WO2007036665A1 - Dispositif a reluctance variable pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant - Google Patents

Dispositif a reluctance variable pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant Download PDF

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WO2007036665A1
WO2007036665A1 PCT/FR2006/050935 FR2006050935W WO2007036665A1 WO 2007036665 A1 WO2007036665 A1 WO 2007036665A1 FR 2006050935 W FR2006050935 W FR 2006050935W WO 2007036665 A1 WO2007036665 A1 WO 2007036665A1
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detection module
toothed wheel
magnetic
detection
housing
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PCT/FR2006/050935
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Jean-Paul Bares
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Hispano Suiza
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G—PHYSICS
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    • G01P1/02—Housings
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    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
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    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/488—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable reluctance detectors

Definitions

  • Variable reluctance device for measuring the rotational speed of a rotating member.
  • the invention relates to a device with variable reluctance for measuring the speed of rotation of a rotating member, and in particular for measuring the rotation speed of an aircraft engine.
  • a variable reluctance speed sensor is a generator whose magnetic circuit includes a gear wheel made of ferromagnetic material coupled to a rotating member whose rotation speed is to be measured.
  • a sensor of this type is known for example from French patent FR2366572.
  • Figure 9 schematically illustrates a variable reluctance device 105 having three probes 106 variable reluctance. Indeed, to control the proper operation of a rotary machine 101 requiring a high operational safety, in particular an aircraft engine, it is essential to have at least two probes 106 variable reluctance to provide independent signals to control means 103.
  • Each probe 106 with variable reluctance comprises a coil 113 surrounded around a pole piece 125 fixed to a permanent magnet 109.
  • the pole piece 125 is mounted facing a toothed wheel 111 of magnetic material with a determined air gap.
  • the coil 113 which is subjected to the flux of the permanent magnet 109, is excited by the variations in flux in the polar mass generated by the passage of the teeth of the wheel 111, thus delivering to means of control 103 an alternating electric current whose frequency is proportional to the rotational speed of the wheel 111.
  • an assembly of three or four probes variable reluctance has a significant diameter especially for mounting in a cumbersome and difficult local environment such as an aircraft engine.
  • the object of the invention is to overcome these drawbacks by means of a variable reluctance device for measuring the rotational speed of a rotating member coupled to a toothed wheel made of ferromagnetic material comprising: a housing comprising a first housing and at least one housing a second home,
  • a magnetic excitation element fixed integrally in said first housing, one end of said magnetic excitation element being positioned opposite the circumference of the toothed wheel with a first determined airgap
  • At least one detection module comprising a plurality of detection elements, said at least one detection module being removably housed in said at least second housing, an end of said detection module being positioned opposite the periphery of the wheel toothed with a second determined airgap, said detection module and said magnetic excitation element being associated with the toothed wheel so as to form a closed magnetic circuit with a variable gap according to the running frequency of the teeth of the toothed wheel, each detection element of said module detection thus delivering an electrical signal representative of the speed of rotation of the rotating member.
  • this device for associating a plurality of speed detection elements with a single magnetic excitation element ensures a better compactness of the assembly.
  • the detection module can be disassembled to allow its repair in case of failure.
  • said at least first and second housings are formed in a screen of conductive material.
  • the conductive material screen makes it possible to reduce magnetic leakage fluxes.
  • the detection module comprises a non-magnetic protective tube protecting a polar detection element made of ferromagnetic material, said polar detection element comprising a plurality of isolated cells intended to receive a plurality of coils forming said plurality of elements. detection.
  • the detection module comprises a compact, secure and removable a plurality of speed detectors.
  • the detection module may also comprise a magnetic shielding sleeve disposed between the non-magnetic protective tube and the polar detection element.
  • the magnetic sleeve reduces the electromagnetic coupling between the different elements.
  • the magnetic excitation element comprises a polar excitation element and a transverse yoke of ferromagnetic material, fixed at both ends of a permanent magnet.
  • the magnetic excitation element has a great robustness guaranteeing a very long life.
  • the device comprises positioning means intended to support the detection module against the transverse yoke of the magnetic excitation element and to guarantee the positioning of an end of the polar detection element opposite the periphery. of the toothed wheel according to the second determined air gap.
  • the device has a high measurement reliability.
  • the device comprises a magnetic circuit closure element, one end of which is positioned facing the toothed wheel so as to form an additional closed magnetic circuit between this element and the magnetic excitation element in function.
  • the running frequency of the teeth of the toothed wheel, said additional closed magnetic circuit being out of phase with that formed between the detection module and the magnetic excitation element.
  • This magnetic circuit closure element may be an additional detection module. Thus, the number of speed detectors is increased.
  • said magnetic circuit closure element is a polar element made of ferromagnetic material.
  • the device comprises a connecting tube for guiding electrical connection cables of the plurality of detection elements to control means of the rotating member.
  • the electrical connection cables are well protected.
  • the device can be attached to a motor housing.
  • this assembly can be performed in a simple and secure manner.
  • the invention also relates to a system for controlling the operation of an engine, in particular an aircraft engine, comprising a device with variable reluctance according to the above characteristics.
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating a system operating control system of an engine, according to the invention
  • FIG. 2 is a view illustrating a first embodiment of a device with variable reluctance, according to the invention
  • FIG. 3 is a view illustrating the housing of the variable reluctance device according to FIG. 2;
  • FIG. 4 is a view illustrating a magnetic excitation element of the variable reluctance device of FIG. 2;
  • FIG. 5A is a view illustrating a longitudinal section of a detection module of the variable reluctance device according to FIG. 2;
  • FIG. 5B is an exploded view illustrating the detection module according to FIG. 5a;
  • FIG. 6 is a view illustrating the mounting of the variable reluctance device according to FIG. 2 on the housing of an engine;
  • FIGS. 7A to 8B are views illustrating other embodiments of the variable reluctance device according to the invention.
