Brevet FR2028253A1 — publié le 19701009

La présente invention concerne un dispositif de commutation à" lames, géné rateur d'impOilsions dans lequel une source de champ spécifique peut assurer à la fois un champ de fermeture de commutateur suffisamment élevé et un champ d'ouverture de commutateur suffisamment bas en des points géométriques précis 5 qui ne sont pas relativement affectés par la présence de champs parasites, tels que ceux créés par des induits de moteurs, ou même par le champ magnétique de la terre. Suivant cette invention/ il est possible d'obtenir une commande de positionnement à résolution relativement élevée avec un équipement relativement simple. ~ 10 La source de champ de cette invention implique à la base des sources de champs adjacentes de polarités opposées et de forces égales. La contiguïté des sources de champ et leurs polarités inverses se combinent pour produire une interférence maximale entre les champs, donnant un champ qui varie relativement vite avec la distance. En conséquence, un champ parasite qui modifie 15 la distribution du flux d'un système, n'affecte pas profondément la position géométrique du point où le niveau de flux de transfert de commutation est atteint. De plus, en raison de la force égale des champs, le taux maximum de changement de flux se produit symétriquement à l'intérieur de la gamme du niveau 20 de flux de transfert de commutateur qui est proche du flux zéro. Si les champs magnétiques sont sensiblement différents en grandeur, la zfine de précision maximum, c'est-à-dire de changement de flux le plus rapide, sera séparée de la zfine du niveau de flux de commutation, c'est-à-dire du flux proche de zéro. Le résultat est une perte de la précision de potentiel 25 maximum pouvant être obtenu autrement par l'interférence de champs. Un bénéfice supplémentaire issu de l'utilisation de champs égaux opposés est la liber-té de réaliser des champs de grandeur arbitraire. Ï1 a été constaté que les champs les plus importants produisent les transitions les plus nettes, donc les plus précises. 30 D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention rassortiront mieux de 1'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent plusieurs modes de réalisation préférés de celle-ci. La figure 1 est une vue en perspective d'un mécanisme de positionnement 35 utilisant un dispositif de commutation à lames réalisé suivant la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe partielle du dispositif de commutation à lames représenté dans la figure 1 prise le long des lignes II-II; La figure 3 est une vue en coupe partielle agrandie prise le long des 40 lignes III-III de la figure 1 représentant une partie du dispositif de commu 69 42831 2 202825B tation à lames avec une représentation graphique des distributions de flux magnétique comparatives; La figure 4 est une vue en perspective du générateur de flux à résolution élevée présentant un prolongement des avantages de cette invention. 5 En se reportant maintenant aux dessins, et plus particulièrement à la figure 1, on voit un mécanisme de positionnement 10 destiné à déplacer longi-tudinalement un élément de sortie 11. Le mécanisme utilise un arbre d'entrée 12 à rotation continue qui entraîne un arbre de commande de mouvement ou élément de référence 14 par l'intermédiaire d'un embrayage à friction 13 lorsque 10 l'arbre 14 est libéré afin d'entrer en rotation par le déplacement d'un cliquet 15 hors d'une roue à rochet 15. La commande du cliquet 15 se fait par l'intermédiaire d'un 1'électro-aimant 21, de l'ensemble de circuits électriques 22 et d'un dispositif de commutation générateur d'impulsions 23 à commande magnétique. 