Brevet FR2231007A1 — publié le 19741220

La présente invention a pour objet un transducteur électromagnétique de vitesse ou de position angulaire. Dans l'état actuel de la technique, on connaît des transducteurs électromagnétiques formés d'un aimant permanent relié à une structure fixe et coopérant avec une roue dentée tournante, solidaire de l'organe dont il s'agit de mesurer la vitesse de rotation. La variation de flux magnétique d, due au passage des dents au voisinage de l'aimant permanent, induit une force électromotrice proportionnelle à d/dt, expression dans laquelle t désigne le temps, dans une bobine enroulée sur l'aimant permanent ou sur un noyau de fer appartenant au circuit magnétique principal. On obtient donc normalement, aux extrémités de la bobine, une tension sinusoïdale, et, grace à un simple circuit convertisseur fréquence/tension, on peut obtenir un signal d'une amplitude proportionnelle à la vitesse de rotation de la roue dentée. En général, les aimants permanents utilisés dans les dispositifs décrits ci-dessus sont, en pratique, des générateurs de flux magnétique ; en fait, leurs piles sont à circuit magnétique ouvert, produisant ainsi peu de flux dispersé et exigeant ainsi peu de flux magnétique, c'est-à-dire ont une faible surface polaire. En définitive, ces aimants permanents travaillent au voisinage de l'induction résiduelle 3r ; en maintenant l'allure de la courbe de magnétisation dans le quatrime quandrant du diagramme bien connu H, B (H champ magnétique, B induction magnétique), il s'ensuit que pour obtenir une variation de B, et par suite du flux et, donc, de la force électromotrice dans la bobine, il faut réaliser une variation importante de H.De façon pratique, pour obtenir ce résultat, il faut assurer une distance minimale et constante pendant la rotation, entre toutes les dents de la roue et l'aimant. Il est évident que cela exige une mise au point extrêmement poussée et une révision fréquente des pièces soumises à des jeux, à des désaxages et à l'usure de supports et de coussinets. En fait, une variation, même très faible, de la position relative de la roue dentée mobile et du circuit magnétique fixe provoquerait une variation de flux magnétique se traduisant par une force électromotrice induite qui mofidierait de façon sensible le signal de sortie, en introduisant ainsi une erreur notable dans la caractéristique entrée/sortie du transducteur. L'invention, qui vise à remédier à ces inconvénients, concerne pn transducteur électromagnétique de vitesse angulaire dans lequel une faible variation de champ magnétique est suffisante pour pro duire une variation importante de flux et, par suite3 de force électromotrice. De façon plus précise, l'invention a pour objet un transducteur électromagnétique comprenant un aimant permanent de forte induction résiduelle et ayant un flux magnétique élevé, un noyau ferromagnétique, une bobine enroulée autour de ce noyau, une roue dentée solidaire d'un organe tournant et coopérant avec cet aimant permanent et ce noyau, ledit transducteur étant caractérisé en ce que les surfaces polaires de l'aimant permanent sont mises à peu près en court-circuit et que ce noyau constitue un circuit magnétique en parallèle avec l'aimant permanent, de manière telle que le point de fonctionnement de cet aimant permanent se trouve voisin du champ magnétique coercitif H c du cycle d' hystérésis. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation avec des variantes. Sur ces dessins - la figure 1 représente, de façon schématique, un transducteur électromagnétique de vitesse angulaire, de type connu - la figure 2 est le diagramme HB d'un aimant ; - la figure 3 est un diagramme HB d'un aimant de caractéristique idéale - la figure 4 représente le circuit équivalent du transducteur selon la figure 1 - la figure 5 représente, de façon schématique, un transducteur électromagnétique de vitesse angulaire, conforme à l'invention - les figures 6 et 7 représentent, de façon schématique, deux variantes du transducteur selon l'invention ; - la figure 8 est une coupe longitudinale d'une forme de réalisation préférée du transducteur selon l'invention - la figure 9 est une vue en plan correspondant à la figure 8 ; et - la figure 10 est une coupe suivant la ligne X-X de la figure 8. Le transducteur de vitesse angulaire de type connu représenté sur la figure 1 comprend un aimant permanent 10, un enroulement ou bobinage 12 dans lequel est induite une force électromotrice, une roue dentée solidaire 14 et un organe tournant (non représenté) dont il s'agit de mesurer la vitesse angulaire. Si l'on examine le diagramme champ magnétique H/induction magnétique B d'un aimant réel tel que tracé sur la figure 2, et le même diagramme pour un aimant idéal tel que tracé sur la figure 3, il apparaît de façon évidente qu'un dispositif du type décrit aura pour droite de travail la droite R1 dans le cas de l'aimant réel, et la droite R3 dans le cas de l'aimant idéal. Autrement dit, dans les deux cas, le point de travail