FR2554581A1 - Detecteur angulaire electromagnetique - Google Patents

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Abstract

SELON UNE VARIANTE DE REALISATION DE L'INVENTION, LE DISPOSITIF COMPREND UN NOYAU MAGNETIQUE COMPRENANT TROIS PARTIES CYLINDRIQUES 4, 3, 5 SUR LESQUELLES SONT RESPECTIVEMENT MONTES LES ENROULEMENTS 17, 18 ET 19. L'ENROULEMENT 4 EST RELIE A UNE SOURCE DE COURANT PERIODIQUE. LES ENROULEMENTS 18 ET 19 IDENTIQUES, MAIS MONTES EN SENS INVERSE, SONT RELIES EN SERIE. LES TROIS PARTIES CYLINDRIQUES SONT SEPAREES PAR DES FLASQUES 7 ET 8. UNE CAME 12 COMPRENANT DES ELEMENTS DE CAME 13 ET 14 DISSYMETRIQUES EST MONTEE SUR UN AXE ROTATIF 15 EN FACE DES FLASQUES 7 ET 8. LORS DE LA ROTATION DE LA CAME 12, UNE FORCE ELECTROMOTRICE VARIABLE APPARAIT AUX BORNES EXTREMES DES ENROULEMENTS 18 ET 19. APPLICATION COMME CAPTEUR ANGULAIRE OU COMME COMPTE-TOURS.

Description

La présente invention concerne un détecteur angulaire électromagnétique également utilisable comme compte tours.
Il est actuellement connu de réaliser des détecteurs de déplacements comprenant un potentiomètre de haute précision comportant un curseur relié à l'objet dont on souhaite mesurer le déplacement. Un tel dispositif donne de bons résultats, mais le frottement du curseur sur ltélément resistif du potentiomètre provoque une usure d'autant plus grande que les déplacements sont plus fréquents ou plus rapides. En particulier, dans le cas d'une machine tournante, l'usure peut être très rapide, spécialement lorsque la machine tourne à des vitesses de plusieurs milliers, voire plusieurs dizaines de milliers de tours par minute.
En conséquence, il a e été proposé plus particulièrement pour les machines tournantes de réaliser des dispositifs détecteurs de déplacements comportant un mécanisme optique, notamment par le moyen-de dispositifs successivement transparents et opaques suivant un certain code, éclairés par une source de lumière. Le faisceau est ainsi modulé suivant le code choisi et sa transformation en signal électrique par des moyens appropriés fournit une mesure de l'angle et de la vitesse de rotation. Un tel dispositif ne comporte pas de pièces en frottement, mais nécessite un état de propreté permanent des différents élements afin d'assurer une bonne transmission de la lumière, ce qui n'est pas toujours compatible avec les conditions de pollution existant dans les ateliers où sont utilisées les machines.
Enfin, il a e été réalisé des détecteurs angulaires électromagnétiques. Ainsi, le brevet américain NO 4.013.911 décrit un détecteur de déplacements comportant un noyau magnétique, un enroulement primaire disposé autour du noyau et relie à une source de courant périodique, au moins deux enroulement secondaires identiques, reliés en série et disposés de façon symétriaue au sens électromagnétique par rapport à l'enroulement primaire et selon des orientations opposées l'un par rapport à l'autre et une came mobile montee sur un axe à proximité du noyau magnétique et créant, lors de son déplacement, une perturbation dissymétrique du flux magnétique dans les enroulements secondaires.Toutefois, dans ce dispositif7la came comporte un seul élément et, pour des vitesses de rotation élevées, la variation du signal de sortie n'est pas assez brutale pour permettre une bonne détection.