15 L'élément de sortie 11 peut Être également entraîné vers la droite par la rotation dans le sens horaire de l'arbre 14, lors de la mise en position embrayée d'un embrayage à ressort 31 normalement débrayé monté sur l'arbre d'entrée 32, en rotation constante dans le sens horaire sous l'action d'un pignon d'entrée 33. L'embrayage 31 est embrayé par l'excitation d'un électro-20 aimant 24 qui provoque le pivotement Bt l'application d'un sabot 34 sur l'embrayage à ressort 31 provoquant le serrage du ressort sur l'arbre 32. L'électro-aimant 24 est également commandé par l'ensemble des circuits de commande 22 et le dispositif de commutation 23. L'embrayage à glissement 13 permet l'application de couples d'entraînement simultanées sur l'arbre 14 sans rupture 25 de pièces. Pendant la rotation dans le sens horaire de l'arbre 14, le cliquet 15 suit simplement les dents 17 de la roue à rochet 16. Le dispositif de commutation 23 comprend un commutateur à lames 40 et un ensemble magnétique 50 de commande de commutateur solidaire de l'arbre 14, de façon à tourner avec lui devant le commutateur à lames 40 et à repré-30 senter à tout instant la position de l'élément de sortie 11. Le commutateur à lames 40 est de n'importe quel type connu et comprend deux contacts 41 superposés, flexibles et magnétiquement perméables, montés dans une enveloppe en verre 42 remplie d'un gaz inerte. Les contacts 41 sont normalement écartés l'un de l'autre, mais peuvent venir en contact en réponse 35 à un champ magnétique aligné avec l'axe commun 43 le long duquel sont placés les contacts 41. L'ensemble 50 comprend de préférence une feuille plane 51 en matériau magnétique céramique tel que la ferrite de baryum, qui est caractérisée par une coerci tivîté relativement élevée, c'est-à-dire de 1500 à 2000 oersteds, 40 qui permet l'utilisation de matériau mince, minimisant ainsi la démagnétisation 69 42831 3 2028253 des sections transverses, adjacentes de polarisations opposées. La feuille magnétique 51 est montée sur la plaque ou disque 52 en matériau magnétique tendre ou de faible coercitivité (ou faible champ caercitif} tel que l'acier (coercitivité approximative: 5 oersteds). Le disque 52 est 5 couplé à l'arbre 14 par des vis 53 comme on le voit sur la figure 2. La feuille 51 est magnétisée le long de lignes 54 qui sont normales à l'axe du commutateur 43, selon plusieurs sections polarisées indépendamment ayant des limites substantiellement communes 55. Les sections sont groupées en paires 5Efc 56b, 56c, 56d orientées suivant les lignes radiales 57 qui sont parallèles à l'axe 10 du commutateur 43 lorsqu'elles lui sont adjacentes. Les sections magnétisées de chaque paire, telle la paire 56a, sont de polarisations opposées afin de réaliser une masse polaire Nord exposée et une masse polaire Sud exposée S^ définissant un entrefer entre elles dans lequel passent les lignes de flux 56 pour fermer les contacts 41 du commutateur à lames 40. Le disque d'acier 15 52 permet un couplage magnétique entre les pâles Nord et Sud non exposés et S2 respectivement, des sections magnétisées afin d'intensifier le flux 58 disponible aux masses polaires exposées et et aussi de minimiser la production de champs parasites autour du bord extérieur de la feuille 51. L'ouverture des contacts 41 du commutateur à lames est provoquée par 20 la chute du flux 58 à zéro par l'utilisation des paires de sectionss 56a, 56b, etc.. de polarisations opposées, comme on le voit par les notations des masses polaires sur la figure 1. Le déplacement de la feuille 51 le long de sa trajectoire de rotation 18 adjacente et normale à l'axe 43 du commutateur, amène le flux dirigé en sens opposé des paires de sections adjacents séquen-25 tiellement 56a, 56b etc.., en alignement avec les contacts 41. De changement de la direction du flux assure un point de transition précis de flux approximativement nul comme on l'expliquera plus en détail à l'aide de la figure 3. La figure 3 représente les variations du niveau de flux actionnant le 30 commutateur à lames produites par le matériau magnétique 51 dans la zfine de transition entre les paires de sections magnétisées adjacentes 56a et 56b» L'axe horizontal H indique l'emplacement effectif relatif de la.limite de section géométrique 55 et du commutateur à lames '40 pendant le mouvement le long de la trajectoire 18. L'axe vertical V indique le champ magnétique dis-35 ponible pour fermer le commutateur à lames. Les lignes P représentent le niveau de flux fermant le commutateur et la ligne D représente le niveau de flux ouvrant le commutateur. La courbe 63 représente le rapport entre le champ et le déplacement produit lorsque les paires de sections adjacentes 56a, 56b, etc..