se trouvera au voisinage de l'induction résiduelle 3r et, par suite, le circuit équivalent du transducteur est pratiquement celui qui est représenté sur la figure 4. Les équivalences adoptées sont - générateur de flux -aimant permanent; - résistance RD - réluctance de dispersion du circuit magnétique - résistance R v - réluctance variable du circuit magnétique. Dans les transducteurs électromagnétiques de vitesse angulaire de type connu, la résistance RD aura donc une valeur très éle vée et, aux extrémités AB du circuit magnétique, on a pratiquement un générateur de flux. Or, étant donné que le signal de sortie de la bobine 12 est fourni par la variation de flux magnétique et que ce qui varie au cours de la rotation de la roue 14 est la réluctance magnétique, il en résulte qu'à une variation de H correspond une faible variation de B, et par suite du flux (on se rappelera pour cela que Ni 5 R, N étant le nombre de spires, i le courant, R la réluctance, { le flux et que Ni est proportionnel au champ magnétique H). Par conséquent, si l'aimant permanent était un aimant idéal, à une variation du champ ne correspondrait aucune variation du flux et, par suite, la force électromotrice serait nulle. En partant de ces considérations, on remarquera qu'il conviendrait de travailler dans les diagrammes d'hystérésis HB sur les droites de travail R2 et R4 de maniere qu'à une variation du champ H corresponde une grande variation de l'induction B et que, par suite, on ait une force électromotrice élevée aux extrémités de la bobine. Si l'on se reporte maintenant au transducteur selon l'invention représenté schématiquement sur la figure 5, on voit qu'il comprend un aimant permanent 30 dont les extrémités polaires NS sont repliées et un noyau 36 en matériau ferromagnétique autour duquel est enroulée une bobine 32 ; la référence 34 désigne la roue dentée tournante. Cette roue dentée 34 tourne au voisinage de l'aimant 30 ; de cette façon, cet aimant 30 est mis pratiquement en court-circuit. Par suite, le circuit équivalent est formellement identique à celui qui est représenté sur la figure 4, mais la résistance (réluctance) de dispersion RD est très faible et l'aimant 30 se comporte donc conne un générateur de champ magnétique aux extrémités AB du circuit équivalent, de sorte que la réluctance variable R , due au passage des dents de la roue, provoque en définitive une variation du flux . La lettre c désigne la ligne à travers laquelle se ferme le circuit magnétique en parallèle avec le circuit magnétique principal. I1 est donc évident que, si l'on travaille sur des droites de travail cose les droites R2 et R4, on obtient, pour une même variation du champ, c'est-à-dire.de la réluctance magnétique, une variation de flux très forte. La condition pour que se vérifie un fonctionnement de ce type est que les aimants permanents utilisés aient un nr élevé et une grande surface polaire, de façon à avoir un flux-important. Bien entendu, aussi bien l'une de ces condi-tions que l'autre a pour conséquence un prix élevé et un encombrement tels que l'on préfère adopter des formes légèrement plus compliquées, mais moins coûteuses et moins encombrantes.Les caractéristiques des circuits magnétiques convenant au transducteur selon l'invention sont beaucoup de flux dispersé (non lié à la bobine), grand flux magnétique, c'est-à-dire grande surface de l'aimant permanent, de façon que l'on puisse avoir la possibilité de ne pas l'utiliser complètement. En mente temps, on obtient deux avantages : l'aimant permanent est bien fermé et, par suite, à l'abri de la démagnétisation ; le signal est proportionnel à la variation de la réluctance et, par suite, supprima les inconvénients décrits au début de cette description et relatifs aux systèmes connus. En ce qui concerne ces points, il convient de noter que la meilleure forme pour un aimant de qualités intrinsèques moyennes et, par conséquent, économique, est celle qui, à égalité d'encombrement total, permet d'utiliser la plus grande partie possible-de la surface magnétique. En ce qui concerne ces considérations, on a étudié les formes de réalisation des figures 6 et 7 et onapules réaliser concrètement en utilisant de la plastoferrite, gracie aux caractéristiques mécaniques de souplesse et de légèreté de celle-ci. Sur la figure 6, la référence 50 désigne un aimant permanent cyclindrique aimanté selon les directions radiales de manière que la surface interne soit entièrement "nord" et que la surface externe soit entièrement "sud" ou réciproquement ; une base 52 en matériau ferromagnétique ferme le circuit magnétique d'un côté ; de l'autre côté, coopère avec cet aimant 50 une roue dentée 58 du type décrit plus haut. Un noyau ferromagnétique 54 est placé à l'intérieur de l'aimant. Ce noyau 54, dont une extrémité est reliée à la base 52 et dont l'autre est en regard de la roue dentée 58, supporte une bobine 56 ; la référence 58 désigne la roue dentée. Avec un tel montage, on obtient un flux élevé, étant donné que l'on a une grande