Dispositif permettant d'asservir la position d'un organe rotatif mené
à celle d'un organe rotatif menant par couplage magnétique
La présente invention concerne un dispositif comportant un couplage magnétique, permettant d'asservir la position d'un organe rotatif mené à celle d'un organe rotatif menant, sans liaison matérielle entre les deux organes.
Le dispositif conforme à l'invention qui est précis et fidèle présente aussi l'avantage de ne pas né cessiter de source d'énergie extérieure et d'être d'une construction- simple.
Suivant l'invention, le dispositif d'asservissement est caractérisé en ce que chacun des organes rotatifs est interposé sur un circuit magnétique dont la réluctance varie en fonction de la position angulaire de l'organe considéré, les deux circuits magnétiques ainsi constitués étant disposés en parallèle et soumis à une même différence de potentiel magnétique, des moyens mécaniques exerçant de plus un couple de rappel sur l'organe mené.
De préférence, le circuit à réluctance variable est obtenu en constituant les organes rotatifs menant et mené par l'assemblage d'une pièce magnétiquement perméable et d'une pièce magnétiquement non perméable de manière à créer un entrefer variable entre l'organe considéré et la source de magnétisme, en fonction de la position angulaire de l'organe consi aéré.
La position de l'organe mené dépend de l'équilibre entre son couple de rappel et le couple d'origine magnétique qui est fonction de la position angulaire de l'organe menant. Le couple de rappel peut être produit par un ressort.
Si la différence de potentiel magnétique est constituée par un aimant permanent, on comprend que le système ne nécessite aucune source d'énergie extérieure.
Des formes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentées aux dessins annexés, à titre d'exemples non limitatifs.
La fig. 1 est une vue schématique en perspective d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est la vue latérale correspondante, à plus grande échelle.
La fig. 3 montre un débitmètre équipé d'une deuxième forme d'exécution.
La fig. 4 montre une électro-vanne équipée d'une troisième forme d'exécution.
Dans la réalisation représentée schématiquement aux fig. 1 et 2, l'organe menant est constitué par un cylindre 1 mobile autour d'un axe 2 et l'organe mené par un cylindre 8mobile autour d'un axe 9.
Orthogonalement aux cylindres 1 et 8 sont dis, posées deux culasses 5 et 6 en fer doux terminées par des évidements 51, 61 et 52, 62 concentriques aux cylindres considérés et qui les enveloppent sur une partie de leur périphérie tout en leur laissant un jeu suffisant pour leur permettre de tourner librement.
Les culasses 5 et 6 sont elles-mêmes en contact avec un aimant permanent 16, qui produit la diffé rence de potentiel magnétique nécessaire au fonctionnement de l'appareil.
Chacun des cylindres 1 et 8 est constitué par l'association de deux secteurs magnétiquement hétérogènes ; un secteur 3 (ou 11) magnétiquement perméa ble (fer de Suède par exemple) et un secteur 4 (ou 12) en matière non magnétique, telle que l'acier inoxydable.
Le cylindre mené 8 qui porte une butée 20 est en outre soumis à l'action d'un ressort spiral 15 monté sur l'arbre 9. Ce ressort tend à faire occuper au cylindre 8 la position pour laquelle le secteur magnétique 11 est tout entier situé en dehors des évidements polaires 52-62 (position de réluctance maximum) dans laquelle la ligne 21 de séparation des secteurs 1 1 et 12 est dirigée suivant A-A, la butée 20 venant en contact avec un appui fixe.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant, en supposant qu'initialement le secteur magnétique 1 1 du cylindre mené 8 est dans la position de réluctance maximum et que le secteur magnétique 3 du cylindre menant 1 est tout entier situé à l'intérieur des évidements polaires 51, 61 (position de réluctance minimum).
Le flux magnétique F issu de l'aimant 16 se sépare en deux parties au niveau des culasses 5 et 6: l'une F1 correspondant à la circulation vers l'évidement polaire 51, le secteur 3 du cylindre 1, l'évidement polaire 61 et le retour par la culasse 6. L'autre partie du flux est F2 qui correspond à la circulation vers l'évidement polaire 58, le secteur 1 1 du cylindre 8, l'évidement polaire 62 et le retour par la culasse 6.
