FR2606873A1 - Detecteur de la position du piston pour un cylindre a fluide sous pression - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DETECTEUR DE LA POSITION D'UN PISTON POUR UN CYLINDRE A FLUIDE SOUS PRESSION OU UN PISTON S'ADAPTE DE MANIERE TRES PRECISE ET COULISSANTE DANS UN CYLINDRE FAIT EN UN MATERIAU NON MAGNETIQUE. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UN AIMANT PERMANENT 3 MONTE SUR LE PISTON 2, UN ELEMENT DE DETECTION MAGNETIQUE 7 MONTE SUR LA CIRCONFERENCE EXTERNE DU CYLINDRE ET UNE PIECE A INDUCTION MAGNETIQUE 12 EN FORME DE FEUILLE INTERPOSEE ENTRE L'ELEMENT 7 ET LE CYLINDRE 1. LA PRESENTE INVENTION PERMET NOTAMMENT LA DETECTION TRES PRECISE DE LA POSITION D'UN PISTON.

Description

La présente invention se rapporte à un détecteur de la position du piston
pour un cylindre à fluide sous pression, agissant par pression d'air ou pression d'huile, o la position d'un piston glissant dans un cylindre est détectée de l'extérieur du cylindre, et le piston est arrêté par le signal de détection et le signal de commande est transmis à l'autre moyen d'actionnement, et plus particulièrement, à un détecteur de position o le cylindre est fait en un matériau non magnétique tel que de l'aluminium, et la position du piston est détectée en se basant sur la variation du champ magnétique formé par un aimant permanent monté sur
le piston.
Un tel détecteur de la position d'un piston de l'art antérieur est révélé dans la publication du brevet japonais No. 47-46840 o un commutateur à lames ne répondant qu'au flux magnétique dans la direction de déplacement du piston est utilisé comme élément de détection et dans la publication avant examen du modèle d'utilité au Japon No. 58-129106 o un certain nombre d'éléments magnéto-résistifs sont assemblés en un pont et utilisés comme éléments de détection afin de répondre à la force d'un flux magnétique agissant,quelle que soit sa direction. Usuellement, un aimant permanent monté sur un piston est de forme annulaire et fixé à la circonférence externe du piston en relation concentrique, ainsi le champ magnétique formé par l'aimant permanent devient tel que montré en pointillé sur la figure 4(1). Dans ce cas, l'axe X est celui passant par le centre de la section transversale de l'aimant permanent a, parallèlement au centre axial du cylindre, c'est-à-dire l'axe de déplacement de l'aimant permanent a. La force du champ magnétique sur la ligne b éloignée de l'axe X de la distance y, quelle que soit la direction du flux magnétique, est proportionnelle au total du flux magnétique dans toutes les directions. Comme cela est montré en pointillé à la figure 4(2), la force du champ magnétique sur la ligne b de la figure 4(1) quelle que soit la direction, devient la plus forte à la position correspondant au centre de l'aimant permanent a et devient graduellement de plus en plus faible en des positions s'éloignant de la position centrale vers les deux côtés, la distribution devient ainsi en forme de montagne. Au contraire,-la force du champ magnétique sur la ligne b dans la direction de la ligne b devient la plus forte à la position correspondant au centre de l'aimant permanent a et, comme le flux magnétique est orthogonal à la ligne b, en des positions éloignées de la position centrale, vers les deux c8tés, de la distance x, la force du champ magnétique sur la ligne b dans la direction de la ligne b devient zéro une fois à ces positions. Aux positions plus éloignées du centre, comme la direction du flux magnétique devient graduellement oblique, la composante dans la direction de la ligne b augmente de nouveau afin de former une petite montagne, puis la force du champ magnétique dans la direction de la ligne b diminue de nouveau avec la diminution de la densité du flux. Ainsi, la force du champ magnétique dans la direction de la ligne b a une distribution telle que les crêtes les plus basses sont formées des deux c8tés de
la crête la plus haute au centre.
En conséquence, lorsque l'élément de détection magnétique répondant à la force du flux magnétique, quelle que soit sa direction, est agencé sur la ligne b, comme l'élément de détection magnétique agit sur une large plage de la course du piston, l'on ne peut effectuer une détection d'une grande précision. De même, lorsque l'élément de détection magnétique, tel qu'un commutateur à lames, ne répondant qu'au flux magnétique dans la direction de déplacement du piston est utilisé, selon le réglage de la sensibilité, les signaux de détection sont produits non seulement à la position correspondant au centre de l'aimant permanent mais également à des positions légèrement éloignées de la partie centrale, vers les deux c8tés, avec pour résultat
un fonctionnement erroné.
La présente invention a pour objet d'éliminer les inconvénients ci-dessus mentionnés de l'art antérieur et de produire un détecteur de position qui détectera la
position d'un piston avec une grande précision.
