FR2519137A1 - Detecteur de position a deux axes pour dispositif a suspension magnetique - Google Patents
Detecteur de position a deux axes pour dispositif a suspension magnetique Download PDFInfo
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Abstract
LE DOMAINE CONCERNE PAR L'INVENTION EST CELUI DES DISPOSITIFS A SUSPENSIN MAGNETIQUE. L'INVENTION SE CARACTERISE PAR UN TRANSDUCTEUR CAPACITIF 10 CONSTITUE D'UNE PARTIE FIXE 11 ET D'UN ELEMENT MOBILE 12 SEPARES L'UN DE L'AUTRE PAR UN ENTREFER ANNULAIRE 13, LA PARTIE FIXE CONSISTANT EN CINQ ELECTRODES METALLIQUES 1-5 COLLEES SUR UN SUPPORT ISOLANT SOLIDAIRE DUDIT ORGANE FIXE, LES ELECTRODES PRECITEES ETANT DISPOSEES EN SORTE DE FORMER DEUX ANNEAUX DE MEME DIAMETRE SEPARES L'UN DE L'AUTRE SUIVANT LA DIRECTION DE LEUR AXE COMMUN, L'ANNEAU INFERIEUR 1 ETANT CONTINU ET L'ANNEAU SUPERIEUR ETANT CONSTITUE DE QUATRE MINCES FEUILLES METALLIQUES 2-3-4-5 SEPAREES PAR QUATRE ETROITS INTERSTICES D'EGALE LARGEUR DISPOSES A ANGLES DROITS. CE DETECTEUR EST UTILISE SUR LES DISPOSITIFS A SUSPENSION MAGNETIQUE DES VEHICULES SPATIAUX.
Description
1 - Détecteur de position à deux axes pour dispositif à suspension
magnétique
La présente invention concerne un dispositif perfec-
tionné destiné à être utilisé sur un dispositif à suspension magnétique rotatif pour détecter les déplacements raliaux et d'inclinaison du rotor du dispositif magnétique par rapport à son stator. Un dispositif à suspension magnétique avec lequel l'invention est concernée est un dispositif comprenant un stator et un rotor disposés coaxialement l'un autour
de l'autre sans aucun contact mécanique entre eux.
*Le stator ou le rotor comporte un aimant permanent dont le flux magnétique assure l'alignement axial du
rotor par rapport au stator Le stator porte égale-
ment des bobinages électriques, deux de ces bobinages étant centrés sur chaque axe de coordonnées dans le plan commun du stator et du rotor Ces bobinages engendrent dans l'entrefer annulaire entre le stator et le rotor, des champs magnétiques qui, d'une manière connuu an soi, se Lverit à cozitr 3 ibr la poaition radial_ du rotor par rapport au stator suivant les deux axes de coordonnées de leur plan commun A cet effet, les bobinages opposés qui contrôlent la position radiale le long d'un axe sont habituellement connectés en
série ou en parallèle dans une boucle de contrôle.
Lorsque le rotor se trouve écarté de sa position radiale centrée suivant l'axe X par exemple, le signal d'erreur de position se trouve traité électroniquement en sorte de faire circuler dans les deux bobinages associés à l'axe X un courant dans un sens ou en sens opposé selon la polarité du signal d'erreur Les champs magnétiques résultants sont alors tels que le flux magnétique de l'aimant permanent se trouve -2 - renforcé dans l'entrefer le plus large et se trouve affaibli dans l'entrefer le plus étroit Le rotor est alors plus fortement attiré vers le stator là o l'entrefer est le plus large, ce qui a pour effet de rétablir le rotor dans sa position centrée. Un dispositif à suspension magnétique de ce genre comporte nécessairement un dispositif de détection pour détecter la position radiale du rotor par rapport au stator et pour engendrer les signaux d'erreur électriques devant servir à la correction de position
du rotor.
Les détecteurs de position connus sont des dispositifs qui ont des dimensions physiques relativement petites
en comparaison des dimensions du rotor des dis-
positifs à suspension magnétique concernés ici Géné-
ralement, les détecteurs de position sont de type électro-optique dont des exemples typiques se trouvent décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NOà 4000929 et 4043614, Ces dispositifs connus
souffrent de l'une ou l'autre des importantes limita-
t 1 ons suivantes,
a) En raison de leurs faibles dimensions, les détec-
tours de position connus présentent un niveau de bruit relativement élevé dé aux irrégularités de la surface
du rotor et aux erreurs de forme ou de profil dezcelui-
ci Ce bruit est particulièrement gênant lorsque des
réseaux différentiateurs sont utilisés dans les cir-
cuits électroniques de contr 8 le; b) En général, les détecteurs de position connus sont étudiés pour être insensibles à tout ce qui n'est pas déplacement radial du rotor Il en résulte qu'ils ne
fournissent que très peu de signaux utiles pour con-
trôler les déplacements d'inclinaison et ces dispositifs ne sont donc pas de bons détecteurs lorsque l'on désire -3-
amortir de tels déplacements d'inclinaison.
c) Des circuits électroniques relativement complexes sont associés à la plupart des détecteurs de position
connus Cela est vrai en particulier pour les dispo-
sitifs à courant alternatif avec lesquels on utilise normalement des circuits de démodulation Une telle
complexité est préjudiciable à-la fiabilité du dispo-
sitif à suspension magnétique et à la facilité avec
laquelle il peut être mis en état de fonctionnement.