  • FIG 9 is a schematic view illustrating a variable reluctance sensor, according to the prior art.
  • FIG. 1 illustrates a schematic example of a system for controlling the operation of a rotating machine or a motor 1, for example an aircraft turbomachine, according to the invention.
  • This system comprises motor rotation speed control means 3 and a multi-directional variable reluctance device 5 for measuring the speed of rotation of a rotating member 6 of the engine 1.
  • the variable reluctance device 5 comprises at least one detection module 7 (only one in the illustrated example) and a magnetic excitation element 9.
  • the device 5 comprises a phonic wheel 11, that is to say say a coding wheel or toothed magnetic material coupled to or constituted by the rotating member 6 of the engine.
  • the sound wheel 11 may itself be constituted by the rotating member, for example a motor gear.
  • the rotating member 6 may be the shaft of the motor 1 and in this case, the toothed wheel 11 is integral in rotation with the shaft whose rotational speed is to be measured.
  • the detection module 7 comprises a plurality of independent detection elements 13 delivering a plurality of channels.
  • the detection module 7 may comprise for example three or four detection elements 13 formed by insulated coils surrounded around a pole piece of ferromagnetic material with high magnetic permeability. It will be noted that according to the desired number of channels, a part of these detection elements 13 can be coupled together.
  • the magnetic excitation element 9 comprises a permanent magnet and is disposed near the detection module 7.
  • the assembly constituted by the detection module 7 and the magnetic excitation element 9 is associated with the toothed wheel 11 of the in such a way as to form a closed magnetic circuit with a variable air gap as a function of the running frequency of the teeth of the toothed wheel 11.
  • this assembly is mounted facing the periphery of the toothed wheel 11, on a fixed support relative to the toothed wheel 11.
  • it can be positioned substantially perpendicular to the toothed wheel 11 (as illustrated) or substantially in the plane of this toothed wheel 11.
  • the variations in the magnetic flux corresponding to the passage of the teeth develop at the terminals of each detection element 13 an electromotive force proportional to the variation of the magnetic flux and therefore to the speed of rotation of the wheel toothed 11.
  • each detection element 13 collects an electrical signal representative of the speed of rotation of the rotating member 6.
  • the signals collected by the detection elements 13 are conveyed by respective electrical connection cables 10 to the control means 3 which include circuits for processing and exploiting these signals.
  • the electrical signal collected by a detection element 13 is a substantially sinusoidal signal whose frequency is proportional to the rotational speed of the rotating member 6.
  • the variable reluctance device 5, measuring the rotational speed of a gas turbine engine low pressure turbine shaft may comprise three measurement channels for a full authority control circuit (FADEC) of the engine and an additional channel for providing speed information to the engine. cockpit.
  • FADEC full authority control circuit
  • variable reluctance device 5 can provide four independent ways of measuring rotational speed of the rotating member 6 with only two separate elements.
  • the first element consists of a detection module 7 comprising four detection elements 13 and the second element consists of the magnetic excitation element 9. While providing four channels, this device has Reluctance 5 has a reduced diameter compared to an assembly of four speed sensors according to the prior art.
  • FIGS. 2 to 6 illustrate a first embodiment of a variable reluctance device 5.
  • FIG. 2 shows a variable reluctance device 5 comprising a support housing 15 serving as a receptacle for a screen 21 comprising two housings 17a. and 17b (see also Figure 3).
  • the magnetic excitation element 9 is fixed integrally, for example, by welding in a first housing 17a while the detection module 7 is housed removably in a second housing 17b.
  • a free end 9a of the magnetic excitation element 9 is positioned facing the periphery of the toothed wheel 11 with a predetermined first air gap 19a.
  • a free end 7a of the detection module 7 is positioned facing the periphery of the toothed wheel 11 with a second gap 19b determined.
  • the first and second determined gaps 19a and 19b are equal.
  • each detection element 13 depends on the value of the first and second air gaps 19a and 19b, and decreases rapidly with the increase of this value, which can not generally exceed a few millimeters.
  • Figure 3 shows that the first and second housing 17a and 17b of the housing can be formed in a screen 21 of conductive material having longitudinal slots to inhibit eddy current losses.
  • the housing 15 is a hard nonmagnetic steel support (of the Z6NCT25 type or similar) and the screen 21 is made of aluminum which makes it possible to reduce the magnetic leakage fluxes.
  • the housing 15 has two positioning holes 23a and 23b coaxial with the two housings 17a and 17b to allow the free ends 9a and 7b of the magnetic excitation element 9 and the detection module 7 to be well positioned facing the toothed wheel 11.
  • FIG. 4 is a view illustrating the magnetic excitation element 9.
  • This magnetic excitation element 9 comprises a polar excitation element 25 made of a soft ferromagnetic material (for example an alloy based on 50% nickel), a permanent magnet 27 (for example a cylindrical magnet of the Alnico type) and a transverse yoke 29 made of a soft ferromagnetic material (for example an alloy based on 50% nickel).
  • the polar excitation element 25 and the transverse yoke 29 are fixed for example by welding at the two ends of the permanent magnet 27.
  • the transverse yoke 29 can be fixed to the permanent magnet 27 via a polar link element 28.
  • the polar excitation element 25 constitutes the free end 9a facing the toothed wheel 11.
  • the magnetic excitation element 9 also comprises a protective tube 31 (FIG. for example stainless-8X9) protecting the permanent magnet 27.
  • the magnetic excitation element 9 is integrated for example by welding in the housing 15 which is mounted on a fixed support for example the inner intermediate casing 33 to the motor (see also Figure 6).
  • holes 34 formed in the transverse yoke 29 make it possible to fix with fastening means 38 (for example bolts), the casing 15 on the inner casing 33.
  • the casing 15, the 21, and the transverse yoke 29 may have respective holes 35a, 35b and 35c for fixing the assembly with a fixing means 36.
