CH674578A5

CH674578A5 -

Info

Publication number: CH674578A5
Application number: CH4817/87A
Authority: CH
Inventors: Michel Perron; Claude Violot; Alain Magnier; Gerard Beaurain
Original assignee: Sagem
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1990-06-15
Also published as: BR8706840A; IT1211973B; FR2608754B1; IT8748711A0; BE1004833A3; FR2608754A1; AR241419A1; ES2006229A6; GR871811B

Description

DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif de repérage de position angulaire de rotation, autour d'un axe de rotation, d'un organe tournant supporté par l'intermédiaire de moyens s de suspension agencés pour autoriser un pivotement du susdit axe de rotation au moins dans un plan diamétral autour d'un axe de pivotement s'étendant diamétralement par rapport à l'organe tournant, des moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement étant en outre prévus entre 10 lesdits moyens de suspension et une partie de support fixe ; l'invention concerne aussi un appareil gyroscopique muni d'un tel dispositif. Dans les appareils équipés d'un organe tournant autour d'un axe de rotation lui -même susceptible d'être animé d'un mouvement de pivotement autour d'un axe 15 diamétral, il peut être souhaitable, outre de détecter l'importance angulaire du pivotement précité, de repérer également la position angulaire de l'organe tournant au cours de sa rotation autour de son axe de rotation. Il peut s'agir par exemple d'assurer une détection de la vitesse de rotation de l'organe 20 tournant afin de réguler cette vitesse ou d'utiliser cette information à d'autres fins, par exemple pour asservir le fonctionnement d'autres organes à cette vitesse de rotation. DESCRIPTION The present invention relates to a device for locating the angular position of rotation, about an axis of rotation, of a rotating member supported by means of suspension means arranged to allow pivoting of the above-mentioned axis of rotation at least. in a diametral plane around a pivot axis extending diametrically relative to the rotating member, electrical means for locating the angular pivot position being further provided between said suspension means and a fixed support part; the invention also relates to a gyroscopic device provided with such a device. In devices equipped with a member rotating around an axis of rotation itself capable of being pivoted about a diametrical axis, it may be desirable, in addition to detecting the angular importance of the aforementioned pivot, also to identify the angular position of the rotating member during its rotation about its axis of rotation. It may, for example, be a question of detecting the speed of rotation of the rotating member in order to regulate this speed or of using this information for other purposes, for example to control the operation of other members. at this speed of rotation.

Pour certaines applications ou dans certains types d'appareils où la place disponible est très réduite, il n'apparaît pas possible de mettre en place un circuit de détection de vitesse de rotation de l'organe tournant qui soit relié électriquement de façon indépendante à des circuits extérieurs de réception de l'information détectée, alors qu'il existe déjà une liaison électrique véhiculant l'information de position angulaire de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant. L'adjonction d'une liaison électrique supplémentaire entraînerait un accroissement de poids et/ou un encombrement inacceptable, et surtout les conducteurs électriques de liaison deviendraient en nombre suffisamment important pour risquer de gêner de façon significative le libre pivotement de l'organe tournant. Une telle sujétion serait inacceptable dans des appareils de haute précision, tels que des appareils gyroscopi-ques. For certain applications or in certain types of apparatus where the space available is very small, it does not appear possible to install a circuit for detecting the speed of rotation of the rotary member which is electrically connected independently to external circuits for receiving the detected information, when there is already an electrical connection carrying the information on the angular position of pivoting of the axis of rotation of the rotary member. The addition of an additional electrical connection would lead to an unacceptable increase in weight and / or bulk, and above all the electrical connection conductors would become large enough to risk significantly hampering the free pivoting of the rotating member. Such subjection would be unacceptable in high precision devices, such as gyroscopic devices.

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40 L'invention a donc essentiellement pour but de proposer un agencement particulier qui autorise la détection et la transmission de toutes les informations nécessaires au contrôle du fonctionnement de l'organe tournant sans pour autant accroître les contraintes risquant de s'opposer à un « fonctionnement convenable dudit organe tournant, en particulier sans gêner le libre débattement dudit organe tournant. 40 The object of the invention is therefore essentially to propose a particular arrangement which authorizes the detection and transmission of all the information necessary for controlling the operation of the rotating member without increasing the stresses liable to oppose "operation suitable for said rotating member, in particular without interfering with the free movement of said rotating member.

