Brevet FR2445005A1 — publié le 19800718

L'invention concerne un électro-aimant de commande avec détection de course, comportant une armature, une tige de commande reliée à l'armature, un enroulement de travail, un corps magnétique constitué par une partie de guidage d 'arma- ture interrompue par un joint non magnétique dans le domaine de la course de l'armature et par une partie de retour de flux magnétique, un enroulement de mesure étant disposé coaxialement d l'enroulement de travail avec, à l'intérieur, un noyau magnétiquement doux déplacé avec l'armature. Les électro-aimants de commande sont utilisés de façon croissante en tant qu'organes de manoeuvrez Ils sont économiques, robustes et ne nécessitent pas d'entretien. Ils sont mis en application de façon particulièrement avantageuse en tant qu'électro aimnnts dits proportionnels. Un tel électroaimant proportionnel est utilisable en tant que convertisseur électromécanique "courant-course". la force agissant sur l'induit de lélectro-aimnnt est proportionnelle au courant passant dans l'enroulement de travail. Si une force élastique antagoniste agit sur la tige de commande reliée à l'armature, on obtient, dans certains domaines, une relation linéaire entre la grandeur d'entrée (courant) et la grandeur de sortie (course de l'arma- ture). De tels électro-aimants de commande sont utilisés, de préférence, pour actionner des soupapes dans les installations hydrauliques. On peut citer comme exemples d'application les soupapes b courses proportionnelles, les soupapes de réglage de débit, les soupapes d'étranglement et les pompes à débit de refoulement variable Pour accroître la précision de manoeuvre et pour réduire l'influence des forces parasites, il est connu de déterminer en tant que grandeur réelle la position de l'armature de l'électro-aimant de commande ou de l'élément actionné par la tige de commande et déliminer par réglage, au moyen d'un circuit de réglages les écarts par rapport à la position de consigne. Pour effectuer une telle détection de course, il est connu d'utiliser des convertisseurs de course à induction. Ces convertisseurs comportent une ou deux bobines de mesure a insi qu'un noyau magnétiquement doux coulissant à l'intérieur de ces bobines Le noyau est relié à l'organe de manoeuvre à actionner ou9 de préférence, à l'armature de l'électro-aimant par l'intermédiaire de la tige de commande prolongée vers l'arrière et est déplacé par celle-ci0 Les bobines de mesure sont alimentées avec une tension alternative et la variation de l'inductance des bobines est déterminée9 lors du déplacement du noyau en tant que variation de l'impédance des bobines. S'i y a deux bobines de mesure9 on les utilise dans un montage en pont pour effectuer une mesure différentielle. 1'inconve'nient de ces dispositifs de détection de course connus est qu'ils doivent entre prévus en tant qu'élément de construction distinct ou que, si on les monte sur les électromatmnnts de commande9 ils provoquent une augmentation considérable de la longueur constructive axiale de ces électro aimants L'invention a pour but d'agencer un électroaimant de commande avec détection de course de telle manière que le dispositif de détection de position lors de la course n'augmente pas ou n'augmente que peu la longueur constructive axiale. On doit obtenir ainsi un élément de construction compac et économique. LI invention concerne à cet effet un électroaimant de commande du type indiqué dans le préambule caractéris en ce que son armature constitue le noyau magnétiquement doux de l'enroulement de mesure, en ce que le corps magnétique conduit le flux magnétique produit par l'enroulement de travail et le flux magnétique traversant l'enroulement de mesure, ces flux magnétiques de l'enroulement de travail et de l'enroulement de mesure parcourant, au moins en partie, le mdme trajet dans le corps magnétique. L'avantage décisif de l'électro-aimant de commande conforme à l'invention est que la détection de courbe ne fait appel à aucun élément supplémentaire monté en directior axiale. Le dispositif de détection de position lors de la coure est, au contraire, complètement intégré dans l'électro-aimant de commande. Cela est essentiellement obtenu en ce qu'on utilise l'armature de l'électro-aimant elleSmême pour la détection de course. On utilise également le corps magnétique de l'électro- aimant pour conduire le flux magnétique traversant ltenroulemen de mesure.Cela entrain, d 'une part, une réduction considérabl de la longueur constructive axiale et, autre part, une réduct des dépenses de matière et des frais de