surface, un grand flux dispersé correspondant aux lignes c' et c".La référence c désigne la ligne de champ qui se referme dans le noyau 54 et engendre, par le passage des dents de la roue, la force électromotrice dans la bobine 54. I1 y a lieu de remarquer que la distance h n'a pas d'importance, du fait qu'elle dépend uniquement du nombre de spires et de ltespace disponible. En ce qui concerne le noyau et la dent de la roue, il faut remarquer qu'ils doivent avoir les mêmes dimensions (section totale), ou presque, de façon que la totalité du flux magnétique qui passe dans la dent passe également dans le noyau et soit inférieure à la saturation (par exemple, inférieure à 1,5 Wb/m2) car, si l'on atteint la saturation, il n'y a plus de variation de flux, et par suite, aucune force électromotrice. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 7, la référence 80 désigne un aimant permanent sphérique et creux dont la surface interne 82 est le nord et la surface externe 84 le sud ; l'aimant 80 comporte un trou 89 de manière à permettre la fermeture d'un grand nombre de lignes de flux dispersé. Un noyau 86, dont l'axe coincide avec un diamètre de l'aimant sphérique 80, a l'une de ses extrémités reliée à la surface interne 82. L'autre extrémité de ce noyau 86 passe par le trou 89 et fait saillie légèrement sur la surface externe 84. Une bobine 88 est enroulée autour du noyau 86. La référence 90 désigne une roue dentée qui coopère avec l'extrémité du noyau 86 qui passe par le trou 89 et avec l'aimant 80. La référence C désigne le trajet d'une ligne de flux utilisée pour engendrer la force électromotrice induite ; la lettre c' désigne le trajet d'une ligne de flux dispersé. On décrira ci-après la forme préférée de réalisation Sur les figures 8 et 9 sont représentées deux coupes longitudinales d'une forme de réalisation correspondant à la forme de réalisation schématique de la figure 6. La référence 100 désigne le corps du récipient, en matériau ferromagnétique estampé d'une seule pièce ; la référence 102 désigne la plaque de base comportant deux trous 104 et 106 pour la fixation de ce récipient. Dans le corps 100 sont ménagées deux cavités 109 et 111 séparées par une plaque 110 qui comporte deux trous 114 et 116 et une auverture 112. Dans la cavité 109 sont logés les éléments qui constituent le circuit électromagnétique coopérant avec la roue dentée (non représentée sur la figure) ; la référence 118 désigne un aimant permanent en plastoferrite.de forme cylindrique ; 120 est un récipient cylindrique contenant un bobinage 122 dont les bornes de sortie 124 et 126 traversent une rondelle 128 et les trous 114 et 116 de la plaque 110. Le noyau en matériau ferromagnétique comprend une base 130 avec une dent 132 qui vient se loger dans l'ouverture 112 et deux trous 143 et 136, toujours pour le passage des câbles de sortie 124, 126. La base 130 repose sur la paroi 110 et elle est prolongée, vers le haut par la dent 138 qui peut se terminer, ou non, par une partie émoussée 140 ; après fixation provisoire, toutes les pièces sont imprégnées, de façon connue, d'une résine 142 du type acrylique ou autre. La référence 144 désigne une plaquette de liaison, de type connu, fixée avec de la résine, ayant pour rôle de fixer les bornes de sortie 124 et 126, et servant au transport du signal en aval de la bobine et en direction des circuits de travail. REVEDI CATI ONS 1. Transducteur électromagnétique de vitesse ou de position angulaire comprenant un'aimant permanent de forte induction résiduel le et ayant un flux magnétique élevé, un noyau ferromagnétique, une bobine enroulée autour de ce noyau, une roue dentée solidaire d'un organe tournant et coopérant avec cet aimant permanent et ce noyau, ledit transducteur étant caractérisé en ce que les surfaces polaires de l'aimant permanent sont mises à peu près en court-circuit et que ce noyau constitue un circuit magnétique en parallèle avec l'aimant permanent, de manière telle que le point de fonctionnement de cet aimant permanent se trouve voisin du champ magnétique coercitif H du cycle c d'hystérésis. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau ferromagnétique sur lequel est enroulée la bobine qui fournit la tension induite est relié au circuit magnétique de l'aimant permanent, de manière telle que les lignes de flux coopérant à la production de la tension induite parcourent le noyau, une partie de la roue dentée et une partie de l'aimant permanent. 3. Transducteur selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aimant permanent est un tube de forme cylindrique à magnétisation radiale, et que le noyau ferromagnétique sur lequel est enroulée la bobine qui fournit la tension induite est disposé axialement à l'intérieur de l'aimant. 4. Transducteur selon revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'aimant a la forme d'une sphère creuse, et que le noyau ferromagnétique sur lequel est enroulée la bobine qui fournit la tension induite a son axe confondu avec un diamètre de cette sphère.