  • the magnetic excitation element 9 and therefore the polar element excitation 25 is positioned facing the toothed wheel 11 with a controlled air gap.
  • the assembly is robustly designed to ensure its reliability throughout the life of the engine 1.
  • FIG. 5A and 5B illustrate the detection module 7.
  • FIG. 5A is a view of a longitudinal section of the detection module 7 whereas FIG. 5B is an exploded view of this detection module 7.
  • the module detection device 7 comprises a polar detection element 37 made of a soft ferromagnetic material (for example made of a 50% nickel alloy) of length equivalent to the magnetic excitation element 9 and comprising a plurality of cells 39.
  • the transverse yoke 29 may comprise a hole 41 (see FIG. 4), of which an external part 43 is of conical shape making it possible to facilitate the guiding of the detection module 7 with this transverse yoke 29.
  • the cells 39 of the detection module 7 are isolated by a plurality of winding insulators 45 in order to receive a plurality of detection coils 47 to form the plurality of detection elements 13.
  • the assembly constituted by the polar element of FIG. detection 37 and the coils 47 is integrated in a protective tube 49 nonmagnetic (for example stainless steel).
  • the protective tube 49 comprises an annular abutment element 51 at the end 37b of the polar detection element 37 to allow the detection module 7 to be supported against the transverse yoke 29.
  • detection 7 may advantageously comprise a magnetic sheath 53 shielding disposed between the protective tube 49 and the polar detection element 37.
  • the magnetic sheath 53 shielding envelopes the polar detection element 37 and its coils 47 before their integration into the protective tube 49 amagnetic.
  • the detection module 7 comprises four coils 47 or detection elements the output terminals of which provide four independent speed measurement channels.
  • the polar detection element 37 may comprise another number of cells 39 of varying dimensions enabling the detection module 7 to provide any number of coupled or independent signals.
  • the detection module 7 comprises pressure and positioning means to hold it firmly on the transverse yoke 29 and to ensure a desired positioning of the free end 37a of the polar detection element 37 facing the periphery of the toothed wheel 11 according to the second gap 19b determined.
  • the detection module 7 comprises a fixing washer 55 at the free end 37a of the polar detection element 37 and an adapter piece 57 on the other end 37b of this polar detection element 37
  • the fixing washer 55 and the adapter nozzle 57 are for centering and fixing the polar sensing element 37 in the protective tube 49.
  • the adapter tip 57 allows mounting the detection module 7 on an end 59a of a connecting tube 59.
  • This connecting tube 59 (for example stainless steel) may be several tens of centimeters long, provides guiding and protection of electrical connection cables 10 from the plurality of detection elements 13 between, for example, the intermediate casing 33 and the outer casing 61 of the motor (see FIG. 6).
  • the polar detection element 37 and the adaptation endpiece 57 may comprise holes or slots 62a, 62b to facilitate the passage of the electrical connection cables 10.
  • FIG. 6 illustrates the mounting of the variable reluctance device 5 on the intermediate casing 33 and outer casing 61 of the motor 1.
  • the connecting tube 59 is fixed at its end 59b (Opposite to that 59a which is coupled to the detection module 7) by a fastening flange 63 mounted at the outer casing 61 of the motor 1.
  • the fastening flange 63 comprises a pressure means 65, for example a spring or a screwing system exerting on the connecting tube 59 and consequently on the detection module 7, an elastic restoring force making it possible to hold the latter in abutment against the transverse yoke 29 of the magnetic excitation element 9.
  • the restoring force also keeps the end 7a of the detection module 7 in the desired position, relative to the toothed wheel 11, that is to say with a controlled air gap similar to that of the magnetic excitation element 9.
  • the assembly formed by the detection module 7 and the connecting tube 59 is easily removable to allow any possible repair.
  • connection cables 10 protected by an insulating envelope 67 leave the connecting tube 59 at the end 59b to be connected to the control means 3.
  • the electrical connection cables 10 are connected to at least one connector 68 (dotted) located at the mounting flange 63.
  • FIGS. 7A to 8B illustrate other embodiments of a variable reluctance device 5.
  • FIG. 7A or 7B shows that in addition to all the elements represented in the preceding figures, the variable reluctance device 5 comprises another magnetic circuit closure element 71.
  • the housing 15 of the variable reluctance device 5 comprises a additional housing 17c for accommodating this magnetic circuit closure element 71.
  • the free end 71a of the magnetic circuit closure element 71 is positioned facing the toothed wheel 11 with a third determined air gap which may be equal to the first and second determined gaps 19a and 19b.
  • the other end 71b of the magnetic circuit closure element 71 is coupled with the transverse yoke 29 of the magnetic excitation element 9 for example by fitting into an additional hole 72 formed in the transverse yoke 29.
  • the magnetic circuit closure element 71 and the magnetic excitation element 9 form a additional closed magnetic circuit according to the running frequency of the teeth of the toothed wheel 11. This additional closed magnetic circuit is out of phase with that formed between the detection module 7 and the magnetic excitation element 9.
  • FIG. 7C is a schematic view from above (arrows C) of the toothed wheel 11.
  • the toothed wheel 11 has a solid portion 11a facing the free end 71a of the excitation element 71 and a toothed portion 11b positioned facing the free ends of the detection module 7 and the magnetic circuit closure element 71.
  • the spacing between the free end 9a of the detection module 7 and the free end 71a of the magnetic circuit closure element 71 is determined according to the spacing of the toothing.
  • This spacing is chosen so that during the rotation (arrow 73) of the toothed wheel 11, the detection module 7 and the magnetic circuit closure element 71 are alternately subjected to a variable magnetic flux generating at the terminals of each sensing coil 47 has a synchronous frequency alternating voltage of the toothing of the toothing.