fabrication. Suivant un mode de réalisation de l'invention, l'enroulement de travail et 1 enroulement de mesure sont bobinés sur le même corps de bobine et présentent le meme trajet pour le flux magnétique0 Lorsque leenroulement de travail de l'électro- aimant de commande est excité pour amener dans la position prédéterminée l'armature et, par suite la tige de commande, le flux magnétique engendré dans le corps magnétique par cet enroulement de travail varie en fonction de la variation de la réluctance magnétique lors du déplacement de ltarmature. Ce flux magnétique constitue donc une mesure de la position de l'armature lors de sa course, Etant donné que le flux magnétique ne peut pas titre mesuré directement, on détermine la variation dans le temps du flux magnétique lors du déplacement de armature en mesurant la tension induite dans ltenroulement de mesure qui est traversé par ce flux magnétique exactement de la même manière que l'enroulement de travail. La tension induite dans ltenroulement de mesure est ensuite intégrée, de façon en soi connue, sur un intervalle de temps prédéterminé correspondant au déplacement de l'armature.On obtient ainsi le flux magnétique et9 par suite, la position effective de 17armat-ure lors de sa course sous la forme d'une grandeur réelle pour le circuit de réglage0 Etant donné que dans ce mode de réalisation, l'enroulement de travail et l'enroulement de mesure sont disposés sur le m8me corps de bobine et utilisent le mdme corps magnéto que pour conduite le flux magnétique, la détection de position nga, à priori, aucune influence sur les dimensions de l'électro- aimant. De même, les frais de fabrication ne varient pratiquement pas car il suffit de disposer en plus l'enroulement de mesure sur le corps de bobine de l9enroulement de travail. Une certaine complication dans la détection de position provoquée dans cet exemple de réalisation résulte de ce que le flux magnétique et, par suite, la tension induite dans l'enroulement de mesure, dépendent de l'intensité du courant d'excitation de l'enroulement de travail. En conséquence, le flux magnétique obtenu par intégration de la tension induite dans 12 enroulement de mesure est non seulement fonction de la position de lgarmature loris de sa course, mais aussi du courant d'excitation de lenroulemenP de travail. On évite ce calcul d'exploitation un peu compliqué, suivant un second mode de réalisation de l'invention, caractérisé en ce que le corps magnétique est prolongé axialement au-delà de l'enroulement de travail, en ce que ltenroule- ment de mesure est disposé sur ce prolongement et est séparé de l'enroulement de travail par une partie radiale en forme de plateau de la partie de retour de flux du corps magnétique partie radiale dans laquelle passent les flux magnétiques de l'enroulement de travail et de l'enroulement de mesure, la partS de guidage d'armature du corps magnétique présentant un second joint non magnétique dans le domaine de ltenroulement de mesure Dans ce second mode de réalisation, le flux magnétique engendré par l'enroulement de travail et provoquant le déplacement de l'armature ne traverse pas l'enroulement de mesure, I1 peut donc être déterminé indépendamment de l'intensité du courant d'excitation de l'enroulement de travail. La détection de course peut alors entre effectuée de deux façons On peut alimenter ltenroulement de mesure avec une tension alternative et mesurer l'impédance variable de l'enroulement de mesure. Cette impédance dépend de la réluctanc magnétique du corps magnétique de 17enroulement de mesure et, par suite, de la position de l'armature par rapport au second joints Etant donné que l'impédance de ltenroulement de mesure dépend aussi de la température, qui varie notamment en raison du dégagement de chaleur de l'enroulement de travail, on peut judicieusement enrouler en plus une bobine bifilaire sur le corps de bobine de l'enroulement de mesure0 Une telle bobine munie d'un enroulement bifilaire n'a aucune influence sur le flux magnétique et donc sur l'impédance de l'enroulement de mesure. A l'aide de cette bobine bifilaire, on peut cependant déterminer la variation de température et compenser par voie électronique son influence sur la mesure de l'impédance de l'enroulement de mesure. En donnant une forme appropriée au second joint et à l'extrémité de l'armature, on peut obtenir que ltimpédance de l'enroulement de mesure varie linéairement avec la course de l'armature lorsqu'on applique une tension alternative constante, Cela est obtenu notamment par un chanfrein légèrement conique de l'extrémité de