* sont magniti-40 sées selon la présente invention afin d'avoir une polarité opposée et une 69 42831 4 2028,253 intensité substantiellement égale. La courbe 53 est caractérisée par sa rapide diminution de flux dans la gamme de commutation des niveaux de flux, c'est-à-dire P et D. Naturellement, on aura une courbe transitoire similaire mais inversée à l'inversion suivante de polarité. Cette invention peut ainsi in-5 diquer un nombre important de positions séquentielles comme on le voit dans la figure 4 par exemple, par un nombre plus important de paires de sections 56a, 56b, ... 56n. Il est à noter que le champ commence à diminuer à la gauche de la limite 55 d'une distance approximativement égale à l'épaisseur T du matériau. En conséquence, afin d'obtenir le bénéfice maximum des paires de 10 sections magnétiques telles que la paire 56a, leur dimension transverse ou largeur W prise le log de la trajectoire 18 (voir figure 3} doit ôtre plus importante que leur épaisseur T. Les courbes 61 et 62 représentent les caractéristiques du déplacement du champ se produisant lorsque la paire de la sections de droite 56b n'est 15 pas magnétisée (courbe 61) ou a été magnétisée avec une polarité opposée à la paire de la section de gauche mais à une intensité Insuffisante pour fermer le commutateur à lames (courbe 62). La courbe 61 représente un changement de niveau de flux qui atteint un maximum à la limite géométrique 55, puis diminue pour devenir asymptotique avec le niveau de flux nul. La courbe 62 20 est similaire à la courbe 61 mais définit une position de flux nul spécifique. Le changement de niveau de flux maximum des courbes 61 et 62 est substantiellement moindre que celui de la courbe 63. De plus, bien que le niveau de flux pour les courbes 61 et 62 soit inférieur à la ligne de flux D, le taux de déplacement du changement de niveau de flux en ce point est substantiellement 25 inférieur au taux de changement maximum de la courbe. Les effets d'un champ parasite sur la régularité de fonctionnement du commutateur à lames par les courbes de flux ainsi décrites, peuvent Btre visualisés en considérant l'intersection de la ligne de chute D avec les courbes de niveau de flux 61, 62 et 63. Un champ parasite provoquerait le déplacement vertical vers le haut ou 30 le bas de la ligne D. Il est ainsi évident qu'un champ parasite donné provoquera moins de variations du point géométrique du commutateur, c'est-à-dire de la position horizontale de cette intersection, en présence d'un champ tel que la courbe 63 qu'en présence de champs tels que ceux des courbes 61 et 62. Une caractéristique importante de la présente Invention est la liberté qu'elle 35 procure en ce qui concerne la réalisation de sections magnétiques de force arbitraire grande. Le taux de déplacement du changement de flux de la courbe 63 peut Stre augmenté en augmentant la force magnétique des paires de sections adjacentes 56a et 56b. L'augmentation du niveau élevé de magnétisation des courbes 51 ou 62 provoquerait 1'effet opposé non souhaitable qui consisterait 40 à positionner des intersections de lignes de transfert du commutateur dans 69 42831 5 2028253 la section la plus plats de la courbe. La réduction du niveau élevé de magnétisation des courbes 61 ou 62 rapproche le niveau du flux de commande du niveau des champs parasites réduisant également par là, la sécurité de fonctionnement. 5 Le fonctionnement de cette invention peut être résumé par la narration d'une séquence type d'événements rencontrés pendant le fonctionnement du système représenté dans la figure 1. Lorsque l'on désire déplacer l'élément de sortie 11 vers la gauche, un signal d'entrée est appliqué par l'intermédiaire du câble 25 à l'ensemble des circuits électriques 22 identifiant la distance 10 de déplacement désirée. L'information concernant la direction sélectionne le fonctionnement du solénolde 21 et l'information de distance est affichée dans un dispositif de comptage de fabrication classique à l'intérieur de l'ensemble 22 qui décroît par tranche sous l'action des signaux du commutateur à lames 40. 