Les limitations évoquées ci-dessus sont éliminées grâce à l'invention par un dispositif de détection qui comprend un transducteur capacitif constitué d'une partie fixe et d'un élément mobile séparés l'un de l'autre par un entrefer annulaire, la partie fixe consistant en cinq électrodes métalliques collées sur un support isolant solidaire dudit organe fixe, les électrodes précitées étant disposées en sorte de former deux anneaux de même diamètre séparés l'un de l'autre suivant la direction de leur axe commun, l'anneau inférieur étant continu et l'anneau supérieur étant constitué de quatre minces feuilles métalliques séparées par quatre étroits interstices d'égale largeur disposés à angles droits L'élément mobile consiste en un mince anneau cylindrique métallique collé sur
un support isolant, solidaire dudit organe mobile.
Chaque paire d'électrodes diamétralement opposées de la partie fixe est connectée aux bornes d'une boucle de contrôle de position, et l'électrode Inférieure est connectée à une source de tension alternative.
Dans un mode d'exécution, la hauteur axiale de l'élé-
ment mobile est plus petite que celle de la partie fixe, l'élément mobile étant positionné par rapport à la partie fixe de telle manière qu'une partie de U mal-On Psu L-J-4 e-I -O an OI-1611-r O so un qe OZ senb Tiuep-F enb Til oelq uo Tsae Auoo op S 4 Tnoa To xnop 4 uo T 4 daouoo allemou op O anajonpqu-eji: un pueadmoo'uo Tiloe: 9 p op XT Tsods Tp el enb I To A uo am-&Tj el e Iue:jodej e S sono -T 49 ugem uo Tsuedsns 1 s J TlT 50 ds Tp op 8 e 7 lclmexe xnep' ans Oç UOT'411 e &UT à Tuoles uo Tjoaq 9 p op jnei:onpvuej% np aftluom
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disposés coaxialement avec entre eux un entrefer annu-
laire 13 La partie fixe consiste en cinq électrodes
1,2,3,4,5 collées sur un support isolant 14 (repré-
senté sur la figure 2) en sorte de former deux anneaux de même diamètre séparés l'un de l'autre suivant la direction de leur axe commun L'anneau inférieur 1 est constitué d'un mince anneau métallique continu et l'anneau supérieur est constitué de quatre minces feuilles métalliques 2, 3,4,5 séparées par quatre étroits interstices d'égale largeur disposeés à angles droits L'élément mobile 12 consiste en un mince cylindre métallique collé sur un support isolant 15 et disposé coaxialement autour de la partie fixe en étant séparé de celle-ci par un étroit entrefer radial 13 Lés extrémités supérieures des parties fixe et mobile sont généralement décalées axialement d'une certaine distance d, une partie de la hauteur des électrodes 2-5 dépassant le bord supérieur de
l'élément mobile 12.
L'anneau inférieur 1 de la partie fixe est connecté
à un oscillateur 30 engendrant une tension rectangu-
laire haute fréquence Les électrodes diamétralement opposées de l'anneau supérieur, c'est-à-dire les électrodes 2,4 et 3,5 sont connectées aux bornes
d'entrée de deux circuits de démodulation électroni-
ques identiques constitués de quatre diodes 21-24 montées en pont à proximité des électrodes 2-5 Le but de ces circuits de démodulation est de produire un signal de contrôle fiable et stable proportionnel au déplacement radial de l'élément mobile 12 par rapport à la partie fixe 11 du transducteur 10 Les bornes de sortie de chaque circuit de démodulation sont connectées
par des c Ables blindés 25 et 26 aux entrées d'un ampli-
ficateur opérationnel 27 qui forme avec le démodulateur un circuit de conversion électrique 20 destiné à
* convertir le signal du transducteur en un signal ana-
logique à courant continu Ec Celui-ci peut servir de signal de contrôle pour commander une boucle de contrôle, d'une manière connue en soi. Le fonctionnement du détecteur de position est expliqué
en se reportant-à la figure 2 sur laquelle est repré-
senté le circuit associé à un des axes de coordonnées X et Y Les références A et B désignent les largeurs
de l'entrefer 13 existant aux extrémités diamétrale-
ment opposées du transducteur 10 sur l'axe de coordon-
nées X surveillé.
