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Abstract

The inductive sensor comprises a plurality of pairs of elementary position detectors. Each detector consists of a "U"-shaped piece 2 made of ferrite or ferromagnetic material, around which is wound an induction coil 3, and interacts with a reference ring 10 made of a conducting material situated in the same sectional plane and integral with the rotor 1. The reference ring 10 is mounted in an insulation bush 11 made of a non-magnetic material with a high electrical resistivity attached to the rotor 1 in order to isolate the reference ring 10 magnetically with respect to the rotor 1.

Description

Capteur inductif pour palier magnétique radial
La présente invention a pour objet un capteur inductif pour palier magnétique radial de support d'un rotor par rapport à un stator, comprenant plusieurs paires de détecteurs solidaires du stator, chaque paire de détecteurs étant composée de deux détecteurs diamétralement opposés par rapport à l'axe de rotation du rotor, chaque détecteur étant constitué par une pièce eh "U" en ferrite ou matériau ferromagnétique autour de. laquelle est enroulée une bobine d'induction et coopérant avec un anneau de référence réalisé en matière conductrice situé dans le même plan de section et solidaire du rotor.Inductive sensor for radial magnetic bearing
The present invention relates to an inductive sensor for radial magnetic bearing for supporting a rotor relative to a stator, comprising several pairs of detectors integral with the stator, each pair of detectors being composed of two detectors diametrically opposite with respect to the axis of rotation of the rotor, each detector being constituted by a piece eh "U" of ferrite or ferromagnetic material around. which is wound an induction coil and cooperating with a reference ring made of conductive material located in the same section plane and integral with the rotor.

Les paliers magnétiques actifs radiaux de support d'un rotor comprennent des électro-aimants à excitation variable commandée par des capteurs de déplacement à l'aide de circuits électroniques d'asservissement. Les capteurs de déplacement sont sensibles aux variations de la position du rotor par rapport à une position de référence. Comme dans tout asservissement, les capteurs constituent un élément primordial de la précision et de la fiabilité du système asservi. The active radial magnetic bearings for supporting a rotor include electromagnets with variable excitation controlled by displacement sensors using electronic servo circuits. The displacement sensors are sensitive to variations in the position of the rotor relative to a reference position. As in any servo, the sensors are an essential element of the precision and the reliability of the servo system.

Les capteurs de déplacement peuvent être de type optique ou capacitif mais les capteurs inductifs sont particulièrement avantageux. The displacement sensors can be of the optical or capacitive type but the inductive sensors are particularly advantageous.

Un capteur inductif comprend un ensemble d'éléments inductifs à entrefer variable fixés sur le stator et coopérant avec un anneau de référence solidaire du rotor, qui est constitué par une couronne composée de tôles magnétiques ou réalisée en ferrite. An inductive sensor comprises a set of inductive elements with variable air gap fixed to the stator and cooperating with a reference ring secured to the rotor, which is constituted by a crown made of magnetic sheets or made of ferrite.

L'anneau de référence doit être fabriqué avec un très grand soin.The reference ring must be manufactured with great care.

Pour compenser certains défauts d'usinage de cet anneau de référence, il est possible d'accroitre le nombre d'éléments inductifs individuels et d'adopter pour ceux-ci une disposition spéciale telle que celle proposée par exemple dans le document
US-A-4 114 960.To compensate for certain machining faults in this reference ring, it is possible to increase the number of individual inductive elements and to adopt a special arrangement for them such as that proposed for example in the document.
US-A-4,114,960.

Quel que soit le soin apporté à la fabrication des anneaux de référence, les performances d'un capteur inductif sont limitées du fait de la présence à leur voisinage d'électro-aimants de palier magnétique et souvent d'un moteur électrique qui, par leurs champs de fuite, apportent une pollution magnétique qui affecte la qualité des mesures effectuées à l'aide d'un capteur inductif. Regardless of the care taken in manufacturing the reference rings, the performance of an inductive sensor is limited due to the presence in their vicinity of magnetic bearing electromagnets and often of an electric motor which, by their leakage fields, provide magnetic pollution which affects the quality of the measurements made using an inductive sensor.

La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre de réaliser un capteur inductif dont les performances et la fiabilité sont améliorées par rapport à celles des capteurs inductifs traditionnels, même dans le cas où un capteur inductif est situé au voisinage immédiat d'un palier magnétique ou d'un moteur électrique. The present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks and to make it possible to produce an inductive sensor whose performance and reliability are improved compared to those of traditional inductive sensors, even in the case where an inductive sensor is located in the immediate vicinity of a magnetic bearing or electric motor.

Ces buts sont atteints grâce à un capteur inductif du type défini en tête de la description, et dans lequel, conformément à l'invention, l'anneau de référence est monté dans une douille d'isolement en matériau non magnétique à grande résistivité électrique rapportée sur le rotor pour isoler magnétiquement l'anneau de référence par rapport au rotor. These aims are achieved by means of an inductive sensor of the type defined at the head of the description, and in which, in accordance with the invention, the reference ring is mounted in an isolation sleeve made of non-magnetic material with high reported electrical resistivity. on the rotor to magnetically isolate the reference ring from the rotor.

a douille d'isolement présente en demi-section axiale une forme de U pour enserrer l'anneau de référence sur ses deux faces frontales et sur la partie périphérique la plus - proche du rotor. has isolation sleeve in axial half-section a U shape to enclose the reference ring on its two end faces and on the peripheral part closest to the rotor.