  • the spacing corresponds to the width of a tooth 74 plus one half of the pitch 77 of the toothing so that the closed magnetic circuit 79a or the additional closed magnetic circuit 79b is alternately formed on the one hand between the magnetic circuit closure element 71 and the magnetic excitation element 9 and secondly between the detection module 7 and the magnetic excitation element 9 as shown in dashed lines by the references 79a and 79b.
  • the housing 15 has three positioning holes 23a, 23b and 23c for passing the free ends of the three elements 7, 9 and 71 respectively. The arrangement and spacing between these holes is a function of the configuration of the toothed wheel 11.
  • the magnetic circuit closure element 71 may be a polar element made of a soft ferromagnetic material making it possible to increase the sensitivity and measurement accuracy of the rotational speed of the rotating member 6 of the motor 1.
  • FIGS. 8A and 8B show that the magnetic circuit closure element may be an additional detection module 7 'for doubling the number of speed detectors.
  • the variable reluctance device comprises two detection modules 7 and 7 'comprising the same elements as those of Figures 5A and 5B.
  • the two detection modules 7 and 7 ' are alternately active as a function of the rotation of the toothed wheel 11.
  • FIG. 8A shows that it is the detection module 7 which is active while FIG. 8B shows after the rotation (arrow 73) of the wheel 11 by about one step, it is the additional detection module 7 'which is active.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif à reluctance variable pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant (6) couplé à une roue dentée (11) en matériau ferromagnétique, le dispositif comportant au moins un module de détection (7) comprenant une pluralité d'éléments de détection (13) et un élément d'excitation magnétique (9) disposé à proximité dudit module de détection (7), le module de détection et l'élément d'excitation magnétique étant associés à la roue dentée (11) de manière à former un circuit magnétique fermé à entrefer variable en fonction de la fréquence de défilement des dents de la roue dentée (11), chaque élément de détection (13) dudit module de détection (7) délivrant ainsi un signal électrique représentatif de la vitesse de rotation de l'organe tournant.

Description

Titre de l'invention
Dispositif à reluctance variable pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant.
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un dispositif à reluctance variable pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant, et notamment pour mesurer la vitesse de rotation d'un moteur d'aéronef.
Arrière-plan de l'invention
Un capteur de vitesse à reluctance variable est un générateur dont le circuit magnétique inclut une roue dentée en matériau ferromagnétique couplée à un organe tournant dont on désire mesurer la vitesse de rotation. Un capteur de ce genre est connu par exemple par le brevet français FR2366572.
La figure 9 illustre de manière schématique un dispositif à reluctance variable 105 comportant trois sondes 106 à reluctance variable. En effet, pour contrôler le bon fonctionnement d'une machine tournante 101 nécessitant une grande sécurité de fonctionnement, en particulier un moteur d'avion, il est essentiel de disposer d'au moins deux sondes 106 à reluctance variable afin de fournir des signaux indépendants à des moyens de contrôle 103.
Chaque sonde 106 à reluctance variable comporte une bobine 113 entourée autour d'une pièce polaire 125 fixée à un aimant permanent 109. La pièce polaire 125 est montée en regard d'une roue dentée 111 en matériau magnétique avec un entrefer déterminé. Lorsque la roue dentée 111 tourne, la bobine 113 qui est soumise au flux de l'aimant permanent 109, est excitée par les variations de flux dans la masse polaire générées par le passage des dents de la roue 111, délivrant alors à des moyens de contrôle 103 un courant électrique alternatif dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation de cette roue 111.
Cependant, un assemblage de trois ou quatre sondes à reluctance variable présente un diamètre non négligeable surtout pour un montage dans un environnement local encombrant et difficile tel qu'un moteur d'avion. De plus, il n'est pas facile d'augmenter le nombre de sondes dans un même boîtier pour fournir plus de signaux indépendants aux moyens de contrôle.
Objet et résumé de l'invention
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients grâce à un dispositif à reluctance variable pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant couplé à une roue dentée en matériau ferromagnétique caractérisé comportant : -un boîtier comprenant un premier logement et au moins un second logement,
-un élément d'excitation magnétique fixé solidairement dans ledit premier logement, une extrémité dudit élément d'excitation magnétique étant positionnée en regard du pourtour de la roue dentée avec un premier entrefer déterminé,
-au moins un module de détection comprenant une pluralité d'éléments de détection, ledit au moins un module de détection étant logé de manière amovible dans ledit au moins second logement, une extrémité dudit module de détection étant positionnée en regard du pourtour de la roue dentée avec un second entrefer déterminé, ledit module de détection et ledit élément d'excitation magnétique étant associés à la roue dentée de manière à former un circuit magnétique fermé à entrefer variable en fonction de la fréquence de défilement des dents de la roue dentée, chaque élément de détection dudit module de détection délivrant ainsi un signal électrique représentatif de la vitesse de rotation de l'organe tournant.
Ainsi, ce dispositif en permettant d'associer une pluralité d'éléments de détection de vitesse avec un unique élément d'excitation magnétique assure une meilleure compacité de l'ensemble.
De plus, le module de détection peut être démonté pour permettre sa réparation en cas de défectuosité.
Avantageusement, lesdits au moins premier et second logements sont formés dans un écran en matériau conducteur. Ainsi, en interposant entre l'élément d'excitation magnétique et le module de détection, l'écran en matériau conducteur permet de réduire les flux de fuites magnétiques.
Selon une particularité de l'invention, le module de détection comporte un tube protecteur amagnétique protégeant un élément polaire de détection en matériau ferromagnétique, ledit élément polaire de détection comportant plusieurs alvéoles isolées destinées à recevoir une pluralité de bobines formant ladite pluralité d'éléments de détection.
Ainsi, le module de détection comporte de manière compacte, sécurisée et démontable une pluralité de détecteurs de vitesse. Le module de détection peut aussi comporter un fourreau magnétique de blindage disposé entre le tube protecteur amagnétique et l'élément polaire de détection.