Afin d'atteindre l'objectif ci-dessus, une pièce d'induction magnétique sous forme de feuille est interposée entre le cylindre et l'élément de détection magnétique, et la pièce d'induction magnétique a une surface plane sensiblement plus grande que celle de l'élément de détection magnétique et une petite quantité de magnétisme résiduel, de manière que lorsque l'aimant permanent est face à l'avant de l'élément de détection magnétique, la pièce d'induction magnétique accomplisse une induction de dérivation d'une partie seulement du flux magnétique de l'aimant permanent pour agir sur l'élément de détection magnétique, et ainsi effectuer la saturation magnétique de la pièce d'induction magnétique, et lorsque l'aimant permanent se trouve face à la position décalée de l'avant de l'élément de détection magnétique, la pièce d'induction magnétique accomplit une induction de dérivation de la plus grande partie du flux magnétique de l'aimant permanent pour agir sur l'élément de détection magnétique. Avec cette construction, lorsque l'aimant permanent est à la position correspondant au devant de l'élément de détection magnétique, la densité du flux magnétique agissant sur l'élément de détection
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magnétique est élevée, et le flux magnétique induit à travers la pièce d'induction magnétique forme une partie relative et la plus grande partie du flux magnétique agit sur l'élément de détection magnétique. Au contraire, lorsque l'aimant permanent s'éloigne de l'élément de détection magnétique et que par conséquent la densité de flux magnétique devant agir sur l'élément de détection magnétique diminue graduellement, le rapport du flux magnétique soumis à l'induction de dérivation à travers la pièce d'induction magnétique est relativement accru et la densité du flux devant agir sur l'élément de détection magnétique est rapidement diminuée, et par ailleurs comme la pièce d'induction magnétique a une petite quantité de magnétisme résiduel, il y a peu d'influence de la force
magnétique sur l'élément de détection magnétique.
En conséquence, selon l'invention, uniquement lorsque l'aimant permanent est décalé devant l'élément de détection magnétique et qu'il y a une plage étroite des deux côtés de la position devant, le flux de haute intensité agit sur l'élément de détection magnétique et lorsque l'aimant permanent est légèrement décalé de la position centrale de l'élément de détection magnétique (comme le flux magnétique devant agir sur l'élément de détection magnétique diminue rapidement), la position du piston peut être exactement détectée et avec une grande
précision, sans aucun fonctionnement erroné.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront 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 un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un détecteur de position selon un mode de réalisation de l'invention, o un aimant permanent se trouve face à un élément de détection magnétique; - la figure 2 est une vue en coupe illustrant la distribution de la ligne de force magnétique à l'état de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe illustrant la distribution de la ligne de force magnétique lorsque l'aimant permanent est légèrement décalé de l'élément de détection magnétique, l'épaisseur d'une pièce d'induction magnétique étant exagérée sur chaque figure; - la figure 4(1) est un diagramme de distribution de la ligne de force magnétique formée par l'aimant permanent; et - la figure 4(2) est un graphique illustrant la force du champ magnétique (trait plein) dans la direction de la ligne b de la figure 4(1) et la force du champ magnétique (ligne en pointillé) quelle que soit la
direction.
Un mode de réalisation de l'invention, appliqué à la détection de la position d'un piston d'un cylindre à air sera maintenant décrit en se référant aux figures
1 à 3.
Sur la figure 1, le cylindre 1 est fait en un matériau non magnétique tel que de l'aluminium, de l'acier inoxydable non magnétique ou analogue, et un piston 2 est fixé dans le cylindre i de manière précise et coulissante. Un aimant permanent 3 de forme annulaire, de section transversale rectangulaire, est fixé dans une gorge formée sur la circonférence externe du piston 2, et il a des p8les magnétiques de polarités opposées, qui sont formés sur ses deux surfaces extrêmes latérales sur la figure. Un corps de capteur 5 est monté sur la surface externe du cylindre 1 par un moyen de fixation (non représenté), c'est pourquoi la surface inférieure du boitier 6 est faite en un matériau non magnétique qui est attaché à la surface externe du cylindre 1 de manière que la position de montage du corps de capteur 5 soit mobile et réglable. Dans le boitier 6 du corps de capteur 5, un élément de détection magnétique 7 composé d'un élément magnéto-résistif dont la valeur de résistance augmente de manière correspondant à la force du champ magnétique le long de la direction de déplacement du piston 2, un élément Hall ou un commutateur à lames et analogue, est
monté sur un substrat 8 dans le boitier 6, et un inter-
valle prescrit est prévu entre l'élément de détection magnétique 7 et la surface interne inférieure du boitier 6. Un circuit de commande 10 de l'élément de détection magnétique 7 est assemblé à une surface supérieure du substrat 8 et un conducteur 11 relié au circuit de commande 10 sort du boitier 6. Une pièce d'induction magnétique 12 en forme de feuille, faite en un matériau
magnétique, avec une faible quantité de magnétisme rési-
duel, est interposée dans l'intervalle entre la surface inférieure de l'élément de détection magnétique 7 et la
surface interne inférieure du boitier 6.
