FR2923293A1 - Force sensor integrated pulley for competition boat, has detectors producing information representing strains exerted between cordages and connected to remote transmission units transmitting information to processing and calculation unit - Google Patents

Force sensor integrated pulley for competition boat, has detectors producing information representing strains exerted between cordages and connected to remote transmission units transmitting information to processing and calculation unit Download PDF

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Abstract

The pulley has a ring-shaped rotational guiding element (2) with an external surface (S1) forming a groove guiding a cordage, and rotationally mounted on an annular support structure (ST), which includes fixation units for fixing another cordage. Detectors (12-15) i.e. strain gauges, are placed inside the structure to produce information in the form of an electrical signal, where the information represents strains exerted between the cordages. The detectors are connected to remote transmission units that transmit the information to a central processing and calculation unit.

Description

10 La présente invention concerne une poulie à capteur d'effort intégré se rapportant notamment, mais non exclusivement, au domaine de l'accastillage de bateaux à voiles à haute performance. The present invention relates to an integrated force sensor pulley relating, in particular, but not exclusively, to the field of the fitting of high-performance sailboats.

Elle s'applique avantageusement aux poulies traversées en leurs centres par un 15 évidement coaxial permettant le passage d'un cordage, cette poulie comportant : It applies advantageously to the pulleys traversed at their centers by a coaxial recess allowing the passage of a rope, this pulley comprising:

un élément de guidage rotatif sensiblement torique comportant une surface extérieure conformée de manière à assurer le guidage d'un 20 premier cordage, une structure de support annulaire sensiblement coaxiale à l'élément de guidage et sur laquelle celui-ci est monté rotatif, cette structure de support comportant un évidement central coaxial destiné à permettre le passage d'un élément de support tel que par exemple un deuxième 25 cordage, deux joues latérales qui prolongent au moins une fraction des bords latéraux de la surface extérieure de la structure de support de manière à assurer un maintien du premier cordage sur la surface extérieure de l'élément du guidage rotatif, ces deux joues pouvant être reliées l'une à 30 l'autre au moyen d'un élément de liaison. 1 Il s'avère que ce type de poulies est très largement utilisé sur les bateaux à voile, notamment les bateaux de compétition. a substantially toroidal rotary guide member having an outer surface shaped to provide guiding of a first rope, an annular support structure substantially coaxial with the guide member and on which the guide member is rotatably mounted, said structure carrier having a coaxial central recess for allowing the passage of a support member such as for example a second rope, two side cheeks which extend at least a fraction of the lateral edges of the outer surface of the support structure in a manner such that to maintain the first rope on the outer surface of the element of the rotary guide, these two cheeks can be connected to one another by means of a connecting element. 1 It turns out that this type of pulley is very widely used on sailing boats, especially competition boats.

Dans le but d'améliorer les performances de ce type de bateaux, les 5 concepteurs sont amenés à réaliser des modèles mathématiques permettant d'effectuer des simulations. In order to improve the performance of this type of boat, the designers have to make mathematical models to perform simulations.

Ceci implique de répertorier et de déterminer toutes les contraintes mécaniques qui s'exercent aussi bien sur la structure du bateau, en particulier 10 la coque et les mâts, que sur son gréement. This involves listing and determining all the mechanical stresses that are exerted on the structure of the boat, in particular the hull and the masts, as well as on its rigging.

Or, jusqu'ici, on ne dispose pas de moyens efficaces permettant la mesure de ces contraintes au niveau des gréements, en dehors des point d'attache ou de fixation des cordages ou des étais sur la structure du bateau. Ceci tient au fait que les points de mesure sont souvent situés en des emplacements difficilement accessibles et pouvant varier, notamment en fonction de la voilure utilisée. However, so far, there is no effective means for the measurement of these stresses at the level of rigging, outside the attachment point or fixing ropes or struts on the structure of the boat. This is because the measuring points are often located in locations that are difficult to access and may vary, in particular depending on the wing used.