Un but de la présente invention est de proposer un détecteur angulaire qui puisse être utilisé dans des conditions très diverses, tout en procurant un signal de sortie caractéristique permettant une bonne détection de la position de l'élément mobile
Pour cela, on prévoit un détecteur angulaire électromagnétique comportant un noyau magnétique, un enroulement primaire disposé autour du noyau et relié à une source de courant periodique, au moins deux enroulements secondaires identiques reliés en série, disposés de facon symétrique au sens électromagnétique, par rapport à l'enroulement primaire et selon des orientations opposées l'un par rapport à l'autre, et une came mobile montée sur un arbre à proximité du noyau magnétique et créant, lors de son déplacement, une perturbation dissymétrique du flux magnétique dans les enroulements secondaires, dans lequel, selon l'invention, la came mobile comprend deux éléments de came identiques ayant chacun un profil présentant un décrochement et disposés sur l'axe de rotation dans des positions se correspondant par retournement autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre et passant par le décrochement du profil.
Ainsi, on obtient, lors de la rotation de la came, au niveau du decrochement, une inversion brutale de la tension aux bornes extrêmes des enroulements secondaires.
Selon une version avantageuse de l'invention, les extrémités du décrochement de chaque élément sont reliées par un profil variant de façon continue.
Ainsi, le signal de sortie est en dent de scie, ctest-à-dire comporte une partie fonction lineaire de l'angle de rotation et, d'autre part, une partie constituée d'une droite sensiblement verticale qui correspond au décrochement.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les éléments de came ont une forme d'enveloppe de spirale.
Ainsi, la variation du flux est obtenue par une variation de l'entrefer entre la came et l'enroulement secondaire correspondant.
Selon une variante de réalisation de l'invention, les éléments de came sont constitués par les parties extremes d'un cylindre à base circulaire dont la face latérale est découpée en dent de scie. Ainsi, l'entrefer entre la came et l'enroulement secondaire reste constant et la variation du signal de sortie est obtenue par une variation des surfaces en regard.
Selon d'autres caractéristiques spécifiques de l'invention et propres aux différentes variantes, le noyau magnétique comprend trois parties cylindriques sur lesquelles sont respectivement montés l'enroulement primaire et les enroulements secondaires, chaque partie cylindrique étant séparée de la partie adjacente par un flasque cylindrique de plus grand diamètre que la partie cylindrique portant l'enroulement; les flasques cylindriques comportent un bossage de faible largeur disposé en regard de l'organe mobile.
Selon encore une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte, entre les bornes extrêmes des enroulements secondaires, un moyen de détection de courant synchrone avec la phase du courant alimentant l'enroulement primaire et un moyen de filtrage du courant détecté; l'enroulement primaire est une partie d'un circuit oscillant dont la sortie est connectée à la grille d'un transistor à effet de champ, tandis que les autres bornes du transistor à effet de champ sont respectivement reliées à une borne extrême de l'un des enroulements secondaires et à l'entrée d'un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est petite devant la fréquence du courant alimentant l'enroulement primaire.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résulteront encore de la description qui va suivre.
Aux dessins annexés, donnés à titre non limitatif:
- la figure l est une vue en élévation du dispositif selon l'invention, le boîtier étant coupé selon le plan I-I de la figure 2-;
- la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1, le boîtier étant coupé selon le plan
II-II de la figure 1;
- la figure 3 est une vue en perspective d'une variante de réalisation de came;
- la figure 4 est un diagramme schématique d'un exemple de réalisation d'un circuit de détection associé au dispositif selon l'invention;
- la figure 5 est un diagramme du signal obtenu à la sortie du dispositif de détection avec un organe mobile rotatif.
On se référera maintenant à la figure 1 où l'on a représenté un premier mode de réalisation du détecteur angulaire selon l'invention.
Le dispositif comporte un boitier 1 dans lequel est disposé un noyau magnétique généralement désigné en 2, réalisé en un matériau à haute permitivité et faible perte, par exemple en ferrite. Le noyau comporte trois parties cylindriques de section circulaire 3, 4, 5, séparées par des flasques de forme généralement circulaire à section cylindrique 6, 7 et comportant à leurs extrémités des flasques cylindriques 8, 9. Les parties cylindriques 3 à 5 et les flasques 6 à 9 sont réalisés en une seule pièce, de sorte qu'il existe une continuité magnétique parfaite entre ces différents éléments. Le flasque 6 comporte, en outre, un bossage 10 de faible largeur s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la surface externe du flasque 6. De la même façon, le flasque 7 comprend un bossage 11 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la surface externe du flasque 7. Les deux bossages 10 et 11 s'étendent dans une même direction et font face à une came 12 comprenant un élément de came supérieur 13, plus particulièrement monté en face du bossage 10 et un élément de came inférieur 14, plus particulièrement monté en face du bossage 11.