Ces flux ont été schématisés sur la fig. 1. A la dispersion près, ils répondent à la relation F = F, + F2 avec F1 très supérieur à F2 dans la position initiale prévue.
Si on fait tourner par un moyen mécanique quelconque, le cylindre 1 d'un angle g dans le sens h, (fig. 2), l'entrefer au niveau des évidements polaires 51, 61 augmente et par suite le rapport F1/F2 de- croit. F2 augmente, ce qui accroît le couple magnétique qui agit en permanence sur le cylindre 8.
Celui-ci tourne donc dans le sens h' d'un angle a' jusqu'à ce que les couples magnétique et de rappel (provenant du ressort 15) s'équilibrent.
A chaque position du cylindre menant 1 au cours de sa rotation correspond ainsi une position déterminée du cylindre mené 8.
L'expérience montre de plus que le dispositif d'asservissement ainsi constitué est dépourvu d'hasté résis et par suite que l'organe mené présente une grande fidélité, même en cas de mouvements alternatifs de l'organe menant.
On peut expliquér ce résultat par le fait que le déplacement du point représentatif de l'état magnétique de chaque élément de volume de l'aimant, dans un système de coordonnées B (induction), H (champ), a lieu sur un cycle de recul très fermé assimilable à un segment de droite.
Cette particularité confère au dispositif décrit un grand intérêt pour assurer une télécommande de position, utilisable notamment dans les instruments de mesure.
Le dispositif décrit trouve en particulier un champ d'applications dans le domaine de l'industrie chimique et du génie atomique, chaque fois que la radioactivité du milieu rend nécessaire une télétransmission angulaire ou une télécommande.
La forme d'exécution de la fig. 3 permet, sans contact matériel, une mesure du débit dans une canalisation 31 parcourue par un fluide corrosif ou radioactif 32.
Le cylindre 1 qui porte une sphère 33 est logé dans une chambre 34 ménagée dans la canalisation 31.
Cette chambre comporte une paroi 35 disposée dans l'entrefer prévu entre le cylindre 1 et l'évidement 51 de la culasse 5. La paroi 35 peut être constituée par une matière perméable au droit des évidements polaires 51 et 61 de manière à réduire l'entrefer, et par suite le volume de l'aimant. Le cylindre mené 8, muni d'un ressort de rappel 15 porte une aiguille indicatrice 36, mobile devant un cadran 37.
Les déplacements de l'aiguille 36 suivent ceux de la sphère 33, et varient donc dans le même sens que le débit du fluide.
I1 suffit d'étalonner le cadran 37 pour obtenir un débitmètre très fidèle.
Sans étalonnage, un tel dispositif pourrait être utilisé pour contrôler la circulation de fluide dans la conduite 31, supposée non accessible.
On remarque que les pièces logées dans la canalisation 31 et la chambre 34 ont une forme telle que leur constitution ou leur enrobage par une matière non magnétique résistant à la corrosion soit très aisée.
Si on désire utiliser cet appareil sur une conduite non horizontale, il suffit de faire en sorte que le centre de gravité de l'ensemble des pièces menantes soit situé sur l'axe de rotation 2.
La forme d'exécution représentée en fig. 4 constitue un élément de servo-commande, etpermetdemettre automatiquement en circuitunerésistance addition- nelle 41 avec le bobinage 42 d'une électro-vanne dont on voit en 43 la tige de commande et en 44 le clapet, lorsque cette tige atteint une position déterminée, ce système étant placé sur une conduite 45, 46 parcourue par un gaz radioactif.
La tige 43 de l'électro-vanne est reliée par une biellette 47 au cylindre 1 logé dans l'enceinte étanche. Le cylindre mené 8 porte le contact mobile 48 d'un interrupteur placé en dérivation par rapport à la résistance 41 sur le circuit 49 d'alimentation du bobinage 42, ce circuit comportant un interrupteur 51 et une source de courant 52.
Le fonctionnement est le suivant, le système étant dans la position de la fig. 4 (clapet 44 fermé).