A cette fin, un dispositif de repérage de la position angulaire d'un organe tournant lors de sa rotation autour de son axe de rotation se caractérise en ce qu'il comprend en outre, d'une part, des moyens électriques de repérage dé position angulaire de rotation de l'organe tournant qui sont connectés en série avec les susdits moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement, dans le circuit électrique de 55 ces derniers, et, d'autre part, des moyens de traitement de signal qui reçoivent le signal composite issu du susdit montage en série et qui sont agencés pour séparer, dans ce signal composite, un signal de position angulaire de rotation de l'organe tournant autour de son axe de rotation et un signal de position angulaire de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant. To this end, a device for locating the angular position of a rotating member when it rotates about its axis of rotation is characterized in that it further comprises, on the one hand, electrical means for locating position angular rotation of the rotating member which are connected in series with the aforesaid electrical means for locating angular pivot position, in the electrical circuit of 55 the latter, and, on the other hand, signal processing means which receive the composite signal from the above series connection and which are arranged to separate, in this composite signal, an angular position signal of rotation of the member rotating about its axis of rotation and an angular position signal of pivoting of the axis of rotation of the rotating member.

Grâce à cet agencement, il n'est nécessaire de véhiculer qu'un seul et unique signal électrique, ci-dessus dénommé signal composite, qui contient les informations de position 65 angulaire de pivotement et les informations de position angulaire de rotation combinées ensemble. Il n'est donc pas nécessaire d'adjoindre au montage des conducteurs électriques pour transmettre un signal spécifique de position angulaire Thanks to this arrangement, it is only necessary to convey a single electrical signal, referred to above as a composite signal, which contains the information of angular position of pivoting and the information of angular position of rotation combined together. It is therefore not necessary to add to the assembly of the electrical conductors to transmit a specific angular position signal

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de rotation, et ce sont les conducteurs électriques déjà en place pour la transmission du signal de position angulaire de pivotement qui sont utilisés à cette fin. Du fait que le nombre de fils conducteurs n'est pas accru, il n'en résulte aucune influence perturbatrice sur la mobilité de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant. and the electrical conductors already in place for the transmission of the angular position signal are used for this purpose. Because the number of conducting wires is not increased, this does not result in any disturbing influence on the pivoting mobility of the axis of rotation of the rotary member.

Dans les cas les plus usuels, par exemple dans les appareils gyroscopiques, le pivotement de l'axe de rotation s'effectue en général de façon relativement peu rapide et le signal correspondant est un signal analogique ayant un spectre de fréquences basses, tandis que la rotation de l'organe tournant s'effectue à une vitesse assez élevée (par exemple plusieurs centaines de tours par seconde) et le signal représentatif de la position angulaire de l'organe tournant est à variations en général relativement rapides, par exemple du type impulsionnel; il est alors facile de traiter le signal composite obtenu en faisant comporter aux moyens de traitement dudit signal des moyens de filtrage passe-bas fournissant en sortie le susdit signal de position angulaire de pivotement et des moyens de filtrage passe-bande ou passe-haut fournissant en sortie le susdit signal de position angulaire de rotation. In the most usual cases, for example in gyroscopic devices, the pivoting of the axis of rotation is generally carried out relatively quickly and the corresponding signal is an analog signal having a low frequency spectrum, while the rotation of the rotating member takes place at a fairly high speed (for example several hundred revolutions per second) and the signal representative of the angular position of the rotating member is generally relatively rapid, for example of the pulse type ; it is then easy to process the composite signal obtained by having the means for processing said signal include low-pass filtering means supplying the above-mentioned angular pivot position signal and bandpass or high-pass filtering means providing at output the above signal of angular position of rotation.

Dans un mode de réalisation préféré, les moyens électriques de repérage de position angulaire de rotation de l'organe tournant comprennent au moins un aimant permanent ou analogue porté par l'organe tournant et au moins une bobine électrique portée par les moyens de suspension de manière que ladite bobine soit située au voisinage immédiat de la trajectoire suivie par le susdit aimant, cette bobine étant incluse dans le circuit électrique des moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant. In a preferred embodiment, the electrical means for locating the angular position of rotation of the rotating member comprise at least one permanent magnet or the like carried by the rotating member and at least one electric coil carried by the suspension means so that said coil is located in the immediate vicinity of the path followed by the above magnet, this coil being included in the electrical circuit of the electrical means for locating the angular position of pivoting of the axis of rotation of the rotary member.