Ainsi, le fourreau magnétique permet de réduire les couplages électromagnétiques entre les différents éléments. Avantageusement, l'élément d'excitation magnétique comporte un élément polaire d'excitation et une culasse transversale en matériau ferromagnétique, fixées aux deux extrémités d'un aimant permanent.
Ainsi, l'élément d'excitation magnétique présente une grande robustesse garantissant une très grande durée de vie. Avantageusement, le dispositif comporte des moyens de positionnement destinés à mettre en appui le module de détection contre la culasse transversale de l'élément d'excitation magnétique et à garantir le positionnement d'une extrémité de l'élément polaire de détection en regard du pourtour de la roue dentée selon le second entrefer déterminé.
Ainsi, par ce positionnement précis et stable le dispositif présente une grande fiabilité de mesure.
Pour une simple et bonne faisabilité du dispositif, les premier et second entrefers déterminés sont égaux. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comporte un élément de fermeture de circuit magnétique dont une extrémité est positionnée en regard de la roue dentée de manière à former un circuit magnétique fermé supplémentaire entre cet élément et l'élément d'excitation magnétique en fonction de la fréquence de défilement des dents de la roue dentée, ledit circuit magnétique fermé supplémentaire étant déphasé par rapport à celui formé entre le module de détection et l'élément d'excitation magnétique. Ainsi, la sensibilité du dispositif est fortement augmentée.
Cet élément de fermeture de circuit magnétique peut être un module de détection supplémentaire. Ainsi, le nombre de détecteurs de vitesse est augmenté.
Selon une variante, ledit élément de fermeture de circuit magnétique est un élément polaire en matériau ferromagnétique. Ainsi, les flux de fuites magnétiques sont minimisés. Avantageusement, le dispositif comporte un tube de liaison assurant le guidage de câbles de liaison électriques de la pluralité d'éléments de détection vers des moyens de contrôle de l'organe tournant. Ainsi, les câbles de liaison électriques sont bien protégés.
Le dispositif peut être est fixé sur un carter d'un moteur. Ainsi, ce montage peut être réalisé de manière simple et sécurisé. L'invention vise aussi un système de contrôle de fonctionnement d'un moteur, notamment d'un moteur d'aéronef, comportant un dispositif à reluctance variable selon les caractéristiques ci- dessus.
Brève description des dessins
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite, ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 est une vue schématique illustrant un système de contrôle de fonctionnement d'un moteur, selon l'invention ;
-la figure 2 est une vue illustrant un premier mode de réalisation d'un dispositif à reluctance variable, selon l'invention ;
-la figure 3 est une vue illustrant le boîtier du dispositif à reluctance variable selon la figure 2 ;
-la figure 4 est une vue illustrant un élément d'excitation magnétique du dispositif à reluctance variable de la figure 2 ;
-la figure 5A est une vue illustrant une section longitudinale d'un module de détection du dispositif à reluctance variable selon la figure 2 ;
-la figure 5B est une vue éclatée illustrant le module de détection selon la figure 5a ;
-la figure 6 est une vue illustrant le montage du dispositif à reluctance variable selon la figure 2 sur le carter d'un moteur ; -les figures 7A à 8B sont des vues illustrant d'autres modes de réalisation du dispositif à reluctance variable, selon l'invention ; et
-la figure 9 est une vue schématique illustrant un capteur à reluctance variable, selon l'art antérieur.
Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 illustre un exemple schématique d'un système de contrôle de fonctionnement d'une machine tournante ou d'un moteur 1, par exemple une turbomachine d'aéronef, selon l'invention. Ce système comporte des moyens de contrôle 3 de vitesse de rotation du moteur 1 et un dispositif à reluctance variable 5 multivoies pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant 6 du moteur 1.
Le dispositif à reluctance variable 5 comporte au moins un module de détection 7 (un seul dans l'exemple illustré) et un élément d'excitation magnétique 9. En outre, le dispositif 5 comporte une roue phonique 11, c'est-à-dire une roue codeuse ou dentée en matériau magnétique couplée à, ou constitué par l'organe tournant 6 du moteur. En effet, la roue phonique 11 peut être elle-même constitué par l'organe tournant, par exemple un engrenage du moteur. Par ailleurs, l'organe tournant 6 peut être l'arbre du moteur 1 et dans ce cas, la roue dentée 11 est solidaire en rotation de cet arbre dont la vitesse de rotation est à mesurer.
Le module de détection 7 comprend une pluralité d'éléments de détection 13 indépendants délivrant une pluralité de voies. Ainsi, le module de détection 7 peut comprendre par exemple trois ou quatre éléments de détection 13 formés par des bobines isolées entourées autour d'une pièce polaire en matériau ferromagnétique à haute perméabilité magnétique. On notera que selon le nombre de voies souhaité, une partie de ces éléments de détection 13 peuvent être couplés entre eux.
L'élément d'excitation magnétique 9 comporte un aimant permanent et est disposé à proximité du module de détection 7. L'ensemble constitué par le module de détection 7 et l'élément d'excitation magnétique 9 est associé à la roue dentée 11 de manière à former un circuit magnétique fermé à entrefer variable en fonction de la fréquence de défilement des dents de la roue dentée 11. Bien entendu, cet ensemble est monté en regard du pourtour de la roue dentée 11, sur un support fixe par rapport à la roue dentée 11. En outre, il peut être positionné sensiblement perpendiculairement à la roue dentée 11 (comme illustré) ou sensiblement dans le plan de cette roue dentée 11.
Le flux magnétique émanent de l'élément d'excitation magnétique 9 se referme par la denture de la roue dentée 11 et le défilement des dents provoque une variation du flux magnétique. Ainsi, lorsque la roue dentée 11 est en rotation, les variations du flux magnétique correspondant au passage des dents développent aux bornes de chaque élément de détection 13 une force électromotrice proportionnelle à la variation du flux magnétique et donc à la vitesse de rotation de la roue dentée 11.
