Brevet FR2463491A1 — publié le 19810220

Liinvention a pour objet un électro-aimant de manoeuvre avec détection de position, comportant une armature, un enroulement de commande, un corps magnétique constitué par une partie de guidage d'armature interrompue par un joint de sépara- tion non magnétique dans le domaine de la course d'une extrémité de l'armature et par une partie de retour de flux magnétique, un prolongement de la partie de guidage d'armature étant interrompu par un second joint de séparation non magnétique se trouvant dans le domaine de la course de l'autre extrémité de l'armature, une bobine de mesure étant disposée sur le prolongement dans le domaine du second joint de séparation, une partie de retour de flux magnétique étant prévue pour la bobine de mesure. Un électro-aimant de manoeuvre de ce type appartient à ltétat de la technique d'après la demande de brevet allemande antérieure non publiée P 28 54 965.7. Cet électroaimant de manoeuvre, pouvant être mis en application de préférence pour actionner des organes de manoeuvre, par exemple pour actionner des soupapes dans les systèmes hydrauliques, a pour avantage que la détection de position est incorporée dans les électro-aimants et n'augmente guère leur longueur de construction axiale. Cela est obtenu avant tout en ce que l'armature de l'électro-aimant sert en même temps d'armature de la bobine de mesure. Pour effectuer la détection de position, la bobine de mesure est alimentée avec une tension altérnative et on mesure l'inductance de la bobine de mesure- qui varie en fonction de la position de l'armature. Etant donné que l'inductance de la bobine de mesure varie en fonction de la température, il se produit des imprécisions de mesure en raison de la production de chaleur différente de l'enroulement de commande suivant la durée de passage du courant, cette chaleur étant transmise à la bobine de mesure immédiatement adjacente. Dans la demande de brevet P 28 54 965.7, il est indiqué que la variation en fonction de la température peut être compensée de façon précise par voie électronique au moyen d'une bobine bifilaire enroulée en plus sur le corps de bobine et qui n'a pas d'influence sur le flux magnétique. La compensation de la variation due à la température ainsi effectuée est cependant onéreuse. L'invention a pour but de perfectionner un électro-aimant de manoeuvre du type indiqué dans le préambule de manière que la production de chaleur différente de l'enroule- ment de commande de ltélectro-aimant, ait l'influence la plus réduite possible sur la précision de la détection de position. On ne doit pas alors renoncer au mode de construction incorporé et compact des organes de détection de position dans l'électro- aimant. L'invention concerne à cet effet un électroaimant du type ci-dessus caractérisé en ce qu'une seconde bobine de mesure est disposée avec un décalage axial contre la première bobine de mesure en étant séparée de cette bobine par un élément en forme de disque radial de la partie de retour de flux magnétique, en direction axiale en dehors du domaine de second joint de séparation, en ce que les deux bobines de mesure ont le même rayon, le mÊme nombre de spires ainsi que la même résistance ohmique, en ce que les deux bobines de mesure sont alimentées avec une tension alternative ayant constamment la même valeur, la tension alternative qu' alimente la première bobine de mesure ayant une fréquence constante et la tension alternative qu' alimente la seconde bobine de mesure ayat une fréquence variable et réglable, un dispositif étant prévu pour comparer les inductances en courant alternatif des deux bobines de mesure. Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux et des perfectionnements de I'ëlectro-aimant conforme à l'invention. La seconde bobine de mesure prévue conformément à l'invention présente le même rayon, le même nombre de spires, la même résistance ohmique et donc exactement la même variation en fonction de la température que la première bobine de mesure. Etant donné que la seconde bobine de mesure est montée, de la même façon que la première bobine de mesure, sur le prolongement de la partie de guidage d'armature, elle est aussi soumiseau même échauffement de la part de l'enroulement de commande de l'électro-aimant.L'erreur de mesure provoquée par la variation en fonction de la température de la bobine de mesure et l'échauffement différent est, conformément à l'in- vention, éliminée de façon simple eh ce qu'on ne mesure pas l'inductance absolue de la bobine de mesure, mais qu'on compare simplement les inductances des deux bobines de mesure Etant donné que les deux bobines de mesure présentent la même variation en fonction de la température, la température effective n'a aucune influence sur cette comparaison et on peut supprimer les organes onéreux prévus pour la compensation de température. La première bobine de mesure est alimentée avec une tension alternative constante de valeur prédéterminée et présentant une fréquence constante0 En conséquence, l'inductance de la première bobine de mesure dépend exclusivement de la position de l'armature par rapport au second joint de séparation non magnétique. La seconde bobine de mesure est située en dehors du domaine de ce second joint de séparation et son flux magnétique est guidé par la partie de retour de flux en forme de disque disposée entre les deux bobines de mesure. Il en résulte que l'inductance de cette seconde bobine de mesure n'est pas influencée par la position de l'armature. La seconde bobine de mesure est alimentée avec une tension alternative constante de même valeur que celle qui alimente la première bobine de mesure. Cependant, la fréquence de cette tension alternative est variable et réglable. En conséquence, l'inductance de la seconde bobine de mesure dépend exclusivement de la fréquence de la tension aIternati~ve qui l'alimente. Lors de la coincidence des inductances des deux bobines de mesure, il y a donc une relation nettement définie entre la position de l'armature et la fréquence de la tension alternative alimentant la seconde bobine de mesure. On obtient ainsi une possibilité simple et précise pour régler la position du piston