La douille d'isolement peut être par exemple en acier inoxydable non magnétique. The isolation sleeve can for example be made of non-magnetic stainless steel.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple, en référence au dessin annexé, sur lequel
- la figure 1 est une vue schématique selon un plan radial d'un capteur inductif monté de manière à détecter les déplacements d'un rotor, et
- la figure 2 représente une demi-coupe axiale d'une partie diun capteur inductif selon l'invention avec un détecteur inductif fixe coopérant avec un anneau de référence solidaire d'un rotor.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description of a particular embodiment of the invention, given by way of example, with reference to the appended drawing, in which
FIG. 1 is a schematic view along a radial plane of an inductive sensor mounted so as to detect the movements of a rotor, and
- Figure 2 shows an axial half-section of a part of an inductive sensor according to the invention with a fixed inductive detector cooperating with a reference ring secured to a rotor.

La figure 1 montre de façon schématique un exemple de capteur inductif classique pour palier magnétique radial de support d'un rotor 1 -par rapport à un stator. Le capteur inductif représenté sur la figure 1 comprend une partie fixe 20 comportant une première paire de détecteurs 21, 22 diamétralement opposés par rapport au rotor 1 selon un axe X'X et une seconde paire de détecteurs 23, 24 diamétralement opposés par rapport au rotor 1 selon un axe Y'Y. Chacun des détecteurs 21, 22, 23, 24 est constitué par une pièce en U 2 en ferrite ou matériau ferromagnétique autour de laquelle est enroulée une bobine d'inductièn 3. Les extrémités des pièces en U 2 sont placées en regard d'un anneau de référence 10 formé à la périphérie du rotor 1. FIG. 1 schematically shows an example of a conventional inductive sensor for a radial magnetic bearing for supporting a rotor 1 relative to a stator. The inductive sensor shown in FIG. 1 comprises a fixed part 20 comprising a first pair of detectors 21, 22 diametrically opposite with respect to the rotor 1 along an axis X'X and a second pair of detectors 23, 24 diametrically opposite with respect to the rotor 1 along an axis Y'Y. Each of the detectors 21, 22, 23, 24 is constituted by a U-shaped piece 2 of ferrite or ferromagnetic material around which a coil of inductor 3 is wound. The ends of the U-shaped pieces 2 are placed opposite a ring 10 formed at the periphery of the rotor 1.

Les détecteurs 21 à 24 et l'anneau de référence 10 définissent un capteur inductif dont les détecteurs 21 à 24 sont montés en pont de Weatstone. Les enroulements 3 des détecteurs 21 à 24 à entrefer variable en fonction de la position de l'anneau de référence 10, et donc du rotor 1; par rapport au stator, sont excités par un courant porteur de quelques dizaines de kilohertz fourni à partir d'un transformateur d'alimentation 30. Lorsque le rotor 1 dévie par rapport à sa position de référence selon l'un des axes XX' ou YY', le pont de Wheatstone est déséquilibré par suite de la variation des entrefers des détecteurs 21, 22 ou 23, 24 et les tensions de déséquilibre ux ou uy constituent une mesure analogique des variations de position du rotor 1 selon les axes XX' et YY'. The detectors 21 to 24 and the reference ring 10 define an inductive sensor, the detectors 21 to 24 of which are mounted on a Weatstone bridge. The windings 3 of the detectors 21 to 24 with variable air gap as a function of the position of the reference ring 10, and therefore of the rotor 1; relative to the stator, are excited by a carrier current of a few tens of kilohertz supplied from a supply transformer 30. When the rotor 1 deviates from its reference position along one of the axes XX 'or YY ', the Wheatstone bridge is unbalanced due to the variation of the air gaps of the detectors 21, 22 or 23, 24 and the imbalance voltages ux or uy constitute an analog measure of the variations in position of the rotor 1 along the axes XX' and YY '.

Les parties fixes 2, 3 des détecteurs 21 à 24 peuvent être rendues solidaires les unes des autres et les pièces en U 2 peuvent faire partie d'une couronne pouvant être découpée par exemple dans des tôles magnétiques en Fe-Si à 3 % avec une épaisseur de 0,1 mm. L'anneau de référence 10 fixé sur le rotor 1 peut lui-même être constitué de tôles magnétiques par exemple également de 0,1 mm d'épaisseur. The fixed parts 2, 3 of the detectors 21 to 24 can be made integral with one another and the U-shaped parts 2 can be part of a crown which can be cut, for example, from 3% Fe-Si magnetic sheets with a thickness of 0.1 mm. The reference ring 10 fixed to the rotor 1 can itself be made of magnetic sheets, for example also 0.1 mm thick.