Alors, chaque élément de détection 13 recueille un signal électrique représentatif de la vitesse de rotation de l'organe tournant 6. Les signaux recueillis par les éléments de détection 13 sont acheminés par des câbles 10 respectifs de liaison électrique vers les moyens de contrôle 3 qui comportent des circuits de traitement et d'exploitation de ces signaux. En particulier, le signal électrique recueilli par un élément de détection 13 est un signal sensiblement sinusoïdal dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation de l'organe tournant 6. A titre d'exemple, le dispositif à reluctance variable 5, mesurant la vitesse de rotation d'un arbre de turbine basse pression de moteur à turbine à gaz, peut comporter trois voies de mesure destinées à un circuit de commande à pleine autorité (FADEC) du moteur et une voie supplémentaire destinée à fournir une information de vitesse au poste de pilotage. Alors selon cet exemple, le dispositif à reluctance variable 5 peut fournir quatre voies indépendantes de mesure de vitesse de rotation de l'organe tournant 6 avec seulement deux éléments séparés. Le premier élément est constitué d'un module de détection 7 comprenant quatre éléments de détection 13 et le second élément est constitué de l'élément d'excitation magnétique 9. Tout en fournissant quatre voies, ce dispositif à reluctance 5 présente un diamètre réduit par rapport à un assemblage de quatre capteurs de vitesse selon l'art antérieur.
Les figures 2 à 6 illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif à reluctance variable 5. En effet, la figure 2 montre un dispositif à reluctance variable 5 comportant un boîtier 15 de supportage servant de réceptacle à un écran 21 comprenant deux logements 17a et 17b (voir aussi figure 3). L'élément d'excitation magnétique 9 est fixé solidairement par exemple, par soudage dans un premier logement 17a tandis que, le module de détection 7 est logé de manière amovible dans un second logement 17b. Une extrémité libre 9a de l'élément d'excitation magnétique 9 est positionnée en regard du pourtour de la roue dentée 11 avec un premier entrefer 19a déterminé. De même, une extrémité libre 7a du module de détection 7 est positionnée en regard du pourtour de la roue dentée 11 avec un second entrefer 19b déterminé. Avantageusement et pour une meilleure faisabilité, les premier et second entrefers déterminés 19a et 19b sont égaux.
On notera que la force électromotrice créée dans chaque élément de détection 13 dépend de la valeur des premier et second entrefers 19a et 19b, et elle diminue rapidement avec l'augmentation de cette valeur qui ne peut en général dépasser quelques millimètres.
La figure 3 montre que les premier et second logements 17a et 17b du boîtier peuvent être formés dans un écran 21 en matériau conducteur comportant des fentes longitudinales pour inhiber les pertes par courants de Foucault. A titre d'exemple le boîtier 15 est un support en acier amagnétique dur (du type Z6NCT25 ou similaire) et l'écran 21 est en aluminium qui permet de réduire les flux de fuites magnétiques. Le boîtier 15 comporte deux trous de positionnement 23a et 23b coaxiaux aux deux logements 17a et 17b afin de permettre aux extrémités libres 9a et 7b de l'élément d'excitation magnétique 9 et du module de détection 7 d'être bien positionnés en regard de la roue dentée 11.
La figure 4 est une vue illustrant l'élément d'excitation magnétique 9. Cet élément d'excitation magnétique 9 comporte un élément polaire d'excitation 25 en matériau ferromagnétique doux (par exemple alliage à base de 50% nickel), un aimant permanent 27 (par exemple un aimant cylindrique du type Alnico) et une culasse transversale 29 en matériau ferromagnétique doux (par exemple en alliage à base de 50% de Nickel). L'élément polaire d'excitation 25 et la culasse transversale 29 sont fixés par exemple par soudure aux deux extrémités de l'aimant permanent 27. En particulier, la culasse transversale 29 peut être fixée sur l'aimant permanent 27 par l'intermédiaire d'un élément polaire de liaison 28. Par ailleurs, l'élément polaire d'excitation 25 constitue l'extrémité libre 9a en regard de la roue dentée 11. Avantageusement, l'élément d'excitation magnétique 9 comporte aussi un tube protecteur 31 (par exemple en inox-8X9) protégeant l'aimant permanent 27.
L'élément d'excitation magnétique 9 est intégré par exemple par soudure dans le boîtier 15 qui est monté sur un support fixe par exemple le carter intermédiaire interne 33 au moteur (voir aussi figure 6). En effet, selon cet exemple, des trous 34 formés dans la culasse transversale 29 permettent de fixer avec des moyens de fixation 38 (par exemple des boulons), le boîtier 15 sur le carter interne 33. Par ailleurs, le boîtier 15, l'écran 21, et la culasse transversale 29 peuvent comporter des trous 35a, 35b, et 35c respectives permettant de fixer l'ensemble avec un moyen de fixation 36. Ainsi, l'élément d'excitation magnétique 9 et par conséquent l'élément polaire d'excitation 25 est positionné en regard de la roue dentée 11 avec un entrefer contrôlé. L'ensemble est conçu de manière robuste pour garantir sa fiabilité pendant toute la durée de vie du moteur 1. Les figures 5A et 5B illustrent le module de détection 7. La figure 5A est une vue d'une section longitudinale du module de détection 7 tandis que la figure 5B est une vue éclatée de ce module de détection 7. Selon cet exemple, le module de détection 7 comporte un élément polaire de détection 37 en matériau ferromagnétique doux (par exemple en alliage 50% Nickel) de longueur équivalente à l'élément d'excitation magnétique 9 et comportant plusieurs alvéoles 39. Une extrémité 37a de l'élément polaire de détection 37 constitue l'extrémité libre 7a du module de détection 7 en regard de la roue dentée 11 tandis que l'autre extrémité 37b de l'élément polaire de détection 37 est couplé magnétiquement avec la culasse transversale 29 de l'élément d'excitation magnétique 9 afin de fermer le circuit magnétique entre l'élément d'excitation magnétique 9, le module de détection et la roue dentée 11. En effet, la culasse transversale 29 peut comporter un trou 41 (voir figure 4) dont une partie externe 43 est de forme conique permettant de faciliter le guidage du module de détection 7 avec cette culasse transversale 29.
