracer expérimentalement, pour un ressort de raideur donnée, une courbe illustrant la variation de couple exercé par un opérateur sur la manivelle en fonction du décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites. Une telle courbe illustrative est représentée à la figure 15 pour un ressort de raideur donnée.
Tant que le moteur n'est pas mis en route, c'est-à-dire que le rotor est immobile, la position angulaire du rotor et celle du porte satellites sont identiques, ceux-ci étant liés en rotation et immobiles.
Lorsque le moteur est mis en route et que le rotor tourne, la fréquence de rotation et la position angulaire du rotor sont plus élevées que celles du porte-satellites d'un nombre de fois égale au rapport de transmission du train épicycloïdal, en l'occurrence 5 fois compte tenu que le train épicycloïdal à un rapport multiplicateur ici égal à 5.
Dans le présent mode de réalisation, les valeurs enregistrées dans l'unité de traitement pour réguler l'alimentation du moteur correspondent au décalage entre le puits de manivelle et le porte-satellites.
Tant que le moteur n'est pas mis en route, la position angulaire du porte-satellites est identique à celle du rotor. Le calcul du décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites peut donc être obtenu directement à partir de la position angulaire du rotor mesurée par le deuxième système de capteurs à effet hall.
Après que le moteur est mis en route, la position angulaire du rotor mesurée par le deuxième système de capteurs à effet hall sera donc divisée par le rapport de transmission du train épicycloïdal pour obtenir la position du porte-satellites puis le décalage angulaire entre celui-ci et le puits de manivelle.
Par convention, une position angulaire négative du puits de manivelle découle d'une rotation du puits de manivelle en sens horaire et une position angulaire positive du puits de manivelle découle d'une rotation du puits de manivelle en sens antihoraire. De même, une position angulaire négative du rotor découle d'une rotation du rotor en sens horaire et une position angulaire positive du rotor découle d'une rotation du rotor en sens antihoraire. Cette convention pourrait bien entendu être inversée. Dans le présent mode de réalisation, le seuil prédéterminé de décalage angulaire est fixé à 5° lorsque le puits de manivelle tourne en sens antihoraire et à -5° lorsque le puits de manivelle tourne en sens horaire. En d'autre terme, en partant d'une situation où le winch n'est pas manœuvré, et le puits de manivelle se trouve à sa position d'équilibre par rapport au porte-satellites, et qu'un équipier commence à entraîner en rotation la manivelle dans un sens ou dans l'autre en vue d'entraîner en rotation la poupée, l'assistance ne commence pas avant que le décalage entre le puits de manivelle, qui est mobile, et porte-satellites lié au rotor, qui est immobile, n'atteint pas la valeur seuil de -5° ou de 5° selon le sens de rotation du puits de manivelle. Sur cette plage angulaire, appelée zone morte, l'alimentation électrique du moteur est donc nulle.
La valeur seuil à 5° ou -5° est donnée à titre illustratif. Elle sera fixée en fonction de l'effort que l'on souhaite voir appliqué sur la manivelle par l'opérateur avant le démarrage du moteur et en fonction de la raideur élastique du ressort. Comme mentionné plus haut, il est possible de tracer expérimentalement, pour un ressort de raideur donnée, une courbe illustrant la variation de couple exercé par un opérateur sur la manivelle en fonction du décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites. Sur la courbe purement illustrative de la figure 15, un décalage de +/- 5° du puits de manivelle par rapport au porte-satellites équivaut au développement par l'équipier d'un couple de 8 N.m..
A la condition d'atteinte de la valeur seuil de décalage angulaire de déclenchement, une condition de temporisation correspondant à l'atteinte de la valeur seuil de décalage angulaire pendant une durée seuil de déclenchement prédéterminée, par exemple compris entre 0.1 et 2 secondes, devra dans une variante être en outre remplie pour que l'assistance soit activée. Ainsi, il ne suffira pas, pour déclencher l'assistance, qu'un opérateur applique sur la manivelle un effort suffisant pour entraîner un déplacement du puits de manivelle par rapport au porte-satellites permettant d'atteindre un décalage angulaire égal au seuil de déclenchement, il faudra encore que ce seuil de décalage angulaire de déclenchement soit maintenu pendant une durée suffisante. Ceci permet de n'activer l'assistance que lorsque l'on est certain de l'intention effective de l'équipier d'entraîner en mouvement le winch. On évite ainsi les départs intempestifs de l'assistance lorsque l'opérateur ne souhaite en réalité pas manœuvrer le winch mais a seulement déplacé la manivelle involontairement.