La pièce d'induction magnétique 12 a une sur-
face plane qui est égale à ou plus grande que celle de l'élément de détection magnétique 7, par exemble de 5x5mm à 20x20mm et est extrêmement mince, par exemple 20/ à fr. En conséquence, la pièce d'iaduction magnétique 12 est saturée par le flux magnétique n'atteignant que
-3 2
103 weber/m2. Pour ce matériau, un alliage amorphe de la série fer.nickel ou de la série fer.nickel.cobalt est le mieux approprié pour sa haute perméabilité, son faible magnétisme résiduel, en particulier par le fait que le magnétisme résiduel est faible en comparaison avec le champ magnétique variant à une haute fréquence. L'alliage amorphe peut également être utilisé dans des poudres appliquées à une feuille, un certain nombre de fils
minces agencés ou un réseau tricoté par des fils minces.
La fonction du mode de réalisation sera mainte- nant décrite. Comme le montre la figure 2, lorsque
l'aimant permanent 3 se trouve face à l'avant de l'élé-
ment de détection magnétique 7, comme le flux magnétique d'une haute densité d'environ 10-2 weber/m2 agit sur l'élément de détection magnétique 7, la pièce d'induction
magnétique 12 n'est magnétiquement saturée que par l'in-
duction de dérivation d'une partie du flux magnétique, et
la plus grande partie du flux magnétique agit sur l'élé-
ment de détection magnétique 7.
Au contraire, comme le montre la figure 3, tandis que le piston 2 est déplacé et que l'aimant permanent 3 est décalé de sa position devant l'élément magnétique 7, la densité de flux agissant sur l'élément de détection magnétique 7 diminue graduellement et la pièce d'induction magnétique 12 n'est pas magnétiquement saturée, donc le rapport d'induction de dérivation du flux à travers la pièce d'induction magnétique 12 augmente rapidement et la densité de flux agissant sur l'élément de détection magnétique 7 diminue relativement rapidement. Par ailleurs, comme la pièce d'induction
magnétique 12 a une faible quantité de magnétisme rési-
duel, il y a peu d'influence sur l'élément de détection
magnétique 7 dûe à la force magnétique de la pièce d'in-
duction magnétique 12. En conséquence, en ajustant de
manière appropriée la sensibilité de l'élément de détec-
tion magnétique 7, celui-ci peut produire des signaux de détection uniquement lorsque l'aimant permanent 3 est devant l'élément de détection magnétique 7 et avec un
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plage étroite des deux côtés. Selon cette construction, la position du piston 2 peut être détectée avec une
grande précision et sans aucune action erronée.
Lorsque l'on utilise l'alliage amorphe de la série fer.nickel ou de la série fer.nickel.cobalt dans la pièce d'induction magnétique 12, comme le magnétisme résiduel est faible pour le champ magnétique variant à haute fréquence comme on l'a déjà décrit, la détection correcte peut être accomplie, même si le piston 2 se
déplace rapidement.

Claims (2)

R E V E N D I C A T I 0 N S
1. Détecteur de la position d'un piston pour un cylindre à fluide sous pression, du type o un piston s'adapte de manière très précise et coulissante dans un cylindre fait en un matériau non magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend: un aimant permanent (3) monté sur le piston (2); un élément de détection magnétique (7) monté à une position requise sur la circonférence externe du cylindre pour répondre au champ magnétique formé par l'aimant permanent et produire des signaux électriques de détection; et une pièce d'induction magnétique (12) en forme de feuille, interposée entre l'élément de détection magnétique et le cylindre, ladite pièce d'induction magnétique ayant une surface plane sensiblement plus grande que celle de l'élément de détection magnétique et avec une faible quantité de magnétisme résiduel, ainsi losque l'aimant permanent se trouve face au devant de l'élément de détection magnétique, la pièce d'induction magnétique est magnétiquement saturée en accomplissant une induction de dérivation d'une partie seule du flux magnétique de l'aimant permanent devant agir sur l'élément de détection magnétique, et tandis que l'aimant permanent est sensiblement décalé de l'avant de l'élément de détection magnétique, le rapport de l'induction de dérivation accomplie sur le flux magnétique à travers la pièce d'induction magnétique au flux magnétique de l'aimant permanent devant agir sur
l'élément de détection magnétique augmente.
2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce d'induction magnétique (12) précitée est faite en un alliage amorphe de la série
fer.nickel ou de la série fer.nickel.cobalt.
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