20 L'invention a donc plus particulièrement pour but de contribuer à la résolution de ce problème en effectuant une mesure de contrainte au niveau des poulies utilisées, et ce, en dépit du fait que la structure d'une poulie ne se prête pas naturellement à ce type de mesure, et qu'il se pose en outre le problème relatif à la transmission des informations délivrées par les détecteurs. 25 A cet effet, elle propose une poulie du type susdit, comportant au moins un détecteur tel que par exemple une jauge de contrainte disposé à l'intérieur de la structure support annulaire de manière à produire, sous la forme d'un signal électrique, des informations représentatives des contraintes exercées entre 30 l'élément de support annulaire et le cordage passant sur la surface extérieure de l'élément de guidage rotatif, ce détecteur étant connecté à des moyens de 15 transmission à distance desdites informations à destination d'une unité centrale de traitement et de calcul montée à bord du bateau. The invention therefore more particularly aims to contribute to the solution of this problem by performing a measurement of stress at the pulleys used, and this, despite the fact that the structure of a pulley does not lend itself naturally to this type of measurement, and that there is moreover the problem relating to the transmission of the information delivered by the detectors. To this end, it proposes a pulley of the aforesaid type, comprising at least one detector such as, for example, a strain gauge disposed inside the annular support structure so as to produce, in the form of an electrical signal, information representative of the stresses exerted between the annular support member and the rope passing over the outer surface of the rotatable guide member, which detector is connected to means for remotely transmitting said information to a unit central processing and calculation boarded the boat.

Avantageusement, ledit détecteur pourra être disposé dans une zone de 5 résistance mécanique réduite prévue dans la structure support, cette zone étant déformable élastiquement sous l'effet desdites contraintes. Advantageously, said detector may be placed in an area of reduced mechanical strength provided in the support structure, this zone being elastically deformable under the effect of said constraints.

Ainsi, par exemple, ledit détecteur pourra être logé dans un perçage réalisé dans la structure support de manière à affaiblir localement la résistance 10 mécanique de ladite structure et accroître sa déformabilité élastique. Thus, for example, said detector may be housed in a bore made in the support structure so as to locally weaken the mechanical strength of said structure and increase its elastic deformability.

Les moyens de transmission à distance pourront quant à eux être disposés dans l'élément de liaison reliant les deux joues l'une à l'autre, des connecteurs étant prévus sur lesdites joues pour relier lesdits moyens de transmission au(x) 15 détecteur(s). The remote transmission means may in turn be arranged in the connecting element connecting the two cheeks to each other, connectors being provided on said cheeks to connect said transmission means to the (x) detector 15 ( s).

Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : One embodiment of the invention will be described below, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which:

20 Les figures 1 et 2 sont deux vues, respectivement en perspective (figure 1) et en élévation (figure 2) d'une poulie selon l'invention. Figures 1 and 2 are two views, respectively in perspective (Figure 1) and in elevation (Figure 2) of a pulley according to the invention.

La figure 3 est une vue en coupe axiale selon AA' de la figure 2. FIG. 3 is a view in axial section along AA 'of FIG. 2.

25 La figure 4 est une vue en perspective de la poulie montrant la disposition des cordages. Figure 4 is a perspective view of the pulley showing the arrangement of the ropes.

La figure 5 est un schéma synoptique du circuit électronique incorporé à la poulie. 30 Dans cet exemple, la poulie 1 comprend un élément de guidage rotatif ou Réa 2, de forme torique comportant : Figure 5 is a block diagram of the electronic circuit incorporated in the pulley. In this example, the pulley 1 comprises a rotational guide element or R a 2, of toric form comprising:

une surface extérieure S I formant une gorge évasée destinée à guider un premier cordage C I, une surface intérieure cylindrique S2 comprenant un premier chemin de roulement CRI, deux surfaces latérales (LI et L2) qui s'étendent radialement et présentent chacune une cavité annulaire coaxiale, de section en partie cylindrique dans laquelle sont disposées des billes de roulement à billes B. an outer surface S1 forming a flared groove for guiding a first rope CI, a cylindrical inner surface S2 comprising a first raceway CRI, two lateral surfaces (LI and L2) which extend radially and each have a coaxial annular cavity, of partly cylindrical section in which are disposed ball bearing balls B.