l'armature. D'autre manière9 on peut enrouler sur le corps de bobine de l'enroulement de mesure une autre bobine alimentée avec un courant constants Au point de vue de la technique de mesure9 la position de l'armature est alors déterminée de la même façon que dans le premier mode de réalisation. La variation du flux magnétique traversant 1' enroulement de mesure et due à la variation de la réluctance magnétique provoquée par le déplacement de l'armature est mesurée sous forme de la tension induite dans 11enroulement de mesure9 cette tension étant intégrée sur un intervalle de temps prédéterminé. Contrairement à ce qui a lieu dans le premier mode de réalisation, le flux magnétique ainsi déterminé ne dépend plus du courant d'excitation de l'enroulement de travail9 mais seulement de la position de l'armature.En effet, le flux magnétique traversant l'enrou- lement de mesure est engendré par l'enroulement supplémentaire qui est alimenté avec un courant constants Les deux modes de réalisation mentionnés simplifient l'exploitation par le calcul des résultats de la détection de course car on supprime la dépendance de ltenroule- ment de travail vis-à-vis du courant d'excitation. La disposi tion de lzenroAlement de de mesure axialement après l'enroulement de travail implique cependant un certain allongement de la longueur constructive axiale de 1 ensemble de l'électro-aimant. Cet allongement de la longueur constructive axiale est cependant faible car on utilise daune part, le meme corps magnétique et, d'autre part, on utilise ici également l'armature e11e-mme pour faire varier le flux magnétique de 1' enroulement de mesure. Dans ces deux modes de réalisation mentionnés en dernier lieu, les dépenses de matière et les frais de fabrication de ltélectro- aimant ne sont pas non plus pratiquement augmentés par la détection de position0 En outre9 ltéleetro-aimnnt de commande peut avantageusement entre agencé de telle manière que la partie de guidage d'armature du corps magnétique soit réalisée sous forme de tube sous pression fermé à son extrémité située à l'opposé de la tige de commande0 Dans cette forme de réalisation9 l'électro- aimant de commande peut outre directement bridé sur 1 installation hydrauliqueO Le liquide hydraulique sBéeoWlant dans cette installation remplit aussi ce tube sous pression guidant l'arma turbo En conséquence, aucun joint d'étanchéité n'est nécessaire pour la tige de commande0 De tels joints constitueraient des sources supplémentaires de pertes par frottement et de perturbations. De plus9 l'armature peut présenter un évidemen centré sur sa face d'extrémité située à l'opposé de la tige de commande, une tige de commande manuelle s engageant dans cet évidement. Dans cette forme de réalisation, la plus grande part de la tige de commande manuelle est disposée à l'intérieur de 1 course de l'armature. La commande manuelle n'entratne donc pas une augmentation notable de la longueur constructive axiale. L'invention sera mieux comprise en regard de 1 description ci;après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : - la figure 1 représente un premier exemple de réalisation de l'électro-aimant de commande avec détection de course, la moitié supérieure de la figure étant une coupe axial tandis que la moitié inférieure est une vue en élévation latéralle - la figure 2 represente un second exemple de réalisation de l'électro-aimant de commande avec détecteur de course, la moitié supérieure de la figure étant une coupe axial tandis que la moitié inférieure est une vue en élévation latérale. L'électro-aimant de commande représenté sur 1 figure 1 comporte une armature 10 en matière à magnétisme doux avec laquelle est assemble une tige de commande non magnétique 12. La tige de de commande agit sur un organe de manoeuvre en opposition à une force élastique F. Armature 10 est guidée axialement dans a tube sous pression magnétiquement doux 14. Le déplacement de l'armature 10 est limité d'une part, par l'extrémité fermée du tube sous pression 14 et, d'autre part, une butée 16 introduite dans ce tube. Un joint non magnétique 18 interrompt le tube sous pressIon 14 à l'extrémité de la cou@ de l'armature 10 dirigée vers la butée 16. Sur le tube sous pression est monté un corps bobine 20 sur lequel sont bobinés un enroulement de travail 22 et un enroulement de mesure 24e Le retour du flux magnétique est assuré par un plaque de bridage magnétiquement douce 26 disposée à une extrén mité du corps de bobine 20 et par une partie 28 en forme de plateau magnétiquement doux agencée en une seule pièce avec l'enveloppe 30 qui entoure le corps