Comme on -l'a-représenté sur la figure 2, contrairement aux réalisations traditionnelles, selon la présente invention, l'anneau de référence 10 n'est pas monté directement sur l'arbre constituant le rotor 1, mais est monté dans une douille d'isolement 11- en matériau non magnétique à grande résistivité électrique et perméabilité magnétique relative voisine de l'unité. La douille d'isolement 11 est elle-même rapportée sur le rotor 1 et assure un isolement magnétique de l'anneau de référence 10 par rapport au rotor 1. As shown in FIG. 2, unlike traditional embodiments, according to the present invention, the reference ring 10 is not mounted directly on the shaft constituting the rotor 1, but is mounted in a socket insulation 11- in non-magnetic material with high electrical resistivity and relative magnetic permeability close to the unit. The isolation sleeve 11 is itself attached to the rotor 1 and provides magnetic isolation of the reference ring 10 from the rotor 1.

La douille d'isolement 11 peut être réalisée par exemple en acier inoxydable non magnétique et protège l'anneau de référence 10 des 'champs de fuite créés par les paliers magnétiques ou un moteur électrique situés au voisinage du capteur inductif, et transmis à travers le rotor 1 dont la perméabilité magnétique relative est très élevée. The isolation sleeve 11 can be made for example of non-magnetic stainless steel and protects the reference ring 10 from the 'leakage fields created by the magnetic bearings or an electric motor located in the vicinity of the inductive sensor, and transmitted through the rotor 1, the relative magnetic permeability of which is very high.

Comme représenté sur la figure 2, la douille d'isolement 11 présente en demi-section axiale une forme de U avec deux branches 111, 112 pour enserrer l'anneau de référence 10 sur ses deux faces frontales 101, 102 et sur la partie périphérique 103 la plus proche du rotor 1. As shown in Figure 2, the isolation sleeve 11 has in axial half-section a U shape with two branches 111, 112 to enclose the reference ring 10 on its two end faces 101, 102 and on the peripheral part 103 closest to rotor 1.

L'invention s'applique naturellement aussi bien à des capteurs inductifs pour rotor intérieur, comme représenté sur les figures 1 et 2, qu'à des capteurs inductifs'pour rotor extérieur, comme c'est le cas par exemple pour les capteurs illustrés sur le document US-A-4 114 960. Dans ce dernier cas, c'est la face cylindrique extérieure de l'anneau de référence qui est isolée du rotor - par une douille d'isolement et non la face cylindrique intérieure comme représenté sur la figure 2.  The invention applies naturally both to inductive sensors for an inner rotor, as shown in FIGS. 1 and 2, as to inductive sensors for an outer rotor, as is the case for example for the sensors illustrated on document US-A-4 114 960. In the latter case, it is the outer cylindrical face of the reference ring which is isolated from the rotor - by an isolation sleeve and not the inner cylindrical face as shown in the figure 2.

Claims (3)

RevendicationsClaims 1. Capteur inductif pour palier magnétique radial de support d'un rotor par rapport à un. stator, comprenant plusieurs paires de détecteurs (21, 22; 23, 24) solidaires du stator, chaque paire de détecteurs (21, 22; 23, 24) étant composée de deux détecteurs diamétralement opposes par rapport à l'axe de rotation du rotor, chaque détecteur étant constitué par une pièce en "U" (2) en ferrite ou matériau ferromagnétique autour de laquelle est enroulée une bobine d'induction (3) et coopérant avec un anneau de référence (10) réalisé en matière conductrice situé dans le même plan de section et solidaire du rotor (1), caractérisé en ce que l'anneau de référence (10) est monté dans une douille d'isolement (11) en matériau non magnétique à grandie résistivité électrique rapportée sur le rotor (1) pour isoler magnétiquement l'anneau de référence (10) par rapport au rotor (1). 1. Inductive sensor for radial magnetic bearing supporting a rotor with respect to one. stator, comprising several pairs of detectors (21, 22; 23, 24) integral with the stator, each pair of detectors (21, 22; 23, 24) being composed of two detectors diametrically opposed with respect to the axis of rotation of the rotor , each detector being constituted by a U-shaped piece (2) of ferrite or ferromagnetic material around which an induction coil (3) is wound and cooperating with a reference ring (10) made of conductive material located in the same section plane and integral with the rotor (1), characterized in that the reference ring (10) is mounted in an isolation sleeve (11) of non-magnetic material with high electrical resistivity attached to the rotor (1) to magnetically isolate the reference ring (10) from the rotor (1). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la douille d'isolement (11) est en acier inoxydable non magnétique. 2. Sensor according to claim 1, characterized in that the isolation sleeve (11) is made of non-magnetic stainless steel. 3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la douille d'isolement (11) présente en demi-section axiale une forma de U pour enserrer l'anneau de référence (10) - sur ses deux faces frontales (101, 102) et sur la partie périphérique la plus proche du rotor (1).  3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the isolation sleeve (11) has in axial half-section a forma of U to enclose the reference ring (10) - on its two end faces (101 , 102) and on the peripheral part closest to the rotor (1).
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