Si on ferme l'interrupteur 51, l'enroulement 42 est excité et attire la tige 43. Celle-ci soulève le clapet 44 et fait tourner le cylindre 1.
I1 s'ensuit que le cylindre 8 tourne dans le même sens, ce qui ouvre le contact 48 et met en circuit la résistance 41, permettant de réduire la consommation de l'enroulement 42, lorsque la tige 43 est venue en position haute.
D'autres formes d'exécution sont possibles et se distinguent, notamment en ce qui concerne la structure des cylindres tournants dont les secteurs ne sont pas nécessairement disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation. Le couple de rappel de l'organe mené pourrait être également obtenu en excentrant son centre de gravité par rapport à l'axe de rotation.
D'autre part, l'aimant 16 peut être remplacé par un électro-aimant. Enfin, les culasses 5 et 6 ne sont pas nécessairement rectilignes.
Device for controlling the position of a driven rotary member
to that of a rotating member leading by magnetic coupling
The present invention relates to a device comprising a magnetic coupling, making it possible to control the position of a driven rotary member to that of a leading rotary member, without a material connection between the two members.
The device according to the invention which is precise and faithful also has the advantage of not necessitating any external energy source and of being of simple construction.
According to the invention, the slaving device is characterized in that each of the rotary members is interposed on a magnetic circuit, the reluctance of which varies as a function of the angular position of the member considered, the two magnetic circuits thus formed being arranged in parallel and subjected to the same difference in magnetic potential, mechanical means also exerting a return torque on the driven member.
Preferably, the variable reluctance circuit is obtained by constituting the driving and driven rotary members by assembling a magnetically permeable part and a magnetically non-permeable part so as to create a variable air gap between the organ in question and the source of magnetism, depending on the angular position of the organ considered ventilated.
The position of the driven member depends on the balance between its return torque and the torque of magnetic origin which is a function of the angular position of the driving member. The return torque can be produced by a spring.
If the difference in magnetic potential is constituted by a permanent magnet, it will be understood that the system does not require any external energy source.
Embodiments of the object of the invention are shown in the accompanying drawings, by way of non-limiting examples.
Fig. 1 is a schematic perspective view of a first embodiment.
Fig. 2 is the corresponding side view, on a larger scale.
Fig. 3 shows a flowmeter equipped with a second embodiment.
Fig. 4 shows a solenoid valve equipped with a third embodiment.
In the embodiment shown schematically in FIGS. 1 and 2, the driving member is constituted by a cylinder 1 movable around an axis 2 and the member driven by a cylinder 8 movable around an axis 9.
Orthogonally to cylinders 1 and 8 are arranged two soft iron cylinder heads 5 and 6 terminated by recesses 51, 61 and 52, 62 concentric with the cylinders in question and which surround them on part of their periphery while leaving them sufficient clearance to allow them to rotate freely.
The yokes 5 and 6 are themselves in contact with a permanent magnet 16, which produces the difference in magnetic potential necessary for the operation of the apparatus.
Each of cylinders 1 and 8 is formed by the association of two magnetically heterogeneous sectors; a sector 3 (or 11) magnetically permeable (Swedish iron for example) and a sector 4 (or 12) made of non-magnetic material, such as stainless steel.
The driven cylinder 8 which carries a stop 20 is also subjected to the action of a spiral spring 15 mounted on the shaft 9. This spring tends to make the cylinder 8 occupy the position for which the magnetic sector 11 is entirely. located outside the pole recesses 52-62 (position of maximum reluctance) in which the line 21 of separation of the sectors 11 and 12 is directed along AA, the stop 20 coming into contact with a fixed support.
The operation of the device is as follows, assuming that initially the magnetic sector 1 1 of the driven cylinder 8 is in the position of maximum reluctance and that the magnetic sector 3 of the driving cylinder 1 is entirely located inside the pole recesses 51, 61 (minimum reluctance position).
The magnetic flux F coming from the magnet 16 separates into two parts at the level of the cylinder heads 5 and 6: one F1 corresponding to the flow towards the polar recess 51, the sector 3 of the cylinder 1, the polar recess 61 and the return via the cylinder head 6. The other part of the flow is F2 which corresponds to the circulation towards the polar recess 58, the sector 11 of the cylinder 8, the polar recess 62 and the return via the cylinder head 6.
