Brevet FR2002912A1 — publié le 19691031

L'invention concerne un dispositif détecteur de position no tamment pour déterminer la nosition relative entre deux éléments d' une machin, par exemple un rotor et un tator. L'invention a pour but de fournir un dispositif détecteur de position amélioré qui soit simple et économ ue et qui puisse être utilisé pour établir la position relative entre deux organes d'une machine selon trois axes de coordonnées dans l'espace. Belon l'invention, il est prévu un dispositif comprenant un premier et un second organe de machine qui doivent entre localisés l'un par rapport à l'autre, l'un de ces organes ayant une surface extérieure conique et l'autre organe présentant une surface intérieure conique de forme complémentaire appariée, destinée à entre placée au voisinage de ladite surface extérieure. Le second organe contient un certain nombre de moyens capteurs de flux magnétique, agencés de façon à établir des c}Ipps agnétintues qui stétenlent à partir de sa surface conique en des points répartis dans des directions circulaires.Le premier organe est constitué en un matériau magnétique et les moyens capteurs peuvent être utilisés pour mesurer la position du premier organe par rapport au second organe en mesurant la résistance du circuit magnétique dans l'entrefer ménagé entre les surfaces coniques. La fig. 1 des dessins annexés est une vue latérale des éléments du dispositif qui jouent un rtle important dans le cadre de l'in vention, l'un des organes de la machine, à savoir un stator,étant représenté en coupe transversale la fig. 2 est une vue inférieure du stator de la fig. 1 la fig. 3 est une vue de détail, à échelle agrandie, d'une partie du dispositif de la fig. 1, illustrant en particulier la structure des moyens capteurs de flux magnétique disposés à l'intérieur du stator la fig. 4 est le schéma d'un circuit qui peut entre utilisé dans le cadre du dispositif de l'invention. Comme on peut le voir dans la fig. 1, un organe 10 de la machine, qui peut entre le rotor d'une machine rotative, est disposé à proximité d'un second organe 16 de la machine. A son extrémité supérieure, le rotor 10 est muni d'une surface extérieure conique désignée par 14.L'organe statorique 16 de la machine présente une surface intérieure conique appariée, désignée par 22, L'angle du cône de ces surfaces peut être choisi dans de larges limites, par exempte entre 5 et 85 . Toutefois, il est bien entendu que, de préférence, les angles des deux surfaces coniques sont au moins ap proximativement égaux, de sorte que es surfaces soient appariées, et il est préférable de choisir un angle de cône de 450 environ, comme on l'a représenté dans les figures. I1 est prévu que la surface conique 14 du rotor soit maintenue à proximité raisonnable de la surface conique 22 du stator 16, mais sans que les deux organes de la machine se touchent ou frottent 1' un sur l'autre. Afin de maintenir un intervalle voulu entre les deux organes de la machine, des capteurs de flux magnétiques 24 sont disposés à l'intérieur du stator 16 au niveau de la surface conique ?2 et agencés de façon à produire des champs de flux magnétique tels que représentés schématiquement par les boucles 33 en tirets. Ces boucles traversent l'entrefer délimité par les deux surfaces coniques et pénètrent dans l'organe rotorique 10 de la machine, dont la surface au moins est de préférence faite d'un matériau magnétinue. les capteurs magnétiques 24 sont agencés de façon à mesurer en permanence la dimension de l'entrefer entre les surfaces coniques, en détectant la résistance de circuit magnétique à travers l'entrefer. Un système d'asservissement pour le positionnement automatique peut être commandé par les capteurs 24 en vue de régler la position du rotor 10 par rapport au stator 16 afin de maintenir un intervalle voulu entre eux. L'opération de positionnement est favorisée par la caractéristique structurelle du rotor 10- selon laquelle la surface extérieure conique 14 ne constitue pas un cône entier, mais un tronc de cane dont le sommet est sectionné au niveau de la face externe 15. Ainsi, la surface tronconique 14 restante constitue ce cu'on peut considérer comme une piste magnétique relativement étroite pour les champs de flux rafflnétique 33.Tout déplacement de l'organe 10 de la machine le long d'une trajectoire parallèle à la surface du cône au niveau de l'un quelconque des capteurs 24 est détecté rapidement comme étant un accroissement excessif de l'entrefer en raison du manque de coincidence latérale entre la piste magnétique et le capteur, ainsi qu'en raison de la séparation plus grande des surfaces dans une direction qui leur est perpendiculainb L'extrémité supérieure de l'organe statorique 16 de la machine peut être fermée comme on l'a indiqué en 20. La fig. 2 est une vue inférieure de l'organe statorique 16 de la machine, le rotor 10 ayant été retiré de son voisinage. Cette figure illustre le mode préféré de réalisation des capteurs 24 sur la surface conique 22. Les capteurs 24 et 24' sont représentés dans des positions espacés par un écart angulaire de l'ordre de 900 mesuré à partir de l'axe du cône.Bien que d'autres capteurs puissent être nrévus en 24t' et 24"', on a constaté, selon l'invention, qu' avec seulement les deux capteurs 24 et 24' à 900 l'un de l'autre (sur les axes X et Y de coordonnées), on peut obtenir un positionnement efficace selon trois coordonnées dans l'espace pour l'organe rotorioue 10 de la machine par rapport à l'organe statorique 16. La fig. 3 est une vue à échelle agrandie d'une partie du dispositif représenté dans la fig. 1, mettant en évidence des détails constructifs du capteur magnétique 24. Corne on peut le voir dans cette figure, le capteur comprend un noyau magnétique en U 26 et un ou plusieurs enroulements 28 destinés à induire électro-magnétiquement le champ magnétique 37 et à mesurer la résistance du champ magnétique. La fig. 4 est le schéma d'un circuit de commande qui peut être utilisé en association avec le dispositif des figures précédentes afin de mesurer et de régler la position. Dans ce circuit, les capteurs 24 et 24' sont montés en série aux bornes d'une source 30 de tension d'excitation constituée par un transformateur muni, sur son secondaire, d'une prise centrale raccordée à la terre. Un état d' équilibre ou de déséquilibre des signaux en provenance des capteurs 24 et 24' est déterminé au niveau de la jonction commune de ceux-ci par un circuit qui contient un amplificateur 36 et un discrininatar de phase et d'amplitude 38. Si la surface conique 14 du rotor 10 est à égale distance des deux capteurs 24 et 24', le signal de sortie du discriminateur 38 est nul. S'il y a un déséquilibre, la sortie du discriminateur est une tension continue dont la polarité indique le sens du déséquilibre et dont l'amplitude est fonction du degré de déséquilibre. Cette sortie du discriminateur teut être utilisée à titre de signal de co-wnande pour un servomoteur de positionnement, afin de régler la position du rotor 10 en maintenant un état d'équilibre. Pour déterminer lz position du rotor 10 le long de l'axe du cône iui correspond à l'axe de rotation du rotor 10 et qui peut être appelé l'axe Z, un transformateur de courant 40 est monté en série avec l'un des capteurs 24. Par ce moyen, il est obtenu un signal proportionnel au courant du capteur, signal qui est applique au discriminateur 42 et dont l'amplitude fournit une mesure de la position selon l'axe Z. L. encore, la sortie du discriminateur 42 neut servir à commander un servo-moteur de positionnement pour le rotor 10. Selon l'autre mode de réalisation où il est fait appel à un troisième et à un quatrième capteur 24" et 24"', les capteurs de l'axe X 24 et 24" sont accouplés et les capteurs de l'axe Y 24' et 24"' sont accouplés. les paires individuelles peuvent être connectées entre elles en opposition dans des circuits séparés semblables au circuit de la fig. 4, pour assurer un fonctionnement par servo-commandes séparées selon l'axe X et l'axe Y. Avec une telle disposition, le signal de l'axe Z peut être prélevé, par l'intermédiaire du transformateur de. courant 40, à partir d'un capteur d' axe Y ou d'axe X. I1 est du reste bien entendu que le mode de réalisation de 1' invention qui aété décrit ci-dessus, en référence aux dessins annexés, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte pour cela du cadre-de la présente invention. REVEIDI CATIONS 1. Dispositif comprenant un premier et un second organe (10, 16) d'une machine, destinés à être nositionnés l'un par rapport à l'autre, ce dispositif étant e?ract-'- Itun de ces organes (10) présente une surface extérieure conique et l'autre organe (16) comporte une surface int-erieure conique appariée de forme complémentaire, agencée de façon à se trouver au voisinage immédiat de ladite surface extérieure ; le second organe (16) contenant un certain nombre de moyens capteurs de flux magnétique (24) agencés de façon à produire des champs magnétiques (33) qui s'étendent à partir de sa surface conique en des points répartis dans des directions circulaires ; le premier organe (10) étant constitué en un matériau magnétique ; et les moyens capteurs étant susceptibles de mesurer la position du premier organe par rapport au second organe en mesurant la résistance du circuit magnétique à travers 1' entrefer entre les surfaces coniques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est prévu au moins deux de ces moyens capteurs de flux magnetique (24, 24') disposés en des points séparés par un écart angulaire qui, me- suré autour de l'axe du cône, est pratiquement égal à 90Q ; ces moyens capteurs séparés étant susceptibles de mesurer la position du premier organe (10) par rapport au second organe (16) sous la forme de la proximité relative des premiers et seconds moyens capteurs, par comparaison des signaux de sortie de ces premiers et de ces seconds moyens capteurs. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les capteurs (24,24') sont connectés en série et qu'il est prévu une source de tension d'excitation (30) reliée aux bornes de ces capteurs connectés en série pour les exciter ; et un discriminateur de phase et d'amplitude (38) connecté à une jonction commune des capteurs pour détecter l'amplitude et le sens de la différence des signaux qui proviennent de ces capteurs. 4. Dispositif selon les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il est prévu des moyens (38) pour maintenir le premier organe (10) dans une position équidistante des premier et second capteur (24,24') en maintenant un équilibre entre les signaux provenant de ces capteurs. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu des moyens (40) pour mesurer l'amplitude du courant dans un seul des moyens capteurs (24), de façon à mesurer la position du premier organe (10) par rapport au second organe (16) dans la direction rarallèle à l'axe du cône. 6. Dispositif selon l'une quelconquedes revendications 1 à 5, caractérisé par le fait nue les angles de cône des surfaces coniques (14 et 22) sont égaux. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'angle de cône de chacune des surfaces coniques (14 et 22) est de 45 environ. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le premier organe (10) de la machine est un rotor et le second organe (16) de la machine constitue au moins une partie d'un stator. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le premier organe (10) est celui qui présente la surface conique extérieure (14) et que cette surface conique extérieure (14) est une surface tronconique. 10. Dispositif selon l'une queiconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il est prévu quatre moyens capteurs (24, 24', 24", 24''') répartis uniformément autour de la surface conique (22) du second organe (16).