Le déclenchement de l'assistance se traduit par une mise en route du moteur.
L'unité de traitement 127 est programmée pour réguler l'alimentation du moteur après le déclenchement de l'assistance à l'entraînement en fonction de la différence de positon angulaire du rotor, ou du porte-satellites, et du puits de manivelle et en fonction du sens de rotation du puits de manivelle.
L'alimentation du moteur est telle qu'il soit entraîné en rotation dans le sens aidant l'opérateur. Dans ce mode de réalisation, le rotor et le puits de manivelle étant reliés via le train épicycloïdal, le sens de rotation du rotor est identique à celui du puits de manivelle.
La mesure d'une position angulaire négative du puits de manivelle correspond à une rotation du puits de manivelle en sens horaire et d'une position angulaire positive du puits de manivelle correspond à une rotation du puits de manivelle en sens antihoraire. Cette convention pourrait bien entendu être inversée. Ainsi, si le sens de rotation détecté du puits de manivelle est horaire, le moteur sera alimenté pour tourner en sens horaire, et inversement.
La régulation de l'alimentation du moteur peut fonctionner selon deux variantes, à savoir selon une variante dite de type asservissement proportionnel et selon une variante dite de type asservissement poursuite.
Dans le cas d'un asservissement de type proportionnel, l'alimentation du moteur en fonction du décalage de position angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites, ou le rotor, suit une courbe prédéterminée de type polynôme du premier degré, c'est-à-dire de type y = ax + b. Dans l'exemple illustré à la figure 13, lorsque le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites est compris entre -5° et -15°, ce qui correspond à un décalage angulaire entre le puits de manivelle et le rotor compris entre -25° et -75° lorsque le rotor tourne compte tenu du rapport de multiplication du train épicycloïdal, et à une rotation en sens horaire du puits de manivelle, alors l'alimentation électrique du moteur est telle que :
la = - 2,5.A' - 12,5
avec
la : intensité électrique du moteur en Ampères
A' : le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites en °
Lorsque le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte- satellites est compris entre 5° et 15°, ce qui correspond à un décalage angulaire entre le puits de manivelle et le rotor compris entre 25° et 75° lorsque le rotor tourne compte tenu du rapport de multiplication du train épicycloïdal, et à une rotation en sens antihoraire du puits de manivelle, alors l'alimentation électrique du moteur est telle que :
la = 2,5.A' - 12,5
avec
la : intensité électrique du moteur en Ampères
A' : le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites en °
Le coefficient directeur et l'ordonnée à l'origine de ces courbes sont donnés à titre illustratifs. Ils seront déterminés expérimentalement en fonction des caractéristiques du moteur (rapport entre le couple délivré et l'intensité électrique d'alimentation), de la raideur élastique du ressort et du niveau du pourcentage d'assistance que l'on souhaite apporter à l'opérateur.
Ainsi que cela est visible à la figure 13bis, l'application d'un asservissement de type proportionnel conduit à ce que l'effort déployé par l'équipier et celui déployé par le moteur pour entraîner en mouvement la poupée varient de manière linéaire en fonction de l'écart angulaire entre le puits de manivelle et le porte satellites. Le pourcentage n'est pas constant et varie en fonction de ce décalage angulaire pour atteindre dans cette exemple au maximum 80%, c'est-à-dire que 80% de l'effort total développé par le moteur et par l'opérateur pour entraîner la poupée est développé par le moteur.
Dans le cas d'un asservissement de type poursuite, l'alimentation du moteur en fonction du décalage de position angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites, ou le rotor, suit une courbe prédéterminée de type polynôme du troisième degré, c'est-à-dire de type y = ax3 + bx2 + ex + d.