Lorsque l'élément mobile du transducteur 10 est déplacé radialement de telle sorte que l'entrefer A est plus petit que l'entrefer B le couplage capacitif entre l'électrode 2 et l'anneau 12 est plus fort que le couplage entre l'électrode 4 et l'anneau 12 Pour les
alternances positives du signal d'excitation, la capa-
cité du câble blindé 25 est plus fortement-chargée à travers la diode 21 que l'est la capacité du c Able blindé 26 à travers la diode 22 Pour les alternances négatives du signal d'excitation, la capacité du câble blindé 26 se trouve chargée plus négativement à travers la diode 24 que l'est la capacité du câble blindé 25
à travers la diode 23 La tension à la sortie de l'am-
plificateur opérationnel 27 est alors négative.
Inversement, lorsque l'élément mobile 12 du transducteur
est déplacé radialement de telle sorte que l'entre-
fer A est plus grand que l'entrefer B la tension de
sortie de l'amplificateur opérationnel 27 est positive.
Il est important de remarquer que l'amplitude absolue des tensions haute fréquence qui apparaissent sur les -7- électrodes sont toujours considérablement plus élevées que les chutes de tension directes sur les diodes, même en l'absence de déplacement radial de l'élément mobile Il n'y a donc aucune perte de sensibilité due aux chutes de tension sur les diodes pour de
petits déplacements de l'élément mobile du transduc-
teur Pour assurer une relation linéaire entre la tension de sortie et le déplacement de l'élément mobile pour toute la gamme de déplacements, il faut que l'entrefer radial nominal entre la partie fixe et l'élément mobile soit choisi de telle manière que la différence des amplitudes des tensions haute fréquence qui apparaissent sur les électrodes surveillant le môme axe ( 2,4 et 3,5) soit toujours plus faible que la chute de tension directe sur les deux diodes en série, même lorsque l'élément mobile se trouve déplacé
au maximum.
Lorsque l'élément mobile 12 du transducteur se trouve incliné dans le sens du déplacement des aiguilles d'une montre autour de l'axe X, l'entrefer A devient plus petit que l'entrefer B et la tension à la sortie de l'amplificateur opérationnel 27 est négative comme
décrit plus haut pour un déplacement purement radial.
Lorsque l'inclinaison de l'élément mobile 12 se fait en sens inverse, l'entrefer A devient plus grand que
l'entrefer B et la tension à la sortie de l'amplifi-
cateur 27 est positive La sensibilit Eé à l'inclinaison est assurée grâce au fait que la hauteur axiale de l'élément mobile 12 est plus courte que celle de l'ensemble des anneaux de la partie fixe 11,d'une
distance d Pour des dispositifs à suspension magné-
tique et en particulier les dispositifs annulaires qui ont un diamètre grand par rapport à leur hauteur axiale, l'inclinaison de l'élément mobile 12 du transducteur 10 donne ainsi lieu à une variation différentielle considérable de la distance d aux électrodes diamétralement opposées, ce qui améliore sensiblement la sensibilité A défaut de cette distancé de dépassement d, les variations des largeurs radiales A et B de l'entrefer 13 seraient très faibles et il en résulterait une sensibilité
généralement insuffisante.