Les deux éléments de came sont montés sur un arbre 15 passant à travers une ouverture du boîtier 1 et maintenus en place dans le boîtier par un palier 16 permettant une rotation aisée de l'arbre 15, tout en empêchant un déplacement axial de celui-ci. En particulier, le palier 16 peut être constitué par un roulement à aiguilles permettant d'entraîner la came 12 à une vitesse de rotation de plusieurs dizaines de milliers de tours par minute sans perturbation du fonctionnement de la machine à laquelle le dispositif détecteur de déplacements est associe.
Un enroulement 17 est monté sur la partie cylindrique 4 et est raccordé à une source de courant périodique par exemple un oscillateur délivrant un courant alternatif.
Des enroulements 18, 19 sont respectivement montés sur les parties cylindriques 3 et 5. Les enroulements 18 et 19 sont identiques, mais sont respectivement montés sur les parties cylindriques 3et5 selon des orientations opposées.
Les enroulements 18 et 19 sont montés en série en reliant entre elles leurs extrémités adjacentes à l'enroulement 17.
Par ailleurs, les parties cylindriques 3 et 5 sont identiques, de sorte que l'on obtient une structure électromagnétiquement symétrique par rapport à l'enrou- lement primaire 17 porté par la partie cylindrique 4.
On comprendra que, dans ces conditions et en l'absence de la came 12, l'enroulement primaire 17, alimenté par un courant périodique, crée dans les enroulements 18 et 19 des forces électromotrices induites, égales en valeur absolue, mais de sens opposé, de sorte que l'on obtiendrait une force électromotrice nulle entre les bornes extrêmes des enroulements 18 et 19.
Selon une forme de réalisation représentée sur les figures 1 et 2, l'élément de came 13 est un cylindre dont les génératrices sont parallèles à'axe de rotation 15 et dont la base est en forme d'enveloppe de spirale, c'est-à-dire que son rayon varie de façon continue en fonction de l'angle entre les deux extrémités d'un décrochement radial 20. L'élément de came 14 a une forme identique à l'élément de came 13, mais est disposé par rapport à celui-ci selon une position correspondant à un retournement autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre 15 et passant par le décrochement 20 du profil de l'élément de came. Pour une meilleure compréhension, l'élément de came 13 a été représenté en trait épais sur les figures 1 et 2.
Ainsi, lorsque l'arbre 15 sera soumis à un mouvement de rotation, les distances dl, d2 existant respectivement entre l'élément de came 13 et le bossage 10 d'une part et l'élément de came 14 et le bossage 11 d'autre part, vont varier de manière opposée et créer des perturbations du champ magnétique créé par l'enroulement 17 dans des sens variant de façon inverse. Ainsi, les forces électromagnétiques induites dans les enroulements 18 et 19 vont être différentes, de sorte qu'une force électromagnétique variable apparattra aux bornes extrêmes des enroulements 18 et 19 lors de la rotation de l'arbre 15.
A ce propos, on notera que la perturbation est essentiellement créée par les parties des éléments de came 13 et 14 qui font face aux bossages 10 et 11.
Pour des raisons de facilité de fabrication, les éléments de came 13 et 14 ont été représentés accolés et formant une seule pièce. On comprendra qu'ils peuvent être réalisés sous forme de deux éléments séparés correspondant chacun seulement à la hauteur des flasques 6 et 7.