Avantageusement, les moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant sont des moyens potentiométriques solidaires de l'axe de pivotement diamétral. Advantageously, the electrical means for locating the angular position of pivoting of the axis of rotation of the rotary member are potentiometric means integral with the diametrical pivot axis.

Dans un exemple de réalisation courant, utilisé en particulier dans les appareils gyroscopiques, les moyens de suspension sont des moyens de suspension à la Cardan comportant deux cadres pivotant autour de deux axes de pivotement sensiblement orthogonaux, des moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement étant associés à chacun des deux axes de pivotement. Dans ce cas, il est souhaitable, en vue d'obtenir une réalisation simple, que les moyens électriques de repérage de position angulaire de rotation de l'organe tournant soient inclus dans le circuit électrique des moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement du cadre extérieur des moyens de suspension à la Cardan. In a common embodiment, used in particular in gyroscopic devices, the suspension means are Cardan suspension means comprising two frames pivoting around two substantially orthogonal pivot axes, electrical means for locating angular pivot position being associated with each of the two pivot axes. In this case, it is desirable, with a view to obtaining a simple embodiment, for the electrical means for locating the angular position of rotation of the rotary member to be included in the electrical circuit of the electrical means for locating the angular position in which the pivoting position is external frame of the Cardan suspension means.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple illustratif et non limitatif ; dans cette description, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: The invention will be better understood on reading the detailed description which follows of a preferred embodiment given solely by way of illustrative and nonlimiting example; in this description, reference is made to the appended drawings, in which:

- La figure 1 est une vue très schématisée d'une partie d'appareil, tel que le cœur d'un appareil gyroscopique, agencé conformément à l'invention, et montré en perspective avec arrachement partiel, les organes non concernés par l'invention n'étant pas représentés par soucis de simplification et de clarté du dessin; - Figure 1 is a very schematic view of part of an apparatus, such as the heart of a gyroscopic apparatus, arranged in accordance with the invention, and shown in perspective with partial cutaway, the organs not concerned by the invention not being represented for the sake of simplification and clarity of the drawing;

- La figure 2 est une schéma électrique représentant un dispositif conforme à l'invention inclus dans l'appareil de la figure 1 ; et - Figure 2 is an electrical diagram showing a device according to the invention included in the apparatus of Figure 1; and

- Les figures 3A à 3C sont trois graphiques représentant à titre d'exemple les trois signaux électriques présents en trois points du circuit de la figure 2. - Figures 3A to 3C are three graphs showing by way of example the three electrical signals present at three points on the circuit of Figure 2.

La figure 1, à laquelle on se réfère tout d'abord, montre par exemple la partie centrale d'un appareil gyroscopique possédant un rotor 1 supporté à rotation, par l'intermédiaire de roulements 2, par une couronne 3. La couronne 3, coaxiale et concentrique au rotor 1, constitue le cadre extérieur d'une s suspension à la Cardan qui est supporté à rotation, par des tronçons d'axes 4, par un cadre intérieur 5 lui-même supporté à rotation par des tronçons d'axes 6 (perpendiculaires aux tronçons d'axes 4), portés par un mât fixe 7 solidaire du bâti de l'appareil. On peut noter que les axes 4 et 6 s'étendent io selon deux directions orthogonales diamétrales de la couronne 3 et ces deux directions sont elles-mêmes perpendiculaires à l'axe longitudinal 7a du mât fixe 7 ; de ce fait la rotation du rotor 1 s'effectue autour de l'axe A qui est l'axe de rotation ou axe de spin de l'appareil gyroscopique et le rotor 1 15 peut subir des dépointages angulaires par pivotement autour de son centre de pivotement 0 (point de concours des axes 7a, 6 et 4). FIG. 1, to which we refer first, shows for example the central part of a gyroscopic device having a rotor 1 supported in rotation, by means of bearings 2, by a crown 3. The crown 3, coaxial and concentric with the rotor 1, constitutes the outer frame of a Cardan suspension which is supported in rotation, by sections of axes 4, by an inner frame 5 itself supported in rotation by sections of axes 6 (perpendicular to the axis sections 4), carried by a fixed mast 7 secured to the frame of the device. It can be noted that the axes 4 and 6 extend io in two diametrical orthogonal directions of the crown 3 and these two directions are themselves perpendicular to the longitudinal axis 7a of the fixed mast 7; therefore the rotation of the rotor 1 takes place around the axis A which is the axis of rotation or spin axis of the gyroscopic apparatus and the rotor 1 15 can undergo angular deflections by pivoting around its center. pivot 0 (point of intersection of axes 7a, 6 and 4).