de bobine et disposée à l'autre extrémité du corps de bobine 20. Ltélectro-anmnnt de commande peut entre monté directement sur une installation hydraulique par sa plaque de bride 26, au moyen de vis de fixation 32. Des perçages pratiqués dans la butée 16 et dans l'armature 10 permettent l'entrée du liquide hydraulique sous pression des deux côtés de armature 10. I1 n'est donc pas nécessaire de prévoir un guidage étanche sous pression de la tige de commande 10 guidage qui pourrait provoquer des per-tes par frottement. Dans 12 extrémité fermée du tube sous pression 14 située à l'opposé de la tige de commande 12, une tige de commande manuelle 34 est montée pour coulisser axialement de façon étanchez Au moyen de cette tige 34 élargie en forme de plateau à l'intérieur du tube sous pression, l'armature 10 peut être déplacée à la main en cas de besoin. L'armature 10 présente sur sa face d'extrémité un évidement centré dans lequel vient en prise la tige de commande manuelle 34 lorsque l'armature 10 est dans la position complètement déplacée vers la droite, comme représenté sur les dessins Ainsi, la tige de commande manuelle 34 nXentratne pas une augmentation supplémentaire de la longueur constructive en direction axiale. La saillie axiale 36 de l'armature 10 entourant coaxialement l'évidement a une épaisseur suffisante en direction radiale pour assurer le guidage da flux magnétique. Il en résulte que toute la longueur de learmature 10, y compris cette saillie 36, intervient efficacement pour guider le flux magnétique. Le flux magnétique 1 produit par le courant dsexcitation de lvenroulement de travail 22 et indiqué en trait interrompu sur la figure 1 est guidé dans le corps magnétique formé par le tube sous pression 149 la plaque de bridage 26, l'enveloppe 30 et la partie radiale 28. La réluctance magnétique de ce circuit magnétique est déterminée par le joint non magné tique 18.Cette réluctance magnétique et, par suiteS le flux magnétique 1 varient suivant rye degré de recouvrement du point 18 par armature 10 et donc suivant la position de l'armature 10 au cours de sa course6 Si enroulement de travail 22 est excité, l'armature 10 se déplace dans la position de course correspondante D Te flux magnétique Plt varie lors de ce déplace ment. Cette variation du flux magnétique induit dans 1' enroule- ment de mesure une tension proportionnelle à la différentielle du flux magnétique en fonction du temps.Cette tension est intégrée sur un intervalle de temps fixe prédéterminé au moyen d'un dispositif en soi connu, cet intervalle correspondant au temps de déplacement de l'armature. On effectue une mise en mémoire de la valeur de mesure. A l'aide de cette intégration, on détermine le flux magnétique et, par suite, la position de l'armature 10 lore de sa course. On effectue une comparaison avec la valeur de consigne et on renvoie l'écart éventuel en vue du réglage du courant d'excitation de ltenroulement de travail. L'électrowaimant de commande représenté sur la figure 2 concide pour 1Pessentiel avec celui de la figure 1. Les parties identiques sont affectées des mêmes références numérisques Cependant, contrairement à ce qui a lieu dans l'exemple de réalisation de la figure 1, dans ltexemple de réalisation de la figure 2 seul 1 1enroulement de travail 22 est disposé sur le corps de bobine 20. L'enroulement de mesure 24 est monté sur la partie du tube sous pression 14 dépassant la partie radiale en forme de plateau 28. Sur le corps de bobine 38 de l'enroulement de mesure 24 est enroulée une autre bobine 40. Le corps de bobine 38 est entouré par une pièce de retour de flux 42. Sans le domaine des enroulements 24 et 40, et dans l'étendue de la course de la face d'extrémité de la saillie 36 de l'armature, le tube sous pression 14 est interrompu par un second joint non magnétique 44. PolIr effectuer la détection de course, la bobir 40 est alimentée avec une intensité constante. Le flux magnétique 02 ainsi engendré et indiqué en trait interrompu sur la figure 2 est guidé par la pièce de retour de flux 42, par la partie 28 en forme de plateau et par le tube sous pression 14. Le joint 44 détermine la réluctance magnétique et, par suite, le flux magnétique 02. Ce flux magnétique varie avec le déplacement de l'armature 10 et avec le recouvrement, variant en conséquence9 du joint 44. La tension induite dans l'enroulement de mesure 24 par la variation du flux magnétique 02 est intégrée comme décrit précédemment et est utilisée pour déterminer la position de 1 armature 10 lors de sa course0 Entant donné que le flux magnétique de 1 enroulement