Cet élément de guidage 2 est monté rotatif sur une structure support annulaire (ST) réalisée par l'assemblage de deux pièces de révolution 4, 5, respectivement droite et gauche, au niveau d'une surface de jonction radiale située sensiblement dans un plan radial de symétrie de la poulie 1. This guide element 2 is rotatably mounted on an annular support structure (ST) produced by the assembly of two pieces of revolution 4, 5, respectively right and left, at a radial junction surface located substantially in a radial plane. of symmetry of the pulley 1.

Cette structure support ST présente un évidement central E par lequel peut passer un deuxième cordage. Cet évidement central E est délimité par une forme torique de section semi-circulaire de la surface intérieure de la structure support ST. This support structure ST has a central recess E through which can pass a second rope. This central recess E is delimited by a semicircular section of the inner surface of the support structure ST.

Par ailleurs, la structure support ST comprend, du côté extérieur, une surface cylindrique étagée bordée par deux rebords (RI, R2) en saillie. La surface cylindrique étagée comprend une portion centrale cylindrique filetée PI et deux portions latérales cylindriques P2, P3 de diamètre supérieur à la portion centrale PI. Furthermore, the support structure ST comprises, on the outside, a stepped cylindrical surface bordered by two flanges (RI, R2) protruding. The stepped cylindrical surface comprises a central cylindrical threaded portion PI and two cylindrical lateral portions P2, P3 of diameter greater than the central portion PI.

L'assemblage des deux pièces de révolution 4, 5 qui constituent la structure de support est assuré par une bague de roulement et de liaison BR qui comprend, à l'extérieur, une surface cylindrique qui constitue un deuxième chemin de roulement CR2 et, à l'intérieur, une surface cylindrique taraudée sur laquelle viennent se visser les deux pièces de révolution 4, 5 au niveau des deux portions filetées qui constituent la susdite portion centrale P1. The assembly of the two parts of revolution 4, 5 which constitute the support structure is provided by a bearing ring and connecting BR which comprises, on the outside, a cylindrical surface which constitutes a second race CR2 and, at inside, a threaded cylindrical surface on which are screwed the two parts of revolution 4, 5 at the two threaded portions which constitute the aforesaid central portion P1.

Entre les chemins de roulement (CRI, CR2) sont disposés des rouleaux RL axés parallèlement à l'axe de rotation XX' de l'élément de guidage. Between the raceways (CRI, CR2) are arranged rollers RL oriented parallel to the axis of rotation XX 'of the guide element.

Dans cet exemple, les rebords des pièces de révolution servent chacune à retenir un flanc latéral ou joue JI, J2 en forme de trapèze curviligne légèrement cintré d'un côté, muni d'un orifice central circulaire dont le diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre de la portion latérale (P2, P3) sur laquelle il se trouve engagé. Ces joues JI, J2 servent à maintenir le cordage CI dans l'élément de guidage rotatif 2. In this example, the flanges of the parts of revolution each serve to retain a side flank or cheek JI, J2 curvilinear trapezoid shape slightly curved on one side, provided with a circular central orifice whose inner diameter is substantially equal to the diameter of the lateral portion (P2, P3) on which it is engaged. These cheeks JI, J2 serve to maintain the rope CI in the rotary guide element 2.

L'épaisseur de ces joues JI, J2 est inférieure à la longueur de la portion (P2, P3), de sorte qu'entre chaque joue JI, J2 et la bague de roulement et de liaison BR, il subsiste un espace dans lequel est disposée une rondelle entretoise maintenant les rouleaux RL en position. The thickness of these cheeks JI, J2 is less than the length of the portion (P2, P3), so that between each cheek JI, J2 and the rolling and connecting ring BR, there remains a space in which is arranged a spacer washer holding the rollers RL in position.

Par ailleurs, les joues JI, J2 sont munies, au niveau de leurs faces en regard, d'un chemin de roulement en matière dure sur lequel les billes B viennent en appui de manière à maintenir latéralement l'élément de guidage rotatif 2. Furthermore, the cheeks JI, J2 are provided, at their opposite faces, with a raceway of hard material on which the balls B come to rest so as to hold the rotary guiding element 2 laterally.

