Brevet FR2392457A1 — publié le 19781222

La présente invention concerne les transmetteurs électriques d'écart angulaire, destinés a fournir un signal électrique analogique representatif du déplacement angulaire d'un arbre se déplaçant par rotation autour d'une-position prise comme origine. Les dispositifs connus de ce genre utilisent, soit un potentiomètre, soit encore un transformateur à couplage variable tel qu'un résofiver. L'inconvénient du potentiomètre est qufil possède un curseur et donc qutil est sujet à usure et présente des risques de mauvais contacts. Le résolver dont le rotor est muni de balais présente les mêmes inconvénients. On peut également utiliser un résolver dont les liaisons rotor se font par fils souples. L'ineonvénient est la fragilité des fils qui risquent de se briser. De plus potentiomètres et résolvers sont des organes qui exigent une construction précise, avec de faibles jeux, et sont donc coûteux et relativement fragiles. On a aussi utilisé des dispositifs optiques utilisant une source de lumière éclairant un élément photo-sensible à travers deux filtres polarisés. Le décalcage angulaire d'un filtre par rapport à l'autre provoque la variation du flux lumineux éclairant 1'Qlément photo-sensible. L'inconvénient d'un tel dispositif est sa complexité mécanique, sa fragilité et son prix. Le dispositif suivant l'invention évite ces inconvénients. Dans ce dispositif en effet, la partie tournante est un aimant permanent, ce qui évite toute liaison électrique par fils ou balais. Un détecteur magnétique fixe est situé à proximité de l'aimant. C'est un détecteur à flux gate constitué d'un circuit magnétique et de bobinages qui peuvent être noyés dans un compound, donc insensibles à l'humidité et aux vibrations. La distance entre aimant permanent et détecteur peut atteindre sans inconvénient quelques millimètres. La réalisation mécanique du transmetteur ne présente donc pas de difficultés et ne nécessite pas d'usinages très précis. Suivant une variante propre à l'invention, le détecteur magnétique à flux gate est remplacé par un détecteur magnétique à effet Hall, qui présente les mêmes avantages de robustesse et de simpli- cité et peut être également noyé dans un compound. Le dispositif objet de l'invention comporte un aimant permanent fixé à l'extrémité dtun axe lui servant de support. Les masses magnétiques nord et sud de l'aimant sont placées symé- t utment par rapport à l'axe support sf l'axe magnétique de l'aimant perpendiculaire à ce dernier. L'axe support de l'aimant est relié à l'arbre dont on veut mesurer les déplacements angulaires par un système de biellettes, d'engrenages ou de chaîne, de telle façon que toute rotation de l'arbre entraîne-une rotation de l'aimant. Le détecteur magnétique est donc influencé par le champ magnétique produit en son centre par l'aimant permanent, et fournitdonc un signal électrique proportionnel à la composante suivant l'axe du détecteur de ce champ magnétique. Ce signal électrique s'annule lorsque ltaxe du détecteur se trouve perpendiculaire au champ magnétique, et pour un écart angulaire à droite ou à gauche de cette position, il apparaît un signal électrique proportionnel à Sin #. Suivant une technique connue propre aux détecteurs magnétiques à flux gate, le capteur magnétique est constitué d'un circuit magnétique en matériau magnétique approprié. Un bobinage primaire parcouru par un-courant alternatif d'exication de fréquence f , porte périodiquement le circuit magnétique à saturation à chaque alternance. Un bobinage secondaire entou rant ltensemble des. deux bras du circuit magnétique fermé sur lui-même, fournit un signal électrique de fréquence 2f, dont l'amplitude est proportionnelle à la composante suivant l'axe du détecteur du champ magnétique continu extérieur fournit par l'aimant permanent, soit proportionnel à Sin . Ce signal alternatif de fréquence 2f est en- général démodulé dans un organe extérieur au transmetteur en utilisant un signal alternatif de fréquence 2f fourni par l'~oscillateur d'excitation (on obtient ainsi une tension continue de signe convenable et proportionnelle à Sin &alpha; ). Les dessins annexés illustrent à titre d'exemple un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention. Tel qu'il est représenté Figure 1, le dispositif comporte un boîtier métallique -en deux parties et 2, un plan de joint étant disposé en 3 entre le fond 1 et le couvercle 2. Le couvercle 2 est traversé par un axe 4 passant à travers un palier 5 dans lequel il peut tourner. A la partie inférieure de l'axe 4 est fixé un plateau 6 servant de support à un aimant permanent 7 dont les pôles nord et sud sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation. Le détecteur magnétique à flux gate ou à effet hall est figuré en 8. L'axe 9 de ce détecteur est disposé parallèlement au plan de rotation de l'aimant 7. te détecteur 8 etun bornier de raccordement 10 sont fixés sur une carte 11, circuit imprimé qui assure la tenue mécanique des éléments 8 et 10 et la liaison électrique entre les organes électriques contenus dans le détecteur (bobinages pour le