These flows have been shown schematically in FIG. 1. Except for dispersion, they correspond to the relation F = F, + F2 with F1 much higher than F2 in the initial position provided.
If one rotates by any mechanical means, the cylinder 1 by an angle g in the direction h, (fig. 2), the air gap at the level of the polar recesses 51, 61 increases and consequently the ratio F1 / F2 of - believes. F2 increases, which increases the magnetic torque which acts permanently on cylinder 8.
The latter therefore turns in the direction h 'by an angle a' until the magnetic and return torques (coming from the spring 15) are balanced.
Each position of the driving cylinder 1 during its rotation thus corresponds to a determined position of the driven cylinder 8.
Experience further shows that the control device thus formed is devoid of hasté resist and consequently that the driven member exhibits great fidelity, even in the event of reciprocating movements of the driving member.
We can explain this result by the fact that the displacement of the point representative of the magnetic state of each volume element of the magnet, in a system of coordinates B (induction), H (field), takes place on a cycle of very closed recoil similar to a straight segment.
This feature gives the device described great interest in providing a position remote control, usable in particular in measuring instruments.
The device described finds in particular a field of applications in the field of the chemical industry and atomic engineering, whenever the radioactivity of the medium makes angular remote transmission or remote control necessary.
The embodiment of FIG. 3 allows, without material contact, a measurement of the flow in a pipe 31 traversed by a corrosive or radioactive fluid 32.
The cylinder 1 which carries a sphere 33 is housed in a chamber 34 formed in the pipe 31.
This chamber comprises a wall 35 disposed in the air gap provided between the cylinder 1 and the recess 51 of the cylinder head 5. The wall 35 may be formed by a material permeable to the right of the pole recesses 51 and 61 so as to reduce the pressure. air gap, and consequently the volume of the magnet. The driven cylinder 8, provided with a return spring 15 carries an indicator needle 36, movable in front of a dial 37.
The movements of the needle 36 follow those of the sphere 33, and therefore vary in the same direction as the flow of the fluid.
It suffices to calibrate the dial 37 to obtain a very reliable flowmeter.
Without calibration, such a device could be used to control the flow of fluid in line 31, which is supposed to be inaccessible.
It is noted that the parts housed in the pipe 31 and the chamber 34 have a shape such that their constitution or their coating with a non-magnetic material resistant to corrosion is very easy.
If you want to use this device on a non-horizontal pipe, it suffices to ensure that the center of gravity of all the driving parts is located on the axis of rotation 2.
The embodiment shown in FIG. 4 constitutes a servo-control element, and makes it possible to automatically put an additional resistance 41 in circuit with the winding 42 of a solenoid valve, the control rod of which can be seen at 43 and the valve at 44, when this rod reaches a determined position, this system being placed on a pipe 45, 46 traversed by a radioactive gas.
The rod 43 of the solenoid valve is connected by a rod 47 to the cylinder 1 housed in the sealed enclosure. The driven cylinder 8 carries the movable contact 48 of a switch placed in bypass with respect to the resistor 41 on the circuit 49 for supplying the coil 42, this circuit comprising a switch 51 and a current source 52.
The operation is as follows, the system being in the position of FIG. 4 (valve 44 closed).
If the switch 51 is closed, the winding 42 is energized and attracts the rod 43. The latter lifts the valve 44 and turns the cylinder 1.
It follows that the cylinder 8 rotates in the same direction, which opens the contact 48 and switches on the resistor 41, making it possible to reduce the consumption of the winding 42, when the rod 43 has come to the high position.
Other embodiments are possible and differ, in particular with regard to the structure of the rotating cylinders, the sectors of which are not necessarily arranged symmetrically with respect to the axis of rotation. The return torque of the driven member could also be obtained by offsetting its center of gravity relative to the axis of rotation.
On the other hand, the magnet 16 can be replaced by an electromagnet. Finally, the cylinder heads 5 and 6 are not necessarily rectilinear.