Elles comprennent chacune d'un côté un prolongement PL déporté par rapport 25 à l'axe de rotation XX' de la poulie. They each comprise on one side an extension PL offset relative to the axis of rotation XX 'of the pulley.

Les deux portions déportées PL sont reliées l'une à l'autre par un élément de liaison EL. The two remote portions PL are connected to each other by a connecting element EL.

30 A la base de cet élément de liaison EL, les deux joues JI, J2 comprennent une succession de petits orifices OR dans lesquels peut passer un lien LN permettant par exemple de fixer les deux brins de cordage C1 passant par l'évidement central E de la structure de support ST. At the base of this connecting element EL, the two cheeks JI, J2 comprise a succession of small OR orifices in which an LN link can be passed, for example enabling the two strands of rope C1 passing through the central recess E to be fixed. the support structure ST.

Conformément à l'invention, la structure de support comprend des zones 5 déformables dans lesquelles sont disposés des détecteurs destinés à la mesure des contraintes exercées au niveau de ladite structure. According to the invention, the support structure comprises deformable zones 5 in which detectors are arranged for measuring the stresses exerted on said structure.

Dans cet exemple, la structure ST comprend deux évidements oblongs 10, 11, axialement traversants et de formes circulaires, diamétralement opposés, par 10 rapport à l'axe de rotation XX' de la poulie, ces deux évidements s'étendant symétriquement par rapport au plan médian longitudinal de symétrie AA' passant par l'axe de rotation XX' de la poulie. In this example, the structure ST comprises two oblong recesses 10, 11, axially through and of circular shapes, diametrically opposite, with respect to the axis of rotation XX 'of the pulley, these two recesses extending symmetrically with respect to the longitudinal median plane of symmetry AA 'passing through the axis of rotation XX' of the pulley.

Dans chacun de ces évidements 10, 11 sont disposées deux jauges de 15 contrainte 12, 13 - 14, 15 disposées symétriquement par rapport au plan AA'. In each of these recesses 10, 11 are disposed two strain gauges 12, 13 - 14, 15 arranged symmetrically with respect to the plane AA '.

Cette disposition permet d'obtenir une bonne précision de mesure, étant entendu que, lorsque les jauges de contrainte logées dans l'un des évidements sont soumises à une contrainte exercée dans un sens, les jauges de contrainte 20 logées dans l'autre évidement sont soumises à une contrainte en sens inverse. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à deux jauges de contrainte par évidement. This arrangement makes it possible to obtain a good measurement accuracy, it being understood that, when the strain gauges housed in one of the recesses are subjected to a stress exerted in one direction, the strain gauges 20 housed in the other recess are subjected to stress in the opposite direction. Of course, the invention is not limited to two strain gages by recess.

Ces jauges de contrainte sont électriquement reliées, grâce à des conducteurs 25 16, 17 (représentés schématiquement sur la figure 1) à un circuit électronique disposé, voire même enrobé, dans l'élément de liaison EL. These strain gages are electrically connected, by means of conductors 16, 17 (shown schematically in FIG. 1) to an electronic circuit arranged, or even embedded, in the connecting element EL.

Comme illustré sur la figure 5, ce circuit électronique comprend successivement : 30 - un circuit de conformation 18 des signaux émis par les détecteurs 12, 13, 14, 15, un multiplexeur 19 qui transmet successivement ces signaux à un convertisseur analogique/numérique 20, un émetteur 21 qui reçoit les signaux numériques du convertisseur 20 et qui les transmet à distance, par voie hertzienne, à un récepteur 22 couplé à une unité centrale de traitement et de calcul 23 située à bord du bateau, en un emplacement approprié. As illustrated in FIG. 5, this electronic circuit comprises successively: a conformation circuit 18 of the signals emitted by the detectors 12, 13, 14, 15, a multiplexer 19 which successively transmits these signals to an analog / digital converter 20, a transmitter 21 which receives the digital signals from the converter 20 and which transmits them remotely, by radio, to a receiver 22 coupled to a central processing and calculation unit 23 located on board the boat, in a suitable location.