Les alvéoles 39 du module de détection 7 sont isolées par une pluralité d'isolants 45 de bobinages afin de recevoir une pluralité de bobines 47 de détection pour former la pluralité d'éléments de détection 13. L'ensemble constitué par l'élément polaire de détection 37 et les bobines 47 est intégré dans un tube protecteur 49 amagnétique (par exemple en inox). Eventuellement, le tube protecteur 49 comporte un élément de butée annulaire 51 au niveau de l'extrémité 37b de l'élément polaire de détection 37 pour permettre l'appui du module de détection 7 contre la culasse transversale 29. De plus, le module de détection 7 peut avantageusement comporter un fourreau magnétique 53 de blindage disposé entre le tube protecteur 49 et l'élément polaire de détection 37. Ainsi, le fourreau magnétique 53 de blindage enveloppe l'élément polaire de détection 37 et ses bobines 47 avant leur intégration dans le tube protecteur 49 amagnétique. Selon l'exemple de la figure 5A, le module de détection 7 comporte quatre bobines 47 ou éléments de détection dont les bornes de sortie fournissent quatre voies indépendantes de mesure de vitesse. En variante, l'élément polaire de détection 37 peut comporter un autre nombre d'alvéoles 39 et de dimensions variables permettant au module de détection 7 de fournir un nombre quelconque de signaux couplés ou indépendants.
En outre, le module de détection 7 comporte des moyens de pression et de positionnement afin de le maintenir fermement sur la culasse transversale 29 et de garantir un positionnement voulu de l'extrémité libre 37a de l'élément polaire de détection 37 en regard du pourtour de la roue dentée 11 selon le second entrefer 19b déterminé.
En effet, le module de détection 7 comporte une rondelle de fixation 55 au niveau de l'extrémité libre 37a de l'élément polaire de détection 37 et un embout d'adaptation 57 sur l'autre extrémité 37b de cet élément polaire de détection 37. La rondelle de fixation 55 et l'embout d'adaptation 57 sont destinés à centrer et à fixer l'élément polaire de détection 37 dans le tube protecteur 49.
De plus, l'embout d'adaptation 57 permet de monter le module de détection 7 sur une extrémité 59a d'un tube de liaison 59. Ce tube de liaison 59 (par exemple en inox) pouvant avoir plusieurs dizaines de centimètres de long, assure le guidage et la protection de câbles 10 de liaison électrique provenant de la pluralité d'éléments de détection 13 entre par exemple les carters intermédiaire 33 et extérieur 61 du moteur (voir figure 6). En particulier, l'élément polaire de détection 37 et l'embout d'adaptation 57 peuvent comporter des trous ou fentes 62a, 62b pour faciliter le passage des câbles 10 de liaison électrique.
La figure 6 illustre le montage du dispositif à reluctance variable 5 sur le carter intermédiaire 33 et extérieur 61 du moteur 1. Selon cet exemple, le tube de liaison 59 est fixé au niveau de son extrémité 59b (opposée à celle 59a qui est couplée au module de détection 7) par une bride de fixation 63 montée au niveau du carter extérieur 61 du moteur 1. De plus, la bride de fixation 63 comporte un moyen de pression 65, par exemple un ressort ou un système de vissage exerçant sur le tube de liaison 59 et par conséquent sur le module de détection 7, une force de rappel élastique permettant de maintenir ce dernier en appui contre la culasse transversale 29 de l'élément d'excitation magnétique 9. Cette force de rappel maintient aussi l'extrémité 7a du module de détection 7 en position voulue, par rapport à la roue dentée 11, c'est-à-dire avec un entrefer contrôlé similaire à celui de l'élément d'excitation magnétique 9. En outre, l'ensemble formé par le module de détection 7 et le tube de liaison 59 est facilement démontable pour permettre toute éventuelle réparation.
Par ailleurs, les câbles 10 de liaison électrique protégés par une enveloppe isolante 67 sortent du tube de liaison 59 à l'extrémité 59b pour être reliés aux moyens de contrôle 3. En variante, les câbles 10 de liaison électrique sont reliés à au moins un connecteur 68 (en pointillé) situé au niveau de la bride de fixation 63.
Les figures 7A à 8B illustrent d'autres modes de réalisation d'un dispositif à reluctance variable 5.
La figure 7A ou 7B montre qu'en plus de tous les éléments représentés sur les figures précédents, le dispositif à reluctance variable 5 comporte un autre élément de fermeture de circuit magnétique 71. Ainsi, le boîtier 15 du dispositif à reluctance variable 5 comporte un logement supplémentaire 17c destiné à loger cet élément de fermeture de circuit magnétique 71. L'extrémité libre 71a de l'élément de fermeture de circuit magnétique 71 est positionnée en regard de la roue dentée 11 avec un troisième entrefer déterminé qui peut être égal aux premier et deuxième entrefers déterminés 19a et 19b. L'autre extrémité 71b de l'élément de fermeture de circuit magnétique 71 est couplé avec la culasse transversale 29 de l'élément d'excitation magnétique 9 par exemple en s'ajustant dans un trou 72 supplémentaire formé dans cette culasse transversale 29. Ainsi, l'élément de fermeture de circuit magnétique 71 et l'élément d'excitation magnétique 9 forment un circuit magnétique fermé supplémentaire en fonction de la fréquence de défilement des dents de la roue dentée 11. Ce circuit magnétique fermé supplémentaire est déphasé par rapport à celui formé entre le module de détection 7 et l'élément d'excitation magnétique 9.