Suivant une variante préférée de réalisation, le dispositif comporte un moyen de détection de courant représenté schématiquement par un bloc 21 sur la figure 2 et relié à l'extérieur par des bornes 22 et 23 permettant de relier le dispositif selon l'invention à un appareil d'affichage ou d'enregistrement.
Selon cette variante préférée comportant un moyen de détection de courant synchrone avec la phase du courant alimentant l'enroulement primaire 17, le circuit comprend, ainsi que cela est représenté sur la figure 4, un étage d'oscillateur comprenant l'enroulement primaire 17 monté entre une borne d'entrée et la borne de sortie d'un amplificateur différentiel 24 dont cette même entrée est reliée à la masse par une résistance 25, l'autre entrée de l'amplificateur différentiel 24 étant reliée au point médian entre deux résistances 26 et 27, l'autre extrémité de la résistance 27 étant reliée à la masse, tandis que l'autre extrémité de la résistance 26 est reliée à la sortie de l'amplificateur différentiel 24.Un étage de détection synchrone est obtenu en reliant la sortie de l'amplificateur différentiel 24 à la grille d'un transistor à effet de champ 28 par l'intermédiaire d'une résistance 29.
Par ailleurs, l'ensemble constitué par les enroulements 18 et 19 reliés en série est mis à la masse à l'une de ses bornes extrêmes, tandis que l'autre borne extrême est reliée à l'une des bornes du transistor à effet de champ 28, l'autre borne du transistor à effet de champ étant reliée à un étage d'amplification-filtrage.
L'étage d'amplification-filtrage comporte une source d'alimentation en courant continu 30 aux bornes de laquelle est montée une résistance 31. Une résistance 32 est montée en potentiomètre sur la résistance 31 et est reliée à une résistance 33, à un condensateur 34 et à une entrée d'un amplificateur différentiel 35. La résistance 33 est reliée à une résistance 36 et à un condensateur 37 dont l'autre borne est mise à la masse. La borne de la résistance 36 opposée à la résistance 33 est reliée au condensateur 34 et à la ligne de sortie de l'amplificateur différentiel 35. La deuxième entrée de l'amplificateur différentiel 35 est reliée à la masse.L'une des bornes du transistor à effet de champ 28 est reliée à la première entrée de l'amplificateur différentiel 35 par l'intermédiaire de deux résistances 38 et 39 dont le point médian est relié à l'une des bornes d'un condensateur 40 dont l'autre borne est mise à la masse.
A titre d'exemple, en utilisant le dispositif décrit en liaison avec les figures 1 et 2 et le moyen de détection décrit en liaison avec la figure 4, on obtient, à la sortie
S du circuit de détection, le signal qui est représenté sur la figure 5, en fonction de l'angle de rotation de la came, l'angle de départ correspondant au moment où le décrochement 20 des éléments de came 13 et 14 se trouve respectivement en face des bossages 10 et 11 comme représentés sur la figure 2.
On obtient ainsi une courbe comprenant une droite sensi blement verticale au niveau des valeurs 0+t X de l'angle de rotation (K étant un nombre entier). Cette droite correspond à une inversion brutale de la tension pour une petite variation d'angle & @ . Entre les valeurs de l'angle de rotation provoquant-une inversion brutale, le signal de sortie comporte une partie qui est une fonction linéaire de l'angle de rotation.
Sur la variante de réalisation représentée sur la figure 3, la came 12a a la forme d'un cylindre à base circulaire dont la face latérale est découpée en dent de scie et forme ainsi, entre les extrémités des décrochements 2osa, des pistes hélicoldales 42 et 43 qui se correspondent par retournement.
Bien que la figure 3 ait été représentée à une échelle différente de celle des figures 1 et 2, on comprendra aisément que, selon une réalisation préférée, le cylindre a, au niveau des décrochements 20a, une hauteur égale à la distance qui sépare la face supérieure du flasque 6 de la face inférieure du flasque 7 et les décrochements 20a ont une hauteur égale à l'épaisseur des flasques 6 et 7. Ainsi, contrairement au mode de réalisation précédents, les distances dl et d2 sont égales et restent constantes, mais la perturbation dans les entrefers est cependant dissymétrique en raison de la différence de surface perturbatrice en regard des bossages 10 et 11.