L'alimentation du circuit électronique ainsi que des détecteurs est assurée au moyen d'une source d'énergie électrique rechargeable ou remplaçable 24 (pile ou batterie d'accumulateurs) logée dans l'élément de liaison EL ou même dans les joues JI, J2. Dans le cas où elle est logée à demeure, cette source pourra être équipée de moyens de recharge, par exemple électromagnétiques, voire même à énergie solaire. The supply of the electronic circuit as well as the detectors is ensured by means of a rechargeable or replaceable electric power source 24 (battery or accumulator battery) housed in the connecting element EL or even in the cheeks JI, J2 . In the case where it is housed permanently, this source may be equipped with charging means, for example electromagnetic, or even solar energy.

Avantageusement, les joues JI, J2 pourront être réalisées en matériaux composites dans lesquels pourront être intégrés les conducteurs de liaison entre les détecteurs, le circuit électronique de traitement et la source d'alimentation en énergie électrique. Advantageously, the cheeks JI, J2 may be made of composite materials in which can be integrated the connecting conductors between the detectors, the electronic processing circuit and the power source of electrical energy.

Claims (9)

Revendicationsclaims 1. Poulie à capteur d'effort intégré comprenant : un élément de guidage rotatif (2) sensiblement torique comportant une surface extérieure conformée de manière à assurer le guidage d'un premier cordage (Cl), - une structure de support (ST) sur laquelle l'élément de guidage est monté rotatif, cette structure de support (ST) comportant des moyens de fixation d'un élément de support tel que par exemple un deuxième cordage (C2), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un détecteur tel que par exemple une jauge de contrainte (12, 13, 14, 15) équipant la structure support (ST) de manière à produire, sous la forme d'un signal électrique, des informations représentatives des contraintes exercées entre l'élément de support (ST) et le premier cordage (C1), ce détecteur étant connecté à des moyens de transmission à distance desdites informations à destination d'une unité centrale de traitement et de calcul (23). An integrated force sensor pulley comprising: a substantially toroidal rotary guide member (2) having an outer surface shaped to provide guidance for a first rope (C1); a support structure (ST) on which the guide element is rotatably mounted, this support structure (ST) comprising means for fixing a support element such as for example a second rope (C2), characterized in that it comprises at least one detector such as, for example, a strain gauge (12, 13, 14, 15) fitted to the support structure (ST) so as to produce, in the form of an electrical signal, information representative of the stresses exerted between the support element (ST) and the first rope (C1), this detector being connected to means for remotely transmitting said information to a central processing and calculation unit (23). 2. Poulie selon la revendication 1, caractérisée en ce que : la structure de support présente une forme annulaire, sensiblement coaxiale à l'élément de guidage (2) et sur laquelle celui-ci est monté rotatif, cette structure de support (ST) comportant un évidement central coaxial (E) destiné à permettre le passage d'un élément de support tel qu'un deuxième cordage (C2), le susdit détecteur (12, 13, 14, 15) est disposé à l'intérieur de la structure support annulaire (ST) de manière à produire, sous la forme d'un signal électrique, des informations représentatives des contraintes exercées entre 8l'élément de support annulaire (ST) et le premier cordage (C1) passant sur la surface extérieure de l'élément de guidage rotatif (2). 2. Pulley according to claim 1, characterized in that: the support structure has an annular shape, substantially coaxial with the guide element (2) and on which it is rotatably mounted, this support structure (ST) having a coaxial central recess (E) for allowing the passage of a support member such as a second rope (C2), the aforesaid detector (12, 13, 14, 15) is disposed within the structure annular support (ST) so as to produce, in the form of an electrical signal, information representative of the stresses exerted between the annular support member (ST) and the first rope (C1) passing over the outer surface of the rotary guide element (2). 3. Poulie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend deux joues latérales (J1, J2) qui prolongent au moins une fraction des bords latéraux de la surface extérieure de la structure de support (ST) de manière à assurer un maintien du premier cordage (C1) sur la surface extérieure de l'élément du guidage rotatif (2), ces deux joues (J1, J2) pouvant être reliées l'une à l'autre au moyen d'un élément de liaison. 