En effet, la figure 7C est une vue schématique de dessus (flèches C) de la roue dentée 11. Cette figure montre que la roue dentée 11 comporte une partie pleine lia en regard de l'extrémité libre 71a de l'élément d'excitation magnétique 71 et une partie dentée 11b positionnée face aux extrémités libres du module de détection 7 et de l'élément de fermeture de circuit magnétique 71. L'écartement entre l'extrémité libre 9a du module de détection 7 et l'extrémité libre 71a de l'élément de fermeture de circuit magnétique 71 est déterminé en fonction de l'espacement de la denture. Cet écartement est choisi de manière en ce que lors de la rotation (flèche 73) de la roue dentée 11, le module de détection 7 et l'élément de fermeture de circuit magnétique 71 soient soumises alternativement à un flux magnétique variable générant aux bornes de chaque bobine de détection 47 une tension alternative de fréquence synchrone du défilement de la denture.
A titre d'exemple l'écartement correspond à la largeur d'une dent 74 plus une moitié du pas 77 de la denture de sorte que le circuit magnétique fermé 79a ou le circuit magnétique fermé supplémentaire 79b soit formé de manière alternative d'une part entre l'élément de fermeture de circuit magnétique 71 et l'élément d'excitation magnétique 9 et d'autre part entre le module de détection 7 et l'élément d'excitation magnétique 9 comme représenté en pointillé par les références 79a et 79b. Bien entendu, dans ce cas le boîtier 15 comporte trois trous de positionnement 23a, 23b et 23c pour laisser passer les extrémités libres des trois éléments 7, 9 et 71 respectivement. La disposition et récartement entre ces trous sont fonction de la configuration de la roue dentée 11.
L'élément de fermeture de circuit magnétique 71 peut être un élément polaire en matériau ferromagnétique doux permettant d'augmenter la sensibilité et la précision de mesure de la vitesse de rotation de l'organe tournant 6 du moteur 1. En variante, les figures 8A et 8B montrent que l'élément de fermeture de circuit magnétique peut être un module de détection supplémentaire 7' permettant de doubler le nombre de détecteurs de vitesse. Ainsi, selon cet exemple, le dispositif à reluctance variable comporte deux modules de détection 7 et 7' comportant les mêmes éléments que ceux des figures 5A et 5B. Les deux modules de détection 7 et 7' sont actifs de manière alternative en fonction de la rotation de la roue dentée 11. En effet, la figure 8A montre que c'est le module de détection 7 qui est actif tandis que la figure 8B montre qu'après la rotation (flèche 73) de la roue 11 d'environ un pas, c'est le module de détection supplémentaire 7' qui est actif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif à reluctance variable pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant (6) couplé à une roue dentée (11) en matériau ferromagnétique caractérisé en ce qu'il comporte :
-un boîtier (15) comprenant un premier logement (17a) et au moins un second logement (17b),
-un élément d'excitation magnétique (9) fixé solidairement dans ledit premier logement (17a), une extrémité dudit élément d'excitation magnétique (9) étant positionnée en regard du pourtour de la roue dentée (11) avec un premier entrefer (19a) déterminé,
-au moins un module de détection (7) comprenant une pluralité d'éléments de détection (13), ledit au moins un module de détection (7) étant logé de manière amovible dans ledit au moins second logement (17b), une extrémité dudit module de détection (7) étant positionnée en regard du pourtour de la roue dentée (11) avec un second entrefer (19b) déterminé, ledit module de détection et ledit élément d'excitation magnétique étant associés à la roue dentée (11) de manière à former un circuit magnétique fermé à entrefer variable en fonction de la fréquence de défilement des dents de la roue dentée (11), chaque élément de détection (13) dudit module de détection (7) délivrant ainsi un signal électrique représentatif de la vitesse de rotation de l'organe tournant.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premier et au moins second logements (17a, 17b) sont formés dans un écran (21) en matériau conducteur.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le module de détection (7) comporte un tube protecteur (49) amagnétique protégeant un élément polaire de détection (37) en matériau ferromagnétique, ledit élément polaire de détection comportant plusieurs alvéoles (39) isolées destinées à recevoir une pluralité de bobines (47) formant ladite pluralité d'éléments de détection.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le module de détection (7) comporte un fourreau magnétique de blindage (53) disposé entre le tube protecteur (49) amagnétique et l'élément polaire de détection (37).
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'excitation magnétique (9) comporte un élément polaire d'excitation (25) et une culasse transversale (29) en matériau ferromagnétique, fixées aux deux extrémités d'un aimant permanent (27).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de positionnement destinés à mettre en appui le module de détection (7) contre la culasse transversale (29) de l'élément d'excitation magnétique (9) et à garantir le positionnement d'une extrémité de l'élément polaire de détection (37) en regard du pourtour de la roue dentée (11) selon le second entrefer déterminé.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les premier et second entrefers (19a, 19b) déterminés sont égaux.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément de fermeture de circuit magnétique (71) dont une extrémité (71a) est positionnée en regard de la roue dentée (11) de manière à former un circuit magnétique fermé supplémentaire entre cet élément et l'élément d'excitation magnétique (9) en fonction de la fréquence de défilement des dents de la roue dentée (11), ledit circuit magnétique fermé supplémentaire étant déphasé par rapport à celui formé entre le module de détection et l'élément d'excitation magnétique.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit élément de fermeture de circuit magnétique (71) est un module de détection supplémentaire.
10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit élément de fermeture de circuit magnétique (71) est un élément polaire en matériau ferromagnétique.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un tube de liaison (59) assurant le guidage de câbles (10) de liaison électriques de la pluralité d'éléments de détection (13) vers des moyens de contrôle (3) de l'organe tournant.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est fixé sur un carter (33, 61) d'un moteur (1).
13. Système de contrôle de fonctionnement d'un moteur, notamment d'un moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif à reluctance variable (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
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