L'invention prévoit encore des dispositions particulères pour le montage du détecteur de position décrit dans ce qui précède en vue d'assurer une excellente stabilité de suspension au dispositif et assurer à la détection une excellente sensibilité aux mouvement d'inclinaison du rotor Ces dispositions particulières proposées se résument en deux points:
a) assurer un isolement électrostatique et électro-
magnétique entre le transducteur du détecteur de posi-
tion et la source du champ magnétique de suspension et b) réaliser un décentrement mécanique comme expliqué
plus loin en se référant aux figures 3 et 4 qui illus-
trent deux modes d'exécution typiques du détecteur selon l'invention et son intégration à deux exemples de roues à moment d'inertie telles qu'on en utilise
sur les véhicules spatiaux pour en contrôler l'atti-
tude La figure 3 montre, en coupe axiale, une roue
à moment d'inertie comprenant un dispositif de sus-
pension magnétique compact constitué d'un stator 31 et d'un rotor 32 disposé coaxialement autour de l'axe
commun Z Le stator 31 porte quatre bobinages électro-
magnétiques (non représentés) disposés de façon diamé-
tralement opposée sur les deux axes de coordonnées X et Y d'un même plan horizontal Le rotor 32 porte un aimant permanent annulaire désigné par la référence 33 Le dessin montre clairement le montage du transducteur 10 selon l'invention,qui a pour but de détecter les déplacements radiaux et d'inclinaison du rotor 32 par rapport au stator 31 La partie U Jnaiffluie-li: np ex-rj: a T: x 7 ad 1 B-l op -Z -seme-çxedns sopoil oeig soi jenbal suap Tn Iao 1 ggoddo gues el quep (enb TI pugum uo Tsuadsns op imippm ueld) q:Toqjd II le 4 uoz,ç moil ue Td nw:jodd-ej xied 9- llaoa j-ço 9 (essiem op ail ueo np ue-Ed) q:çoqxd I jejuoz Tjoiq ueld el: enb 1.80 U 09 TUUTIOUTIP s I-uameo,37 ldgp sep j: ç 4 T Ood D Uemeg - IST'l aome un xas T 7 leox znod ai Tesseogu uo TI Tpuoo aun Oç UOSTBUTIOUT&p:kuemeze-ldop ne esoddos Tnb je T Ael op 9-exq un:ku-on 4 T Isuoo Ci 4 mog l 4 UOTI Tued op anailoaq gp el Iud si Tnlàoid luemoolel:dpp op xnau ST 9 çz xne esuodgz ue uos Teu Tl:ou T&-p seoz O j: Seo op eolao Tj:j:e j Tl oe quemaes T 4 xomail jeanssep jamzed eloo ouo Toued -one op elga:kuoo op solonoq sel sud eelqelgj:luoo 19 vo T qie Aiasqo xoloj np uos Ti 3 u T-lou T, p sawoj: 991 aipuai op 4 amaed a eguleogp go *enb Ti:qu Sew Uo Tquedsns op Zej oz -a.iluel op jj u-e Tpgm lu:kuoz Tioq toe 7 ld 97 l l:e npuedsns elqmor-u-lil op assum op azilueo np I -l 91 uoz Tzoq ueld el e.z:uo CI 1:e Tre e Su Teopp el u Tssep e-r me enbauwej UO zolox np luemooe-ldmex el: Ie I:UTXB Imom - egeggp el Tssne o:T-lTovj:_ 9 L aujug wl -sonb Tilgu Z-em solno T 4 aud sel ailuoo jolels np uo T Ioe 4 oid op ue Xom op:a ao:u 4 S np sageu Tqoq sel inod enb Tueogm uo Tlj -ze:qoid op UOXGM op iluemajugg Z 108 STIBM Il kç x Oj Taig el kueijod enb sonb TI 9 ugemoiloelq sageu Tqoq sel le Ok O xnajonpsu-er: al aa:lua uezogp Imamelnas uou I Je S 9 au- j'es aqqe D a O: O z el: 49 'el qj:u G Jez -aaq-ueil stmp puel-9,9 48 a O::e:k S al einolue çnb enb TI 9 ugum uou enb TT Ie-49 m enb Tapu TI Xo eulvg eun ẻ To T e 4 s Tsuoo enb T:IU 400 jqoalg uelogrl -zç Z 010 j el snos qx Tj çk i:uelos-T I xoddns un ans q:uom jse inalonpstoea 4 np Z ai Tqom 4 uemalgil la aolel 9 el onos qx Tj luulos T jjoddns un xnà agluom Iqe "il i:é ZIL sepo iq oe-lg sel j To A uo;uop 'inalonpsueil np ex Tj
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Claims (2)
1 à 4,
caractérisé en ce que chaque paire d'électrodes diamétralement opposées ( 2,4; 3,5) de la partie fixe ( 11) du transducteur est connectée à un circuit de démodulation constitué de quatre diodes ( 21-24) montées en pont et situées à proximité des électrodes
( 2-5) précitées, la sortie dudit circuit de démodula-
tion étant connectée à une boucle de contrôle et produisant
un signal représentatif du déplacement radialde l'élé-
ment-mobile ( 12) par rapport à la partie fixe ( 11) du transducteur. VDP
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8124241A FR2519137A1 (fr) | 1981-12-24 | 1981-12-24 | Detecteur de position a deux axes pour dispositif a suspension magnetique |
| US06/451,551 US4562430A (en) | 1981-12-24 | 1982-12-20 | Position detection device for magnetic bearing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8124241A FR2519137A1 (fr) | 1981-12-24 | 1981-12-24 | Detecteur de position a deux axes pour dispositif a suspension magnetique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2519137A1 true FR2519137A1 (fr) | 1983-07-01 |
| FR2519137B1 FR2519137B1 (fr) | 1984-05-04 |
Family
ID=9265406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8124241A Granted FR2519137A1 (fr) | 1981-12-24 | 1981-12-24 | Detecteur de position a deux axes pour dispositif a suspension magnetique |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4562430A (fr) |
| FR (1) | FR2519137A1 (fr) |
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