FR2599137A1 - Dispositif de mesure de la position angulaire entre deux organes mobiles l'un par rapport a l'autre - Google Patents

Dispositif de mesure de la position angulaire entre deux organes mobiles l'un par rapport a l'autre Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE MESURE DE LA POSITION ANGULAIRE ENTRE DEUX ORGANES MOBILES L'UN PAR RAPPORT A L'AUTRE. CE DISPOSITIF DE MESURE COMPREND: UN PREMIER INDEX METALLIQUE 40, SUPPORTE PAR LE NOYAU 40A D'UNE BOBINE 40B ET ASSOCIE A UN PREMIER ORGANE; UN SECOND INDEX METALLIQUE 5 SUPPORTEE PAR LE NOYAU 5A D'UNE SECONDE BOBINE 5B ET ASSOCIEE A UN SECOND ORGANE; UN MOYEN D'AIMANTATION 7 ANIME D'UN MOUVEMENT PERIODIQUE AU COURS DUQUEL IL PASSE, A VITESSE SENSIBLEMENT CONSTANTE, DEVANT LES PREMIER ET SECOND INDEX 40, 5 POUR INDUIRE DES PREMIER ET SECOND SIGNAUX, EN SORTIE DES PREMIERE ET SECONDE BOBINES 40B, 5B RESPECTIVEMENT; UN CIRCUIT DE TRAITEMENT RECEVANT LES PREMIER ET SECOND SIGNAUX, ET MESURANT LE TEMPS S'ECOULANT ENTRE L'EMISSION DE CES SIGNAUX POUR CALCULER LA VALEUR DE L'ECART ANGULAIRE TA ENTRE LES ORGANES. L'INVENTION TROUVE APPLICATION DANS TOUT TYPE D'INDUSTRIE.

Description

La présente invention concerne un capteur de position et a notamment pour objet un dispositif de mesure de la position angulaire entre deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre.
On connait déjà des dispositifs de mesure permettant de déterminer la position angulaire entre deux organes mobiles en -rotation l'un par rapport à l'autre.
Ces dispositifs utilisent généralement des codeurs optiques absolus ou des potentiomètres. Mais de tels appareils présentent des inconvénients, en particulier leur complexité et coût de fabrication, et leur faible fiabilité.
L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur : elle a pour objet un dispositif de mesure de la position angulaire entre deux organes mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre, qui soit fiable et peu coûteux.
Pour ce faire, ce dispositif de mesure de position angulaire entre des premier et second organes mobiles l'un par rapport à l'autre comprend un premier index métallique, supporté par le noyau d'une première bobine et associé audit premier organe, un second index métallique, supporté par le noyau d'une seconde bobine et associé audit second organe, un moyen d'aimantation animé d'un mouvement périodique au cours duquel il passe, à vitesse sensiblement constante, devant les premier et second index pour induire des premier et second signaux, en sortie des première et seconde bobines respectivement, un circuit de traitement, recevant lesdits premier et second signaux, et mesurant le temps s'écoulant entre l'émission des premier et second signaux pour calculer la valeur de l'écart angulaire entre les premier et second organes.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le moyen d'aimantation est un aimant solidaire d'un arbre moteur rotatif dont l'axe est coaxial à l'axe de rotation du second index précité confondu à l'axe de rotation du noyau de la seconde bobine précitée.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de la présente invention
- la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif selon un second mode de réalisation de la présente invention
- la figure 3 est une vue en coupe selon un troisième mode de réalisation de la présente invention
- la figure 4 est une vue en coupe selon un quatrième mode de réalisation ; et
- la figure 5 est une représentation du diagramme des temps de signaux selon un mode quelconque de réalisation de la présente invention.
En se référant tout d'abord à la figure dispositif de mesure de la position angulaire selon la présente invention comprend un bottier 1 dans lequel sont montés un moteur électrique 2, par exemple du type continu à rotor bobiné, d'arbre moteur 6 supportant un tambour 3, un premier index métallique 4 situé au voisinage de la périphérie dudit tambour 3, et un second index 5 situé en dessous dudit tambour.
Le premier index 4 comprend une partie 4A formant noyau d'une bobine 4B et est monté de façon fixe dans le boîtier 1. Le second index 5 comprend une première partie 5A située dans le prolongement de l'arbre moteur 6, formant le noyau d'une bobine 5B, et rotative par rapport à un axe coaxial à l'axe de l'arbre moteur 6, et une seconde partie 5C faisant saillie latéralement à ladite première partie 5A pour former la partie index proprement dite, et située au voisinage de la périphérie du tambour 3 pour une rotation concentrique à ce dernier.