Dans l'exemple illustré à la figure 14, lorsque le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites est compris entre -5° et -15°, ce qui correspond à un décalage angulaire entre le puits de manivelle et le rotor compris entre -25° et -75° lorsque le rotor tourne compte tenu du rapport de multiplication du train épicycloïdal, et à une rotation en sens horaire du puits de manivelle, alors l'alimentation électrique du moteur pourra à titre d'exemple suivre la fonction suivante :
la = -0,006A'3 - 0,245A'2 - 9,1957A' -39,593
avec
la : intensité électrique du moteur en Ampères
A' : le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites en °
Lorsque le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte- satellites est compris entre 5° et 15°, ce qui correspond à un décalage angulaire entre le puits de manivelle et le rotor compris entre 25° et 75° lorsque le rotor tourne compte tenu du rapport de multiplication du train épicycloïdal, et à une rotation en sens antihoraire du puits de manivelle, alors l'alimentation électrique du moteur pourra à titre d'exemple suivre la fonction suivante :
la = -0,006A'3 - 0,245A'2 + 9,1957A' -39,593
avec
la : intensité électrique du moteur en Ampères
A' : le décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites en ° Les coefficients a, b, c et d de ces courbes sont donnés à titre illustratifs. Ils seront déterminés expérimentalement en fonction des caractéristiques du moteur (rapport entre le couple délivré et l'intensité électrique d'alimentation), de la raideur élastique du ressort et du pourcentage d'assistance que l'on souhaite apporter à l'opérateur.
Ainsi que cela est visible à la figure 14bis, l'application d'un asservissement de type poursuite conduit à ce que l'effort déployé par l'équipier et celui déployé par le moteur pour entraîner en mouvement la poupée varient de manière non linéaire mais plutôt asymptotique par exemple, au moins sur une première portion, en fonction de l'écart angulaire entre le puits de manivelle et le porte satellites. Le pourcentage n'est pas constant et varie en fonction de ce décalage angulaire pour atteindre dans cette exemple au maximum 80%, c'est-à-dire que 80% de l'effort total développé par le moteur et par l'opérateur pour entraîner la poupée est développé par le moteur. Dans ce cas, le pourcentage d'assistance maximale est atteint beaucoup plus rapidement que dans le cas de l'asservissement de type proportionnel.
L'assistance est conçue de sorte que le moteur soit toujours suiveur et non meneur, c'est-à-dire de sorte que ce soit toujours l'équipier qui entraine en mouvement la poupée et que le moteur assiste seulement l'équipier sans jamais l'entraîner. En d'autre terme, l'équipier génère l'écart d'angle, le moteur ne faisant que réduire ou annuler le dit écart d'angle jusqu'au seuil ( ici +5 à -5°) où le moteur s'arrête.
Pour cela, l'unité de traitement est programmée pour alimenter le moteur de telle sorte que le décalage angulaire soit le plus faible possible sans que le rotor dépasse le puits de manivelle au rapport de transmission près entre le rotor et le puits de manivelle.
Le décalage angulaire mesuré, qui correspond au niveau de compression du ressort entre le puits de manivelle et le porte-satellites, est (pour éviter la confusion entre les modes d'asservissement) fonction du couple déployé par l'opérateur pour entraîner en rotation la poupée. La courbe d'assistance programmée sera en conséquence déterminée de manière telle que l'alimentation du moteur soit telle que le couple qu'il délivre soit toujours fonction du couple déployé par l'opérateur au rapport de transmission du train épicycloïdal près. Le couple moteur peut être supérieur au couple déployé par l'opérateur. Le couple moteur peut représenter 80 % du couple global (le couple global étant égal à la somme du couple déployé par le moteur et du couple déployé par l'opérateur).
Ainsi, si pour une valeur donnée de décalage angulaire, par exemple un écart d'angle de 15°, entre le puits de manivelle et le porte-satellites correspond à un couple donné fourni par l'équipier, qu'il est souhaité un niveau d'assistance de 80% et que le rapport de transmission multiplicateur du train épicycloïdal est égale à 5, alors le moteur sera alimenté par un courant égal à 25 ampères en sorte qu'il développe un couple de sortie égal dans cet exemple à 8 N.m ((2,5xl5)-12,5 = 25A). Alors, si le couple moteur est de 8N.m, représentant 40N.m au niveau du support satellite compte tenu du rapport du train multiplicateur, et que celui-ci représente 80% du couple global (somme du couple déployé par le moteur et par l'opérateur) alors le couple produit par l'équipier sera de 10N. m (20%).
De façon générale, la courbe d'assistance (ici une équation de la droite) programmée pourra être obtenue expérimentalement , en déterminant pour une pluralité de valeurs de décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites, ou le rotor, correspondant chacune à un niveau de couple fourni par l'équipier, la valeur correspondante de l'intensité électrique d'alimentation du moteur en tenant compte du niveau d'assistance que l'on souhaite procurer et du rapport de multiplication du train épicycloïdal.