15 En supposant que l'on désire déplacer l'élément de sortie 11 vers la gauch8 d'un incrément, le solénoïde 21 sera actionné pour libérer la roue à rochet 16 et l'arbre 14 pour une rotation dans le sens anti-horaire.. Au début de cette rotation, le commutateur à lames 40 est fermé en raison de l'influence de sa paire de sections magnétisées immédiatement adjacente 56a. 20 La rotation de l'arbre 14 provoque l'inversion du flux créé par la feuille magnétique 51 lorsque la paire de section magnétisée 56b est alignée avec l'axe 43 du commutateur à lames. Cette inversion provoque l'ouverture du commu-tateur à lames 40, puis sa fermeture. L'ouverture du commutateur à lames 40 décroît l'affichage du compteur dans l'ensemble 22 et, puisqu'un seul dépla-25 cernent est désiré, le solénolde 21 est désexcité permettant ainsi au cliquet 15 de revenir en position haute Bt d'intercepter la dent 17 suivante de la roue à rofchet 16. Si un déplacement vers la gauche de six unités était désiré, 1'électro-aimant 21 resterait excité jusqu'à ce que le commutateur à lames 40 soit ouvert 6 fois afin de décroître l'affichage du compteur de six unités. 30 Si l'on désire déplacer l'élément de sortie 11 vers la droite, le signal appliqué au cSble d'entrée 25 provoque 1'actionnement du solénoïde 24 et affiche de nouveau le nombre d'unités souhaitées au compteur. Lors de l'excitation du solénoïde 24, le sabot d'embrayage 34 provoque l'enroulement serré vers le bàâ de l'embrayage à ressort 31 sur l'arbre d'entrée auxiliaire 32, 35 provoquant ainsi l'entraînement dans le sens horaire de la rouche à rochet 16 et le déplacement vers la droite de l'élément de sortie 11 par l'intermédiaire de l'entrée auxiliaire 33. Lorsque l'ensemble magnétique 50 passe devant le commutateur à lames 40 au cours de sa rotation, l'inversion de la direction du champ magnétique provoque l'ouverture et là fermeture du commutateur à 40 lames1' comme dans le cas du déplacement vers l'avant. L'ouverture du commuta- 69 42831 6 2028253 teur à lames à chaque transition diminue l'affichage du compteur qui, en atteignant zéro, désexcite le solénoïde 24 afin de libérer l'embrayage 31 et de séparer l'arbre 14 de l'arbre 32. L'arbre d'entrée 12, agissant par l'intermédiaire de l'embrayage à friction 13, commencer immédiatement à entraîner 5 l'arbre 14 dans le sens anti-horaire vers le point où son déplacement est intercepté par le cliquet 15 entrant en contact avec la première dent 17 rencontrée de la roue à rochet 16. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles dé l'invention appliquées à un mode de réa-10 lisation préféré de celle-ci, il est évident que 1*homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 69 42831 7 2028253 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de commutation à commande magnétique, du type comportant un commutateur à lames, un organe de référence mobile par rapport audit commutateur à lames le long d'une trajectoire adjacente à ce dernier, caractérisé en ce que: 5 - ledit organe de référence comporte un ensemble magnétique comprenant un matériau magnétique magnétisé de façon à créer un nombre pair de pfiles magnétiques, ledit nombre étant au moins égal à quatre, lesdits pfiles étant groupés par paires qui sont placées séquentiellement cfite à cfite le long de ladite trajectoire, lesdits pfiles de chacune desdites paires étant de polarités 10 opposées et orientées de façon â établir un champ magnétique entre eux de force et de direction suffisantes pour provoquer la ffrmeture dudit commutateur à lames lorsqu'il y a alignement entre les directions du champ et du commutateur et lesdits pfiles de chaque paire étant sn opposition par rapport aux pfiles de la paire adjacente de façon à ce que les paires de pfiles adjacentes établis-15 sent des champs magnétiques de sens opposés. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - ledit ensemble magnétique est constitué par une pièce unique de matériau magnétique à champ coercitif élevé, - lesdites paires de pfiles magnétiques sont constituées par des parties 20 magnétisées dudit matériau magnétique et, - ledit matériau magnétique a une épaisseur qui est plus faible que la largeur desdits pfiles magnétiques, ladite largeur étant mesurés parallèlement à ladite trajectoire. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe 25 de référence comporte un arbre rotatif et Bn ce que ladite trajectoire est celle d'un point tournant autour de l'axe dudit arbre. 4.- Système de positionnement d'un élément du type comportant un organe d'entraînement à mouvement contrôlable, un organe entraîné solidaire dudit organe d'entraînement, des moyens électriques pour commander le mouvement dudit or- 30 gane entraîné par ledit organe d'entraînement, ledit système de positionnement étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de commutation tel que défini sous la revendication 1, dans lequel ledit organe de référence est relié audit organe entraîné pour en représenter la position et dans lequel ledit commutateur est électriquement connecté auxdits moyens électriques pour 35 commander le mouvement dudit organe entraîné en réponse à son déplacements 69 42831 8 2028253 5.- Dispositif de commutation à commande magnétique comportant un commutateur et un organe de référence mobile par rapport audit commutateur le long d'une trajectoire adjacente audit commutateur, ce dernier ayant une paire de contacts magnétiquement perméables qui s'étendent le long d'un axe commun dont S la direction générale est normale à ladite trajectoire, l'un au moins desdits contact étant élastiquement rappelé vers sa position de non contact, ledit dispositif de commutation étant caractérisé en ce que: - ledit organe de référence comporte un ensemble magnétique comprenant un matériau magnétique magnétisé de façon à créer un nombre pair de pfiles ma- 10 gnitiques, ledit nombre étant au moins égal à quatre, lesdits pfiles étant groupés par paires qui sont placées séquentiellement cfite à cfite le long de ladite trajectoire, les pfiles de chaque paire étant orientés le long d'une ligne parallèle audit axe dudit commutateur et étant de polarité opposée pour produire un champ magnétique entre eux de force suffisante pour provoquer 15 la fermeture dudit commutateur lorsqu'il y a alignement entre les directions du champ et du corrwutataur et - les pfiles de chaque paire sont en opposition par rapport aux pfiles de la paire adjacents de façon à ce que les paires de pfiles adjacentes établissent des champs magnétiquss de sens opposés, 20 6.- Dispositif selon la rsvendication 5, caractérisé en ce que: - ledit ensemble magnétique est constitué par une seule pièce de matériau magnétique à champ eosrcitif élevé, - lesdites paires de pfilss magnétiques sont constituées par des parties magnétisées dudit matériau magnétique et, 25 - ledit matériau magnétique a une épaisseur qui est plus faible que la largeur desdits pfilss magnétiques, ladite largeur étant mesurée parallèlement à ladite trajectoire. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des-dites parties magnétisées est orientés le long d'un axe normal à la fois à la-30 dits trajectoire et à l'axe dudit commutateur. B.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe de référence comporte un plateau-support, en matériau magnétiquement perméable ayant un faible champ coercitif, pour supporter ladite pièce de matériau magnétique et pour former un trajet magnétique entre lesdites parties magnéti-35 sées. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que tous lesdits 69 42831 S 2Q28253 pôles magnétiques sont coplanaires. 10.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit organe de référence comporte un arbre rotatif et en ce que ladite trajectoire est celle d'un point tournant autour de l'axe dudit arbre.