Ce second index 5 est réalisé rotatif dans le boîtier 1 et relativement au tambour 3 au moyen de rouléments 8.
Le tambour 3 est muni à sa périphérie d'un moyen d'aimantation 7, qui peut être une barre aimantée, rapportée sur le tambour parallèlement à l'axe de rotation de celui-ci, ou, de manière préférentielle, une partie aimantée du tambour, ce dernier étant réalisé par exemple en plastoferrite. Ce mode préférentiel présente l'avantage d'éviter un équilibrage du tambour, celui-ci étant de densité uniforme.
Le premier index 4 est relié à un circuit de traitement 10 ou micro-calculateur au moyen d'un circuit de remise en forme des signaux 9A. De la même façon, le second index 5 est relié audit circuit de traitement 10 au moyen d'un circuit de remise en forme des signaux 9B.
Ainsi, les sorties respectives du circuit de remise en forme 9A et 9B représentent des entrées respectives indépendantes du micro-calculateur 10.
Le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2 diffère du premier mode en ce que le moteur et le tambour portant le moyen aimanté ont été réalisés en une seule pièce représentée en 23. Cette pièce 23 est ici un rotor en plastoferrite sur lequel on a aimanté les pôles du moteur 70 d'une part et un pôle 7 constituant le moyen aimanté d'autre part. Les pales 70, de préférence au nombre de 5 mais dont deux seulement sont visibles sur la figure, sont aimantés sur une hauteur égale à environ la moitié de la hauteur du rotor 23, le pôle 7 étant aimanté sur la moitié de la hauteur restante. Le rotor 23 est mis en mouvement par trois bobinages 2A fixes dont deux seulement sont visibles sur la figure.Ce mode de réalisation présente l'avantage d'augmenter la fiabilité du dispositif de mesure par la suppression des contacts frottants d'un moteur électrique à rotor bobiné.
Le troisième mode de réalisation représenté à la figure 3 diffère des deux premiers modes en ce que le premier index 40 est réalisé mobile dans le bottier 1 et mobile par rapport à l'arbre moteur 6A du moteur électrique 2 au moyen de roulements 11.
Ce premier index 40 est composé d'une première partie 40A formant noyau d'une bobine 40B et d'une -seconde partie 40C formant l'index proprement dit et réalisé saillant latéralement à ladite première partie pour se placer au voisinage de la périphérie d'un --tambour 3A et pour un déplacement concentrique à ce dernier.
Les deux index 40 et 5, sont situés de part et d'autre d'un moteur électrique 2 qui entraîne en rotation un arbre moteur 6A, respectivement 6B. Entre ledit moteur électrique 2 et chacun des index 40, 5 est agencé sur l'arbre moteur 6A, respectivement 6B, et en rotation avec lui un tambour 3A, respectivement 3B muni d'un moyen d'aimantation 7A, respectivement 7B, analogue au moyen d'aimantation 7 de la figure 2. Le second index mobile en rotation 5 est conformé de la meme façon que dans les premiers modes de réalisation.
Le quatrième mode de réalisation représenté à la figure 4 diffère du troisième mode en ce que le moteur et l'un des tambours ont été réalisés en une seule pièce représentée en 23A. Cette pièce 23A est analogue à la pièce 23 de la figure 2 : elle est constituée d'un rotor -en plastoferrite sur lequel on a aimanté les pôles 70A du moteur d'une part et un pôle 7A constituant le moyen aimanté du tambour d'autre part. Les pôles 70A, de préférence au nombre de 5 mais dont deux seulement sont visibles sur la figure, sont aimantés sur une hauteur égale à environ la moitié de la hauteur du rotor 23A, le p8le 7A étant aimanté sur la moitié de la hauteur restante. Le rotor 23A est mis en mouvement par trois bobinages 20A fixes dont deux seulement sont visibles sur la figure.
Le deuxième tambour 3B ne diffère pas du tambour 3B de la figure 3 sauf par le fait qu'il n'est pas mis en rotation par le moteur 2 mais par le rotor 23A. Ce mode de réalisation présente l'avantage, par rapport à celui de la figure 3, d'augmenter la fiabilité du dispositif par la suppression des contacts frottants d'un moteur électrique à rotor bobiné.