Dans le mode d'asservissement dit proportionnel, on ne cherche pas à réduire à zéro l'écart d'angle observé entre le puits de manivelle et le porte- satellites, mais à appliquer une proportionnalité selon une équation de type « droite linéaire » entre le décalage angulaire et l'effort développé pour entraîner la poupée.
Dans le mode d'asservissement dit de poursuite, on recherche l'annulation de l'écart d'angle observé entre le puits de manivelle et le porte- satellites. L'équation de type « asymptote » observée dans ce mode dit de poursuite est la résultante de cette recherche d'annulation du dit écart d'angle, recherche produite en boucle successive.
Les courbes illustratives d'assistances mentionnées dans le présent document représentent la variation de l'intensité d'alimentation électrique du moteur en fonction de la valeur du décalage angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites. Ceci impose donc à l'unité de traitement de diviser la position angulaire du rotor par le rapport de multiplication du train épicycloïdal lorsque le moteur tourne pour connaître la position angulaire du porte satellites et le décalage angulaire entre celui-ci et le puits de manivelle afin de réguler l'alimentation du moteur. Dans une variante, les courbes d'assistance pourraient représenter la variation de l'intensité d'alimentation électrique du moteur en fonction de la valeur du décalage angulaire entre le puits de manivelle et le rotor. L'unité de traitement pourra alors exploiter directement la mesure de l'angle de rotation du rotor.
L'unité de traitement est programmée pour arrêter le moteur, si le décalage angulaire revient dans la plage comprise entre -5° et 5°, alors que l'assistance est enclenchée.
6.2. Mise en œuvre
6.2.1. Installation
L'installation d'un winch selon l'invention sur le pont d'un bateau est obtenue de la manière suivante.
Un trou permettant le passage de l'extrémité 132 du bâti 13 est percé dans le pont à l'emplacement où l'on souhaite installer le winch.
La partie de treuil 11 est solidarisée au pont en introduisant l'extrémité 132 dans le trous préalablement percé et en appliquant la surface de support 130 contre la face extérieure du pont. La partie de treuil 11 est ensuite solidarisée au pont par exemple au moyen de vis ou de boulons.
De l'autre côté de la paroi du pont, le boîtier d'assistance 12 est mis en place. Pour cela, on introduit l'extrémité cannelée 1230 du connecteur de transmission 123 dans l'alésage intérieur cannelé 220 du joint de transmission 22 (ils peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre suivant l'axe longitudinal du winch pour coopérer ensemble). Ceci a pour effet de placer l'embout cannelé 23 solidaire de la tige 20 dans l'alésage intérieur cannelé 1240 du porte aimant 124 (ils peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre suivant l'axe longitudinal du winch pour coopérer ensemble). L'extrémité 132 du bâti se trouve logée dans le logement de centrage 1210 du boîtier d'assistance 12.
Le boîtier d'assistance 12 est ensuite solidarisé à l'extrémité 132 d bâti et/ou au pont par exemple au moyen de vis ou de boulons avant d'être refermé de manière hermétique.
Le boîtier d'assistance est ensuite relié à une source d'alimentation en courant électrique au moyen des câbles 1291 et connecteurs 1290.
Il peut être relié à un ordinateur via le connecteur 1280 pour procédé à la programmation du winch à moins qu'elle n'ait été réalisée préalablement.
6.2.2. Fonctionnement
Le fonctionnement d'un winch selon l'invention est expliqué en partant d'une situation dans laquelle le winch n'est pas manœuvré :
le puits de manivelle est à l'arrêt ;
le rotor du moteur est à l'arrêt ;
le puits de manivelle se trouve dans sa position de repos dans laquelle il occupe une position médiane par rapport au porte-satellites.