de travail 22 ne traverse pas l'enroulement de mesure 249 la tension induite dans cet enroulement de mesure est9 dans cette forme de réalisation, indépendante de l'intensité du courant passant dans l'enroulement de travail. LwélectroOaimant de commande conforme à l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2 peut aussi être utilisé pour effectuer une detection de course en envoyant une tension alternative à l'enroulement de mesure 240 Suivant la position atteinte par l'armature 10 lors de sa course, la réluctance magnétique de l'enroulement de mesure 24 varie ainsi que, par suite, son impédance Pour déterminer la course de armature 10, on mesure l'impédance de 11 enroulement de mesure 24 ou le courant alternatif psssant dans cet enroulement. Dans cette forme de réalisation, on peut supprimer l'autre bobine 40 représentée sur la figure 2. R E V E N D I C A T I O N S 10) Electro-aimant de commande avec détection de course, comportant une armature9 une tige de commande reliée à l'armature, un enroulement de travail, un corps magnétique constitué par une partie de guidage d'armature interrompue par un joint non magnétique dans le domaine de la course de 1 'arma- ture et par une partie de retour de flux magnétique, un enroulement de mesure étant disposé c-oaxialement à l'enroulement de travail avec, à l'intérieur9 un noyau magnétiquement doux déplacé avec l1armature, électro-aimant caractérisé en ce que son armature constitue le noyau magnétiquement doux de l'enroulement de mesure (24), en ce que le corps magnétique (14, 26 28, 30, 42) conduit le flux magnétique produit par l'enroulemen de travail (22) et le flux magnétique traversant ltenroulement de mesure, ces flux magnétiques de l'enroulement de travail (22 et de l'enroulement de mesure (24) parcourant, au moins en partie, le mEme trajet dans le corps magnétique. 20) Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement de travail (22) et l'enroulement de mesure (24) sont bobinés sur le même corps de bobine (20) et présentent le même trajet pour le flux magnétique, un dispositif étant prévu pour effectuer la mesure et l'intégras tion de la tension induite dans l'enroulement de mesure. 30) ;1ectro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps magnétique est prolongé axiale au-delà de ltenroulement de travail (22), en ce que 11enroulemf de mesure (24) est disposé sur ce prolongement (42) et est séparé de l'enroulement de travail (22) par une partie radiale (28) en forme de plateau de la partie de retour de flux du cor magnétique, partie radiale dans laquelle passent les flux magnez tiques de l'enroulement de travail (22) et de l'enroulement de mesure (24), la partie de guidage d'armature (14) du corps magnétique présentant un second joint non magnétique (44) dans le domaine de l'enroulement de mesure (24). 40) Blectro-aimant selon la revendication 3, caractérisé en ce qusil est pourvu d'un dispositif alimentant l'enroulement de mesure (24) avec une tension alternative et mesurant 1impédance de l'enroulement de mesure. 50) ElectroQalmant selon lune des revendicaw tions 3 4 caractérisé en ce aucune bobine bifilaire est prévue en plus de lwenroulement de mesure (24) sur le corps de bobine (38) de l'enroulement de mesure (24), cette bobine bifilaire servant à compenser les effets de la température lors de la mesure de leimpédanceO 60) Eîectro=aimant selon l'une quelconque des revendications 3, 4 et 59 caractérisé en ce que le second joint (44) et l'extrémité (36) de l'armature (10) située à l'opposé de la tige de commande (12) ont une forme telle que la réluctance de l'enroulement de mesure (24) varie linéairement avec la course de l'armature dans le domaine de. travail lorsqu'une tension alternative constante est appliquée 7 ) Electro-aimant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une autre bobine (40) alimentée avec un courant constant est disposée sur le corps de bobine (38) de l'enroulement de mesure (24)9 un dispositif étant prévu pour effectuer la mesure et l'intégration de la tension induite dans 1 t enroulement de mesure (24). 8G) Electro-aimant selon l'une quelconque des revendications 9 a 79 caractérisé en ce que la partie de guidage d'armature (14) du corps magnétique est réalisée sous forme de tube sous pression ferme à son extrémité située à l'opposé de la tige de commande (12)o 90) 1ectro-aimant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'armature (1G) présente un évidement centré sur sa face d'extrémité située à l'opposé de la tige de commande (12), une tige de commande manuelle (34) s'engageant dans cet évidement.