Dans la variante représentée, le cylindre est creux et est emmanché à force sur un manchon cylindrique 41 en matériau non magnétique. Selon une autre variante, la came est réalisée directement par moulage d'une masse ou, au contraire, est séparée en deux disques épais présentant un profil en dent de scie
On notera qutà partir de la force électromotrice obtenue aux bornes extrêmes des enroulements 18 et 19, il est possible d'obtenir différentes informations en adaptant le circuit électronique traitant ce signal.
Ainsi, il sera possible de transformer le capteur angulaire en liaison avec les figures 1 et 2 en un compte tours en prévoyant, à la sortie du dispositif détecteur, un filtre ne laissant passer que les forces électromotrices supérieures a' un certain niveau, de sorte que le signal détecté se présentera sous forme d'une série de signaux ponctuels qui pourront être comptés par un dispositif électronique approprié bien connu et qui permettra d'afficher directement la vitesse de rotation.
De même, le dispositif selon l'invention pourra être utilisé simplement pour donner un affichage de l'information recherchée ou, au contraire, être associé à un asservissement et constituer ainsi un élément d'une chaîne de régulation automatique, par exemple pour maintenir une machine à une vitesse de rotation prédéterminée.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention.
En particulier, il n'est pas nécessaire que le noyau magnétique soit rectiligne, il suffit qu'il soit symétrique du point de vue électromagnétique par rapport à l'enroulement primaire, la forme des éléments de came est donc adaptée à la configuration de chaque noyau.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Détecteur angulaire électromagnétique comportant un noyau magnétique, un enroulement primaire (17) disposé autour du noyau et relié à une source de courant périodique, au moins deux enroulements secondaires (18, 19) identiques reliés en série, disposés de façon symétrique,au sens électromagnétique par rapport à l'enrou- lement primaire (17) et selon des orientations opposées l'un par rapport à l'autre, et une came mobile (12) montée sur un arbre (15) à proximité du noyau magnétique et créant, lors de son déplacement, une perturbation dissymétrique du flux magnétique dans les enroulements secondaires (18, 19), caractérisé en ce que la came mobile comprend deux éléments de came (13, 14, 42, 43) identiques, ayant chacun un profil présentant un décrochement (20, 20a) et disposés sur l'axe de -rotation dans des positions se correspondant par retournement autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre (15) et passant par le décrochement (20, 20a) du profil.
2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités du décrochement (20, 20a) de chaque chaque élément de came sont reliées par un profil variant de façon continue par rapport à l'axe de rotation de la came.
3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de came (13, i4) ont une forme d'enveloppe de spirale.
4. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de came sont constitués par les parties extrêmes (42, 43) d'un cylindre à base circulaire dont la face latérale est découpée en dent de scie.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dont le noyau magnétique comprend trois parties cylindriques (4, 3, 5) sur lesquelles sont respectivement montés l'enroulement primaire (17) et les enroulements secondaires (18, 19), caractérisé en ce que chaque partie cylindrique est séparée de la partie adjacente par un flasque cylindrique (6, 7) de plus grand diamètre que la partie cylindrique portant l'enroulement.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les flasques cylindriques (6, 7) comportent un bossage (10, 11) de faible largeur, disposé en regard de l'organe mobile.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte, entre les bornes extrêmes des enrouîementssecondaires (18, 19), un moyen de détection de courant synchrone avec la phase du courant alimentant l'enroulement primaire et un moyen de filtrage de courant détecté.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'enroulement primaire (7) est une partie d'un circuit oscillant dont la sortie est connectée à la grille d'un transistor à effet de champ (28), tandis que les autres bornes du transistor à effet de champ sont respectivement reliées à une borne extrême de l'un des enroulements secondaires (19) et à l'entrée d'un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est petite devant la fréquence du courant alimentant l'enroulement primaire.
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