Lorsqu'un opérateur actionne la manivelle reliée au puits de manivelle afin d'entraîner en rotation la poupée (étape 150), le puits de manivelle se déplace en rotation par rapport au porte-satellites, qui est immobile, contre l'effet du ressort. Dès qu'un opérateur actionne la manivelle reliée au puits de manivelle afin d'entraîner en rotation la poupée, l'unité de traitement 27 met en œuvre, en temps réel :
une étape 151 de recueil des signaux délivrés, sous l'effet de la rotation de l'aimant 125 lié en rotation à la tige 20, par le premier système de capteurs à effet hall ;
une étape 152 de recueil des signaux délivrés, sous l'effet de la rotation de l'aimant 122 lié en rotation au rotor 1200, par le deuxième système de capteurs à effet hall ;
une étape 153 de détermination du sens de rotation et une étape 154 de détermination de la position angulaire de la tige, c'est-à-dire du puits de manivelle 16 qui y est lié en rotation, à partir des signaux délivrés par le premier système de capteurs à effet hall 1261 ;
une étape 155 de détermination du sens de rotation et une étape 156 de détermination de la position angulaire du rotor à partir des signaux délivrés par le deuxième système de capteurs à effet hall 1262 ;
une étape 157 de calcul de l'écart de position angulaire entre le puits de manivelle et le rotor du moteur ou le porte-satellites ;
une étape 158 de comparaison de l'écart angulaire préalablement calculé avec un seuil prédéterminé ou les bornes d'un intervalle de valeur seuil prédéterminé ;
une étape 163 de déclenchement de l'assistance à l'entraînement de la poupée lorsque l'écart de position angulaire atteint un seuil prédéterminé ou dépasse les bornes d'un intervalle de valeur seuil prédéterminé (étape 159).
Lorsque l'écart de position angulaire n'atteint pas le seuil prédéterminé ou reste dans les bornes d'un intervalle de valeur seuil prédéterminé (étape 160), et que l'assistance n'est pas déjà enclenchée (étape 161), l'assistance n'est pas enclenchée (étape 162).
Après que l'unité de traitement a détecté l'atteinte par le décalage angulaire de la valeur seuil de déclenchement, l'unité de traitement peut en outre mettre en œuvre une étape 159' de mesure du temps écoulé depuis l'atteinte de cette valeur seuil, une étape de comparaison de cette durée avec une durée de seuil de déclenchement prédéterminée de sorte à déclencher l'assistance (étape 163) que lorsque que cette durée de seuil de déclenchement est atteinte (étape 159") ou à ne pas enclencher l'assistance (étape 162) lorsque cette durée seuil de déclenchement n'est pas atteinte (étape 159"').
Dès lors que l'assistance est déclenchée, l'unité de traitement 27 alimente le moteur de sorte qu'il tourne dans un sens aidant la rotation du puits de manivelle, en l'occurrence dans le même sens que celui-ci.
L'unité de traitement régule également l'alimentation du moteur (étape de régulation 164). Pour cela, elle continue de mettre en œuvre en temps réel : les étapes 151 à 155 de recueil des signaux délivrés, sous l'effet de la rotation de l'aimant 125 lié en rotation à la tige 20, par le premier système de capteurs à effet hall ;
l'étape 157 au cours de laquelle elle calcule l'écart de position angulaire entre le puits de manivelle et le porte-satellites.
Elle met également en œuvre :
une étape 165 de détermination de la tension d'alimentation électrique du moteur à partir de la courbe enregistrée dans sa mémoire (ou d'un tableau de valeurs correspondant à cette courbe) ;
- une étape 166 d'alimentation du moteur avec l'intensité électrique ainsi déterminée.
L'intensité électrique d'alimentation du moteur est ainsi modifiée en temps réel, tout au long de la manœuvre du winch par un équipier, en fonction du décalage entre le puits de manivelle et le porte-satellites. Plus ce décalage est important, ce qui traduit que l'opérateur force pour entraîner en rotation la poupée, plus l'intensité électrique d'alimentation du moteur est important pour compenser l'effort de l'équipier, et inversement.
Au cours de la manœuvre du winch, l'équipier peut inverser le sens de rotation de la manivelle pour changer de vitesse. L'unité de traitement inverse le sens de rotation du moteur à chaque inversion du sens de rotation de la manivelle. Le sens de rotation de la manivelle est détecté en fonction du signe de la position angulaire du puits de manivelle. Dans le présent exemple, par convention une position angulaire négative correspond à un sens de rotation horaire alors qu'une position angulaire positive correspond à un sens de rotation antihoraire.
Si, pendant que l'assistance est enclenchée, le décalage angulaire repasse en dessous de la valeur seuil de déclenchement (étapes 160, 161), alors l'unité de traitement stoppe le moteur (étape 167).
Le winch fonctionne manuellement quand bien même aucune assistance électrique n'est produite.
Seul le rendement du winch, dans le fonctionnement manuel, est dégradé entre autre par les frottements inhérents aux systèmes d'étanchéité et par l'inertie du rotor.