Un des tronçons d'axes 4 est supporté à rotation, à une de ses extrémités, par un codeur angulaire 8 fixé sur la couronne 20 3, de codeur angulaire étant un dispositif potentiométrique fournissant un signal électrique représentatif de l'angle de pivotement de la couronne 3 autour de l'axe 4 par rapport à une position de référence. De la même manière un autre codeur angulaire 9 est interposé entre une extrémité d'un 25 tronçon d'axe 6 et le cadre intérieur pour fournir un second signal électrique représentatif de l'angle de pivotement du cadre intérieur 5 autour de l'axe 6 par rapport à une position de référence. One of the axis sections 4 is rotatably supported, at one of its ends, by an angular encoder 8 fixed on the crown 20 3, the angular encoder being a potentiometric device providing an electrical signal representative of the pivot angle of the crown 3 around the axis 4 relative to a reference position. Similarly, another angular encoder 9 is interposed between one end of an axis section 6 and the inner frame to provide a second electrical signal representative of the pivoting angle of the inner frame 5 around the axis 6 relative to a reference position.

Par ailleurs, conformément à l'invention, le rotor 1 sup-30 porte un aimant permanent 10 qui, au cours de la rotation du rotor 1, décrit une trajectoire circulaire située en regard d'un capteur 11 porté par la couronne 3. Furthermore, in accordance with the invention, the rotor 1 sup-30 carries a permanent magnet 10 which, during the rotation of the rotor 1, describes a circular path located opposite a sensor 11 carried by the crown 3.

Comme représenté sur la figure 2 (sur laquelle les organes visibles sur la figure 1 sont affectés des mêmes références numériques), le capteur 11 est constitué par une bobine électrique montée en série avec le codeur angulaire 8 précité. Autrement dit, le codeur 8 comprend une piste résistive 12 dont les bornes sont reliées, par deux conducteurs 13 et 14, à deux bornes de tension +U et -U, respectivement, extérieures à l'appareil. Un curseur mobile en rotation, solidaire de l'axe A, comporte un premier contact mobile 15, portant sur la piste résistive 12, qui est relié à une borne de la bobine 11, tandis que l'autre borne de celle-ci est reliée à un second contact mobile 16 du curseur. Le contact mobile 16 porte sur une piste conductrice 17 qui est reliée par un conducteur 18 à une borne de sortie connectée à un filtre passe-bas 19 et à un filtre passe-bande ou passe-haut 20. As shown in FIG. 2 (in which the members visible in FIG. 1 are given the same reference numbers), the sensor 11 is constituted by an electric coil mounted in series with the above-mentioned angular encoder 8. In other words, the encoder 8 comprises a resistive track 12 whose terminals are connected, by two conductors 13 and 14, to two voltage terminals + U and -U, respectively, external to the device. A movable cursor in rotation, integral with the axis A, comprises a first movable contact 15, bearing on the resistive track 12, which is connected to a terminal of the coil 11, while the other terminal of the latter is connected to a second movable contact 16 of the cursor. The movable contact 16 relates to a conductive track 17 which is connected by a conductor 18 to an output terminal connected to a low-pass filter 19 and to a band-pass or high-pass filter 20.

Au cours de la rotation du rotor 1, chaque passage de l'ai-50 mant 10 en regard de la bobine 11 engendre, dans le circuit électrique dans lequel celle-ci est incluse, un signal impulsionnel qui se superpose au signal analogique représentatif de la valeur angulaire du pivotement de la couronne 3 par rapport à sa position de référence. Le signal de sortie Us ou signal 55 composite véhicule donc les deux informations relatives, d'une part, au pivotement de la couronne 3 autour de l'axe diamétral 4, et d'autre part, à la position angulaire du rotor au cours de sa rotation. Le signal Us peut avoir l'aspect représenté à la figure 3A. During the rotation of the rotor 1, each passage of the ai-50 mant 10 opposite the coil 11 generates, in the electrical circuit in which it is included, a pulse signal which is superimposed on the analog signal representative of the angular value of the pivoting of the crown 3 with respect to its reference position. The output signal Us or composite signal 55 therefore conveys the two pieces of information relating, on the one hand, to the pivoting of the crown 3 around the diametrical axis 4, and on the other hand, to the angular position of the rotor during its rotation. The signal Us can have the appearance shown in FIG. 3A.