flux gate ou éléments à effet hall) et le bornier. La carte 11 est elle-même fixée dans le fond 1 du boitier par des entretoises 12. Le cable électrique multi-conducteur assurant la liaison entre le capteur magnétique 8 et les organes d'excitation et de démodulation situés dans un coffret extérieur au transmetteur, pénêtre dans le boitier par le presse étoupes 13 et ses conducteurs viennent se raccorder au bornier 10. A la partie supérieure de l'axe 4 est fixé une tête 14 pouvant recevoir un levier 15. L'extrémité de ce levier comporte une rotule 16 sur laquelle vient s'articuler la biellette assurant la liaison mécanique entre le transmetteur et l'arbre dont on veut mesurer les déplacements angulaires Ainsi tout déplacement angulaire de l'-arbre entraîne par la biellette et le levier 15 une rotation de l'axe 4 donc de l'aimant 7. La figure 2 indique à titre d'exemple et suivant une technique connue comment est réalisé le capteur magnétique à f-lux gate. Deux batonnets 1 et 2 en matériau à perméabilité magnétique appropriée sont disposés parallèlement. Deux enroulements primaires 3 et 4 placés autour des batonnets 1 et 2 et connectés en série sont parcourus par un courant alternatif de fréquence P. Ce courant d'excitation porte à la saturation magnétique les batonnets au cours de chaque demi-période. Les enroulements 3 et 4 sont connectés en série de telle sorte qutà chaque instant les flux magnétiques induits dans chaque batonnet sont égaux et de sens opposés. Un enroulement secondaire 5 est placé autour de l'ensemble des deux batonnets. En l'absence de composante du champ magnétique extérieur parallèle à l'axe des batonnets, il n'apparaît aucune force électro-motrice dans le secondaire puisqulà chaque moment les flux magnétiques induits dans les batonnets sont égaux et de signe contraire. Si l'ensemble des deux batonnets est soumis à un champ magnétique fixe parallèle à leur axe, il apparaît aux bornes de l'enroulement secondaire un signal électrique de fréquence 2f et d'amplitude proportionnelle au champ magnétique fixe qui lui a donné naissance. Ce signal secondaire est en général démodulé en utilisant un signal alternatif de fréquence 2f fourni par un oscillateur. En aval de cet oscillateur un diviseur de fréquence par deux fournit le courant alternatif de fréquence nécessaire pour l'excitation du capteur magnétique. Cette réalisation du capteur magnétique à flux gate n'est donnéequ'à titre d'exemple. Toute autre réalisation utilisant le même principe peut être utilisée. En particulier, au lieu de batonnets rectilignes séparés l'un de l'autre on pourra utiliser un circuit magnétique fermé, soit rectangulaire, soit sous forme de tore. Le dispositif objet de l'invention peut-être utilisé comme transmetteur couplé mécaniquement à la mèche du gouvernail d'un bateau pour indiquer à distance l'angle de barre. Le signal électrique obtenu sera proportionnel à Sin . a étant l'angle de barre. L'indicateur est alors un simple galvanomètre à zéro central, l'aiguille de l'appareil se déplaçant à droite ou à gauche du zéro suivant que l'angle de barre donné est à droite ou à gauche. Tout autre type d'appareil de mesure à lueur ou à diodes électro-luminescentes peut également être utilisé comme indicateur. Ce dispositif pourra également être utilisé pour fournir le signal de retour de barre nécessaire pour la réalisation de l'asservissement de la barre, soit dans le cas d'une commande manuelle assistée où l'homme de barre demande au servo moteur un angle de barre donné, soit dans le cas d'un pilote automatique. Dans les deux cas il apparaît un signal électrique, généré soit par l'homme de barre, soit par le pilote automatique, dont l'amplitude et le signe représentent l'angle de barre demandé et son sens. L'apparition de ce signal de demande de barre déclenche la mise en route du servo-moteur qui déplace le gouvernail dans le sens convenable et ne s'arrente que lorsque le gouvernail a atteint l'angle de barre demandé. L'arrêt du servo-moteur est provoqué par le signal de retour de barre qui vient annuler le signal de demande de barre. 9 I l o ST S 1. ttansmetteur d'ecarb angulaire caractérisé par le fait qu'iL utilise pour la partie mobile un aimant permanent entraîné en rotation par l'arbre dont on désire contrôler les écarts angulaires, et produisant-un champ magnétique venant influencer un détecteur magnétique fixe du type à noyau magnétique saturé ou flux gate, placé en face de l'aimant. 2. Transmetteur d'écart angulaire selon 1 mais où le détecteur magnétique à flux gate est remplacé par un détecteur magnétique du type à effet hall. 3. Transmetteur d'écart angulaire selon t ou 2 appliqué à la téléindication de l'angle de barre d'un navire. 4. Transmetteur d'écart angulaire selon 1 ou 2 appliqué à la télécommande de barre d'un navire et fournissant le signal de retour de barre nécessaire à l'asservissement. 5. Transmetteur d'écart angulaire selon 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'il est utilisé en association avec un pilote automatique pour fournir le signal de retour de barre nécessaire à l'asservissement.