Dans le dispositif selon la présente invention, le second index est toujours mobile, étant solidaire de l'organe dont on veut mesurer la déviation angulaire mais, le premier index peut être fixe ou mobile indifféremment. Quand le premier index est fixe, la partie formant index 4A et la partie formant noyau sont confondues.
En ce qui concerne les index mobiles, les parties formant respectivement noyau et index proprement dit sont réalisées en une seule pièce.
La figure 5 montre schématiquement les signaux respectifs B1 et B2 en sortie du circuit de remise en forme des signaux 9A, 9B associés aux premier 4, 40 et second index 5.-Le signal B1 correspondant au premier index 4, 40 est un signal impulsionnel apparaissant à des périodes Ts. Le signal B2 correspondant au second index 5 est également un signal impulsionnel apparaissant à un temps t après l'émission de la première impulsion B1.
Le dispositif selon la présente invention fonctionne de la façon suivante
le premier index 4, 40 qui peut être fixe ou mobile selon les modes de réalisation, est associé à un premier organe de référence non représenté. Le second index mobile 5 est associé à un deuxième organe, non représenté lié à l'appareil dont on veut mesurer la déviation angulaire à tout moment lors de sa rotation.
Le moteur électrique 2 entrasse directement le tambour 3 qui porte le moyen d'aimantation à sa périphérie. Ainsi, en se réfèrant notamment aux figures 1 et 2 du dispositif de mesure angulaire, le moyen aimanté est entralné en rotation et passe devant le premier index 4 et devant le second index 5.
Au passage de l'aimant devant chacun des index, une tension est induite aux bornes des bobines ; la tension existant dans la première bobine 4B est transformée en un signal électrique convenable B1 pour attaquer une première entrée du micro-calculateur 10 au moyen d'un circuit de remise en forme de signaux 9A ; ce signal est considéré comme signal de référence. La tension induite aux bornes de la bobine 5B du deuxième index est également transformée en signal électrique B2 convenable pour attaquer une deuxième entrée du microcalculateur 10 par un circuit de remise en forme des signaux 9B ; ce signal est le signal de déviation angulaire. Ces signaux sont du type impulsionnel.
Dans le cas où le premier index est fixe, le moyen d'aimantation 7 doit effectuer une rotation de 3600 entre deux passages devant ledit index. Ainsi, comme il apparalt clairement à la figure 5, une impulsion B1 apparatt périodiquement à chaque tour complet de l'aimant pendant un laps de temps de période Ts. . Le signal B2 émis par le second index lors du passage de l'aimant, apparat simultanément ou après le premier signal B1 émis. Le temps s'écoulant entre l'émission d'un signal B1 et celui d'un signal B2 est t > . Dans le cas où les deux signaux sont émis simultanément t i est est nul ; dans le cas où les deux signaux sont émis successivement, t est supérieur à 0.
Le circuit de traitement 10 reçoit les deux signaux électriques B1, B2, mesure l'-espace de temps s'écoulant entre l'émission du premier signal B1 et du second signal B2, c'est-à-dire tX , mesure le temps s'écoulant entre deux impulsions successives B1 associées au premier index, c'est-à-dire la période de rotation du tambour, soit Ts et selon l'équation
360 x t
= x ds Ts calcule la valeur de l'écart angulaire ou encore la déviation angulaire du second organe par rapport au premier organe.
Au vu de ceci, il apparatt clairement que la mesure de l'écart angulaire est indépendante de la vitesse de rotation du tambour qui tourne néanmoins à vitesse sensiblement constante.
Dans le cas des figures 3 et 4 où les deux index sont mobiles, le premier aimant 7A passe devant le premier index 40C et un signal impulsionnel est émis ; le second aimant 7B passe devant le second index 5C et un signal impulsionnel est également émis. De la même façon que dans les dispositifs des modes de réalisation précédents, les deux signaux sont fournis au circuit de traitement 10 qui peut alors mesurer le temps t s'écoulant entre l'émission de ces deux signaux et calculer la valeur de l'écart angulaire résidant entre le premier organe de référence et le second organe.
Le dispositif que. l'on vient de décrire présente l'avantage d'être simple, peu coûteux et beaucoup plus fiable que les dispositifs connus jusqu'à présent, comportant par exemple des codeurs optiques ou des potentiomètres : une défaillance du dispositif se traduisant par l'absence de l'un des deux signaux indépendants B1 et B2, et non par des valeurs erronées de ces signaux, toute défaillance est immédiatement détectée et localisée par l'utilisateur.