60 A la sortie du filtre passe-bas 19 qui reçoit le signal Us, on recueille la composante basse fréquence présente dans ledit signal Us, autrement dit le signal Si représentatif du pivotement de la couronne 3, tandis qu'en sortie du filtre passe-bande ou passe-haut 20 qui reçoit également le signal Us, on 65 recueille la composante haute fréquence présente dans le signal Us, autrement dit le signal S2 représentatif de la rotation du rotor 1 autour de son axe de rotation A. 60 At the output of the low-pass filter 19 which receives the signal Us, the low frequency component present in said signal Us is collected, in other words the signal Si representative of the pivoting of the crown 3, while at the output of the pass-filter band or high pass 20 which also receives the signal Us, the high frequency component present in the signal Us is collected, in other words the signal S2 representative of the rotation of the rotor 1 around its axis of rotation A.

La durée T séparat deux impulsions successives du signal S2 The duration T separates two successive pulses of the signal S2

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représente la période de rotation du rotor 1 et ce signal S2 peut ainsi être utilisé de toute façon appropriée, par exemple pour servir de référence de fréquence pour d'autres circuits périphériques et/ou pour assurer une régulation de la vitesse de rotation du rotor. represents the period of rotation of the rotor 1 and this signal S2 can thus be used in any suitable manner, for example to serve as a frequency reference for other peripheral circuits and / or to ensure regulation of the speed of rotation of the rotor.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les 5 variantes. As goes without saying and as it already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more particularly envisaged; on the contrary, it embraces all 5 variants.

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2 feuilles dessins 2 sheets of drawings

Claims

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1. Device for locating the angular position of rotation, about an axis of rotation (A), of a rotating member (1) supported by means of suspension means (3 to 6) arranged to allow the pivoting of the aforesaid axis of rotation (A) at least in a diametral plane around a pivot axis (4) extending diametrically relative to the rotating member, electrical means for locating the angular pivot position (8) being provided between said suspension means and a fixed support part (7), characterized in that it further comprises, on the one hand, electrical means for locating the angular position of rotation (10,

11) of the rotating member (1) which are connected in series with the aforesaid electrical means for locating the angular pivot position (8) in the electrical circuit of the latter, and, on the other hand, means for processing signal (19, 20) which receive the composite signal (Us) from the above series connection and which are arranged to separate, in this composite signal, an angular position of rotation signal (S2) from the member rotating around its axis of rotation (A) and a signal for angular position of pivoting (Si) of the axis of rotation (A) of the rotating member (1).

2. Device according to claim 1, characterized in that the electrical means for locating the angular position of rotation of the rotating member comprise at least one magnet (10) carried by the rotating member (1) and at least one electric coil (11) carried by the suspension means so that said coil is located in the immediate vicinity of the path followed by the above magnet, this coil being included in the electrical circuit of the electrical means for locating the angular position of pivoting of the axis of rotation of the rotating member.

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3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical means for locating the angular position of pivoting of the axis of rotation (A) of the rotary member (1) are potentiometric means (8) integral with the diametrical pivot axis (4).

4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the suspension means are Cardan suspension means comprising two frames pivoting around two substantially orthogonal pivot axes (4,6), means electrics for locating the angular pivot position (8, 9) being associated with each of the two pivot axes.

5. Device according to claim 4, characterized in that the electrical means for locating the angular position of rotation (10, 11) of the rotary member (1) are included in the electrical circuit of the electrical means. For locating the angular position pivoting the outer frame of the Cardan suspension means.

6. Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the signal of angular position of pivoting (Si) is a signal with variations generally relatively slow and the signal of angular position of rotation (S2) is a signal of generally relatively rapid variations of the impulse type, and in that the aforesaid means for processing the composite signal comprise low-pass filtering means (19) supplying as output said angular pivot position signal (Si) and means high-pass or band-pass filtering (20) outputting said angular position of rotation signal (S2).

7. Gyroscopic device, in which the angular position of the rotor, during its rotation around its axis, is identified using a device according to any one of claims 1 to 6.