6.3. Variante
Dans une variante, le rotor et le puits de manivelle peuvent être reliés directement par une liaison partiellement flottante en rotation sans train épicycloïdal.
Dans ce cas, la mesure de la position angulaire du rotor est exploitée directement tant lorsque le rotor est immobile que lorsqu'il est en rotation, et les données enregistrées dans l'unité de traitement correspondent à une variation de l'intensité d'alimentation électrique du moteur en fonction du décalage entre le rotor et le puits de manivelle.
De façon générale, un procédé d'assistance électrique à l'entraînement en rotation de la poupée d'un winch selon l'invention comprend au moins une étape 200 de contrôle du moteur électrique du winch tenant compte d'une part d'au moins une information représentative de la position angulaire du puits de manivelle, et d'autre part d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor du moteur.
Un tel procédé peut comprendre :
une étape 201 de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle,
une étape 202 de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit rotor,
une étape 203 de détermination d'un décalage de position angulaire entre ledit rotor et ledit puits de manivelle, et
une étape 2000 d'alimentation électrique dudit moteur en fonction dudit décalage de position angulaire.
Un tel procédé peut comprendre :
une étape d'alimentation électrique dudit moteur en fonction dudit décalage de position angulaire lorsque ledit décalage de position angulaire atteint une valeur seuil de déclenchement prédéterminée, et
- une étape 2001 d'arrêt dudit moteur lorsque ledit décalage de position angulaire devient nul.
Dans une variante, le moteur mis en œuvre pour l'assistance pourra être un moteur hydraulique plutôt qu'un moteur électrique.
6.4. Avantages
Un winch selon l'invention procure de nombreux avantages au rang desquels figurent notamment les suivants.
Un tel winch, dont l'assistance ne fournit qu'une partie de l'effort nécessaire à l'entraînement en rotation de la poupée, permet à l'équipier à la manœuvre de percevoir les émotions inhérentes à l'actionnement d'un winch. L'équipier conserve ainsi la perception de la tension dans le bout enroulée autour de la poupée ainsi que la maîtrise de la vitesse d'entraînement de la poupée
Un tel winch procure une assistance très fiable et juste sans risque que le moteur devienne menant au cours de la manœuvre. Une telle fiabilité résulte notamment du fait que l'ensemble des composants électroniques est déporté dans un boîtier hermétique placé à l'intérieur de l'embarcation à l'abri des intempéries. Seule la partie de treuil, contenant uniquement des composants mécaniques, se trouve exposée aux intempéries.
La mise en œuvre automatique de l'assistance ainsi que celle du train multiplicateur permet de procurer des gains de temps à la manœuvre. La mise en œuvre du train épicycloïdal multiplicateur permet de réduire de manière considérable la taille du moteur et de rendre le winch particulièrement compact comparativement à un winch motorisé selon l'art antérieur. En effet, le train épicycloïdal à un rapport de transmission multiplicateur dans le sens puits de manivelle-solaire et un rapport de transmission diviseur dans la sens solaire-puits de manivelle. Ainsi, puisque le rotor est lié au solaire, le couple transmis au puits de manivelle par le train épicycloïdal est égal au couple délivré par le moteur multiplié par le rapport de multiplication du train épicycloïdal. A titre d'exemple, un winch selon l'invention pourra être équipé d'un moteur d'environ 200 watts pour produire un effet sensiblement équivalent à un winch électrique selon l'art antérieur doté d'un moteur d'environ 700 à 2 000 watts.
Un winch selon l'invention est particulièrement économique puisque le faible dimensionnement du moteur permet de réduire la section et donc le coût du câblage électrique.
En outre, la consommation électrique du winch est également très réduite. Ce qui est particulièrement intéressant lorsque le winch est alimenté par une batterie en permettant d'augmenter l'autonomie.
Du fait du faible dimensionnement du moteur, un winch selon l'invention est très léger.
Un winch selon l'invention est très facile à installer. Il est également très facile à entretenir, l'accès au boîtier d'assistance depuis l'intérieur de l'embarcation est particulièrement aisé.