3. Pulley according to one of claims 1 and 2, characterized in that it comprises two lateral flanges (J1, J2) which extend at least a fraction of the lateral edges of the outer surface of the support structure (ST) of in order to maintain the first rope (C1) on the outer surface of the element of the rotary guide (2), these two cheeks (J1, J2) being connectable to one another by means of an element link. 4. Poulie selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit détecteur est disposé dans une zone de résistance mécanique réduite prévue dans la structure support, cette zone étant déformable élastiquement sous l'effet desdites contraintes. 4. Pulley according to claim 1, characterized in that said detector is disposed in a zone of reduced mechanical strength provided in the support structure, this zone being elastically deformable under the effect of said constraints. 5. Poulie selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit détecteur est logé dans un perçage réalisé dans la structure support de manière à affaiblir localement la résistance mécanique de ladite structure et accroître sa déformabilité élastique. 5. Pulley according to one of claims 1 to 4, characterized in that said detector is housed in a bore made in the support structure so as to locally weaken the strength of said structure and increase its elastic deformability. 6. Poulie selon la revendication 5, caractérisée en ce que la structure de support (ST) comprend deux évidements oblongs (10, 11), axialement traversants et de formes circulaires, diamétralement opposés, par rapport à l'axe de rotation (XX') de la poulie, ces deux évidements s'étendant symétriquement par rapport au plan médian longitudinal de symétrie (AA') passant par l'axe de rotation (XX') de la poulie, et en ce que, dans chacun de ces évidements (10, 11) sont disposées deux jauges de contrainte (12, 13 - 14, 15) disposées symétriquement par rapport au plan (AA').-10- 6. Pulley according to claim 5, characterized in that the support structure (ST) comprises two oblong recesses (10, 11), axially through and circular in shape, diametrically opposite, with respect to the axis of rotation (XX ' ) of the pulley, these two recesses extending symmetrically with respect to the longitudinal median plane of symmetry (AA ') passing through the axis of rotation (XX') of the pulley, and that in each of these recesses ( 10, 11) are arranged two strain gauges (12, 13 - 14, 15) arranged symmetrically with respect to the plane (AA '). 7. Poulie selon la revendication 6, caractérisée en ce que les jauges de contrainte sont électriquement reliées grâce à des conducteurs à un circuit électronique disposé, voire enrobé, dans un élément de liaison reliant les deux joues. 7. Pulley according to claim 6, characterized in that the strain gauges are electrically connected by means of conductors to an electronic circuit arranged or embedded in a connecting element connecting the two cheeks. 8. Poulie selon la revendication 7, caractérisée en ce que le susdit circuit électronique comprend successivement : - un circuit de conformation (18) des signaux émis par les détecteurs (12, 13, 14, 15), un multiplexeur (19) qui transmet successivement ces signaux à un convertisseur analogique/numérique (20), un émetteur (21) qui reçoit les signaux numériques du convertisseur (20) et qui les transmet à distance, par voie hertzienne, à un récepteur (22) couplé à une unité centrale de traitement et de calcul (23) située à bord du bateau, en un emplacement approprié. 8. Pulley according to claim 7, characterized in that the aforesaid electronic circuit comprises successively: - a conformation circuit (18) of the signals emitted by the detectors (12, 13, 14, 15), a multiplexer (19) which transmits successively these signals to an analog / digital converter (20), a transmitter (21) which receives the digital signals from the converter (20) and which remotely transmits them by radio to a receiver (22) coupled to a central unit processing and computing device (23) on board the vessel in a suitable location. 9. Poulie selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'alimentation du circuit électronique ainsi que des détecteurs est assurée au moyen d'une source d'énergie électrique rechargeable ou remplaçable (24) (pile ou batterie d'accumulateurs) logée dans l'élément de liaison (EL) ou même dans les joues (J1, J2). 9. Pulley according to claim 8, characterized in that the supply of the electronic circuit and the detectors is provided by means of a rechargeable or replaceable electric power source (24) (battery or accumulator battery) housed in the connecting element (EL) or even in the cheeks (J1, J2).
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