Bien entendu, l'invention n' est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. En particulier, les premier et second arbres moteurs 6A et 6B peuvent être disposés de façon perpendiculaire au lieu d'être coaxiaux.

Claims (19)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure de la position angulaire entre des premier et second organes mobiles l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend
un premier index métallique (4, 40), supporté par le noyau (4A, 40A) d'une première bobine (4B, 40B) et associé audit premier organe
un second index métallique (5) supporté par le noyau (5A) d'une seconde bobine (5B) et associé audit second organe
un moyen d'aimantation (7) animé d'un mouvement périodique au cours duquel il passe, à vitesse sensiblement constante, devant les premier et second index (4, 40 ; 5) pour induire des premier et second signaux (B1 ;B2) en sortie des première et seconde bobines (4B, 40B ; 5B) respectivement
un circuit de traitement (10) recevant lesdits premier et second signaux (B1, B2) et mesurant le temps (td ) s'écoulant entre l'émission des premier et second signaux (B1, B2) pour calculer la valeur de l'écart angulaire (tA ) entre les premier et second organes.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de traitement précité (10) calcule la valeur de l'écart à partir de la formule:
3600
= 3600 x
T
S où - X est la valeur de l'écart angulaire précité;
T, est la période du premier signal (B1)
- tt est le temps s'écoulant entre l'émission des premier et second signaux.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins le second index (5) précité est rotatif.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen d'aimantation (7) est un aimant solidaire d'un arbre moteur (6) rotatif dont l'axe est coaxial à l'axe de rotation du second index (5) précité confondu à l'axe de rotation du noyau (5A) de la seconde bobine 5B précitée.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'aimant précité (7) est situé à la périphérie d'un tambour (3, 23)) fixé à l'arbre moteur (6) précité et en ce que le second index (5) précité est situé au voisinage de la périphérie du tambour (3, 23) pour un déplacement concentrique au tambour.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moteur (2) de l'arbre est intégré au tambour (23 ; 23A) précité.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moteur (2) comporte des pôles aimantés sur le tambour (3).
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen d'aimantation (7) comprend un premier aimant (7A) solidaire d'un premier arbre moteur (6A) rotatif et passant périodiquement devant le premier index (41) précité, un second aimant (7B) solidaire d'un second arbre moteur (6B) rotatif dont l'axe est coaxial à l'axe de rotation du second index (5) précité confondu avec l'axe de rotation du noyau de la seconde bobine (5B) et passant devant le second index (5) précité.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les premier et second aimants (7A, 7B) précités sont situés respectivement à la périphérie des premier et second tambours (3A, 3B).fixés respectivement aux premier et second arbres moteur (6A, 6B) précités et en ce que le second index précité (5) est situé au voisinage de la périphérie du second tambour (3B) précité pour un déplacement concentrique audit second tambour~(3B).
10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les premier et second arbres moteur (6A, 6B) précités sont entratnés en synchronisme par un meme moteur (2).
11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les premier et second arbres moteur (6A, 6B) précités sont coaxiaux.
12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les premier et second arbres moteur (SA, GB) précités sont perpendiculaires l'un par rapport i l'autre.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le premier index (4) précité est fixe dans le boîtier (1) du dispositif.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que., dans le cas où le premier index (40) précité est rotatif, l'axe de rotation dudit premier index (40) est coaxial avec son arbre moteur associé et est confondu à l'axe de rotation du noyau de la première bobine (40B) précitée, et en ce que ledit premier index est situé au voisinage de la périphérie du tambour associé pour un déplacement concentrique à ce dernier.
15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractériSé en ce que le circuit de traitement (10) est un micro-calculateur.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les premier (B1) et second signaux (B2) précités constituent respectivement des première et seconde entrées indépendantes du micro-calculateur (10) précité.
17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le cas d'un index mobile, la partie formant index (4C,40C; 5C) et se déplaçant concentriquement au tambour associé et la partie formant noyau (4A, 40A; 5A) sont réalisées en une seule pièce.
18. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que, dans le cas où le premier index est fixe, la partie formant index (4C) constitue le noyau (4A).
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'aimantation (7, 7A, 7B) est constitué par une partie aimantée du tambour (3, 23, 3A, 23A, 3B), qui est réalisé par exemple en plastoferrite.
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