En cas d'avarie, ce boîtier d'assistance peut-être facilement remplacé par un autre sans remplacer l'ensemble du winch. Ce boîtier d'assistance peut également être remplacé par un boîtier contenant un moteur plus puissant en cas de besoin en conservant la partie de treuil du winch.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cabestan (10) comprenant un bâti (13), une poupée (14), et un puits de manivelle (16) d'entraînement en rotation de ladite poupée (14) par rapport audit bâti (13),
caractérisé en ce que ledit cabestan (10) comprend des moyens d'assistance à l'entraînement en rotation de ladite poupée (14), lesdits moyens d'assistance comprenant un moteur (120) apte à fournir une partie de l'effort requis pour entrainer en rotation ladite poupée (14), et des moyens de contrôle dudit moteur (120) tenant compte d'une part d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle (16), et d'autre part d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor (1200) dudit moteur (120).
2. Cabestan (10) selon la revendication 1, dans lequel ledit rotor (1200) et ledit puits de manivelle (16) sont liés en rotation, ledit cabestan (10) comprenant des moyens de désaccouplement en rotation dudit puits de manivelle (16) et dudit rotor (1200) sur une plage angulaire limitée de part et d'autre d'une position de repos dudit puits de manivelle (16), lesdits moyens d'assistance comprenant des moyens de mesure (125, 1261) d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle (16), des moyens de mesure (122, 1262) d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit rotor (1200) et des moyens d'alimentation dudit moteur (120) en fonction d'un décalage de position angulaire entre ledit rotor (1200) et ledit puits de manivelle (16).
3. Cabestan (10) selon la revendication 2 dans lequel ledit puits de manivelle (16) et ledit rotor (1200) sont désaccouplés contre l'effet de moyens de rappel élastique (19).
4. Cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel lesdits moyens de contrôle comprennent des moyens d'alimentation dudit moteur (120) en fonction dudit décalage de position angulaire lorsque ledit décalage de position angulaire atteint une valeur seuil de déclenchement prédéterminée ou se situe en dehors d'un intervalle seuil prédéterminé, et des moyens d'arrêt dudit moteur (120) lorsque ledit décalage de position angulaire n'atteint pas ladite valeur seuil ou se situe à l'intérieur dudit intervalle.
5. Cabestan (10) selon la revendication 4 dans lequel lesdits moyens d'assistance sont configurés pour alimenter ledit moteur (120) de sorte qu'il transmette à ladite poupée (14) un couple compris entre 5 et 95 % du couple global à transmettre à ladite poupée (14), ledit couple global étant étal au couple transmis à ladite poupée (14) par ledit moteur (120) et par l'opérateur.
6. Cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel lesdits moyens de contrôle sont configurés pour alimenter ledit moteur
(120) de telle sorte que le décalage angulaire entre ledit rotor (1200) et ledit puits de manivelle (16) soit le plus faible possible sans que ledit rotor (1200) dépasse ledit puits de manivelle (16), au rapport de transmission près entre ledit rotor (1200) et ledit puits de manivelle (16).
7. Cabestan (10) selon la revendication 6 dans lequel lesdits moyens de contrôle tiennent compte d'une fonction polynomiale de troisième degré prédéterminée exprimant l'intensité d'alimentation dudit moteur (120) en fonction dudit décalage de position angulaire.
8. Cabestan (10) selon la revendication 6 dans lequel lesdits moyens de contrôle tiennent compte d'une fonction polynomiale de premier degré prédéterminée exprimant l'intensité d'alimentation dudit moteur (120) en fonction dudit décalage de position angulaire.
9. Cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une transmission reliant ledit puits de manivelle (16) et ledit rotor (1200) à ladite poupée (14), ladite transmission comprenant une boîte de vitesse (18) et un train épicycloïdal multiplicateur (17) comprenant un solaire (173), un porte satellite (170) et au moins un satellite (172), ledit puits de manivelle (16) étant solidaire en rotation dudit porte-satellites (170) et l'entrée de ladite boîte de vitesse (18) étant reliée audit porte-satellites (170) ou audit solaire (173), ledit rotor (1200) étant lié en rotation audit solaire (173).
10. Cabestan (10) selon les revendications 2 et 9 dans lequel ledit puits de manivelle (16) est monté rotationnellement flottant par rapport audit porte satellites (170) sur une plage angulaire aux limites de laquelle ledit puits de manivelle (16) et ledit porte satellites (170) sont liés en rotation.
11. Cabestan (10) selon les revendications 4 et 10 dans lequel ledit puits de manivelle (16) est monté flottant par rapport audit porte satellites (170) contre l'effet de moyens de rappel élastique (19).
12. Cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 dans lequel lesdits moyens de contrôle comprennent des moyens de détermination du décalage angulaire entre ledit puits de manivelle (16) et ledit porte-satellites (170), et des moyens d'alimentation dudit moteur (120) en fonction dudit décalage de position angulaire lorsque ledit décalage de position angulaire atteint une valeur seuil de déclenchement prédéterminée ou se situe en dehors d'un intervalle seuil prédéterminé, et des moyens d'arrêt dudit moteur (120) lorsque ledit décalage de position angulaire n'atteint pas ladite valeur seuil ou se situe à l'intérieur dudit intervalle.
13. Cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 comprenant des moyens de transmission mécanique (20), auxdits moyens d'assistance, de la position angulaire dudit puits de manivelle (16).
14. Cabestan (10) selon les revendications 2 et 13 dans lequel lesdits moyens de transmission mécanique comprennent une tige (20) liée en rotation audit puits de manivelle (16) s'étendant dans l'axe de rotation de ladite poupée (14), lesdits moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle (16) comprenant des moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire de ladite tige (20).
15. Cabestan (10) selon la revendication 14 dans lequel lesdits moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle (16) comprennent un aimant lié en rotation à ladite tige (20) et au moins un capteur à effet hall (1261).
16. Cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 15 dans lequel lesdits moyens de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit rotor (1200) comprennent un aimant (122) lié en rotation audit rotor (1200) et au moins un capteur à effet hall (1262).
17. Cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 14 à 16 dans lequel ladite tige (20) s'étend au-delà de la surface de contact dudit bâti (13) avec son support.
18. Cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 comprenant un boîtier d'assistance (12) étanche logeant lesdits moyens d'assistance, un espace (E) étant ménagé entre ledit bâti (13) et ledit boitier de contrôle (12) de telle sorte que ledit boitier de contrôle (12) se trouve du côté intérieur du pont d'un bateau et le bâti (13) se trouve du côté extérieur dudit pont lorsque ledit cabestan (10) est solidarisé audit pont.
19. Cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 dans lequel ledit moteur (120) est un moteur électrique ou un moteur hydraulique.
20. Procédé d'assistance à l'entraînement en rotation de la poupée (14) d'un cabestan (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, ledit procédé comprenant au moins une étape (200) de contrôle dudit moteur (120) tenant compte d'une part d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle (16), et d'autre part d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor (1200) dudit moteur (120).
21. Procédé selon revendication 20, ledit procédé comprenant au moins : une étape (201) de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle (16),
- une étape (202) de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor (1200),
une étape (203) de détermination d'un décalage de position angulaire entre ledit rotor (1200) et ledit puits de manivelle (16), et
une étape (2000) d'alimentation dudit moteur (120) en fonction dudit décalage de position angulaire.
22. Procédé selon la revendication 20 comprenant au moins :
une étape (151) de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit puits de manivelle (16),
- une étape (152) de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire du rotor (1200),
une étape de mesure d'au moins une information représentative de la position angulaire dudit porte satellites (170),
une étape (157) de détermination d'un décalage de position angulaire entre ledit rotor (1200) et ledit porte satellite (170), et
une étape d'alimentation dudit moteur (120) en fonction dudit décalage de position angulaire.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 à 22 dans lequel ledit puits de manivelle (16) est entraîné à vide par rapport audit rotor (1200) et à ladite poupée (14) sur une portion angulaire limitée depuis sa position de repos puis en prise avec ledit rotor (1200) et ladite poupée au delà de ladite portion angulaire limitée.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 à 23 comprenant : une étape (166, 2000) d'alimentation dudit moteur (120) en fonction dudit décalage de position angulaire lorsque ledit décalage de position angulaire atteint une valeur seuil de déclenchement prédéterminée ou se trouve en dehors d'un intervalle prédéterminé, et
une étape (167, 2001) d'arrêt dudit moteur (120) lorsque ledit décalage de position angulaire n'atteint pas ladite valeur seuil ou se trouve à l'intérieur dudit intervalle prédéterminé.
25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 à 24 comprenant une étape de contrôle de ladite alimentation dudit moteur (120), en fonction dudit décalage de position angulaire, pour alimenter ledit moteur (120) de telle sorte que ledit décalage angulaire soit le plus faible possible sans que ledit rotor (1200) dépasse ledit puits de manivelle (16) au rapport de transmission près entre ledit rotor (1200) et ledit puits de manivelle (16).
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