ou d'un organe de manoeuvre actionné par ce piston. On fixe à l'avance pour cela, en tant que valeur de consigne, une valeur déterminée de la fréquence de la tension alternative alimentant la seconde bobine de mesure. Si, lors de la comparaison des inductances des deux bobines de mesure, on constate un écart entre l'inductance de la première bobine de mesure et celle de la seconde, on déplace l'armature en faisant varier l'alimentation en courant électrique de l'enroulement de commande, jusqu'à ce que la position réelle de cette armature corresponde à la valeur de consigne prédéterminée, c'est-à-dire que les inductances des deux bobines de mesure confident. Une telle comparaison des inductances des deux bobines de mesure est obtenue de façon simple au moyen d'un montage en pont, le signal du pont étant utilisé comme signal de réglage pour l'alimentation en courant électrique de l'enroulement de commande. Pour éviter l'action résiduelle du flux magnétique de ltenroulement de commande sur le corps magnétique des"bobines de mesure, les parties de retour de flux magnétique de ltélectro-aimant et des bobines de mesure sont de préférence séparées par un entrefer-radial judicieusement rempli par un disque en matière plastique non magnétique pour obtenir une surface extérieure ininterrompue. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue latérale d'un électro-aimant avec détection de course conforme à l'invention, la moitié supérieure étant représentée en coupe axiale, - la figure 2 représente le principe de montage des deux bobines-de mesure du dispositif de détection de course, - la figure 3 représente les variations des courants passant dans les deux bobines de mesure en fonction de la position de l'armature et de la fréquence de la tension alternative d'alimentation. d'alimentation. Lrélectro-aimant de manoeuvre ;représenté sur la figure 1 comporte une armature 10 à.magnétisme doux reliée à une tige de piston non magnétique 12. La tige de piston agit, en opposition à une fprce élastique F, sur un organe de manoeuvre non représenté. L'armature 10 est guidée pour coulisser axialement dans une partie de guidage d'armature 14 à magnétisme doux agencés sous forme de tube comprimé. La course de l'armature 10 est limitée, d'une part, par l'extrémité fermée de la partie de guidage d'armature 14 et, d'autre part, par une butée 16 insérée dans cette partie de guidage d'armature. Un premier joint de séparation non magnétique 18 interrompt la partie de guidage d'armature 14 à l'extrémité de la course de l'armature 10 dirigée vers la butée 16. Dans la partie de guidage d'armature 14 est monté un corps de bobine 20 sur lequel est bobiné un enroulement de commande 22. Une partie de retour de flux magnétique 28 à magnétisme doux ferme le circuit magnétique de la partie de guidage d'armature 14 extérieurement autour de l'enroulement de commande 22. L'électro-aimant de manoeuvre peut être monté directement sur une installation hydraulique par une bride au moyenne vis de fixation. Des perçages pratiqués dans la butée 16 et dans l'armature 10 permettent l'entrée du liquide hydraulique sous pression des deux cotés de l'armature 10. Une tige de manoeuvre manuelle 34 est introduite dans l'extrémité fermée de la partie de guidage d'armature 14 située à l'opposé de la tige de piston 12? Une saillie 36 de l'armature 10 en direction axiale, présentant uneepaisseur radiale suffisante pour le guidage du flux magnétique slétend, en direction axiale, audelà de la partie de retour de flux magnétique 28. De même, la partie de guidage d'armature 14 peut être prolongée en direction axiale au-delà de la partie de retour de flux magnétique 28. Sur le prolongement axial de la partie de guidage d'armature 14 est montée une première bobine de mesure 24 et, adjacente à celle-ci en direction axiale, une seconde bobine de mesure 24a. La partie de guidage d'armature 14 comporte un second joint de séparation non magnétique 44 dans le domaine de la première bobine de mesure 24. Une partie de retour de flux magnétique 42 ferme le circuit magnétique des bobines de mesure 24 et 24a. La partie de retour de flux magnétique 42 est, sur sa face frontale 45 dirigée vers l'enroulement de commande 22, séparée de la partie de retour de flux magnétique 28 de l'enroulement de commande 22 par un entrefer rempli par un disque radial en matière plastique 48. On évite ainsi une action du flux magnétique de l'enroulement de commande 22 sur le flux magnétique des bobines de mesure 24, 24a. Une partie radiale 46, en forme de disque, de la partie de retour de flux magnétique 42 sépare les bobines de mesure 24 et 24a l'une de l'autre. Cette partie radiale 46 et la seconde bobine de mesure 24a se trouvent, en direction axiale, hors du domaine du second joint de séparation 44r de telle sorte que le flux magnétique de la seconde bobine de mesure 24a passe par cette partie radiale 46 et n'est pas influencé par le joint de séparation 44. La figure 2 représente le principe de montage des bobines de mesure 24 et 24a. La première bobine de mesure 24 est branchée en série avec une résistance ohmique R. De même, la seconde bobine de mesure 24a est branchée e.n série avec une résistance ohmique R de même valeur. Les points de connexion de la première bobine de mesure 24 avec la résistance ohmique R associée, d'une part, et de la seconde bobine de mesure 24a avec la résistance ohmique associée, d'autre part, sont reliés par un pont de mesure 50.Le montage en série de la première bobine de mesure 24 et de la résistance ohmique R est alimenté avec une tension alternative constante U1 à fréquence constante f1. L'inductance de la première bobine de mesure 24 est variable et dépend de la distance suivant laquelle le second joint non magnétique 44 est recouvert par l'armature 10, c'est-à-dire de la position de l'armature 10 en fonction du courant d'alimentation de l'armature 10. Le montage en série de la seconde bobine de mesure 24a et de la résistance ohmique R est alimenté avec une tension alternative constante U2 dont la valeur est égale à celle de la tension U1. La fréquence f2 de cette tension alternative U2 est variable et réglable. L'inductance de la seconde bobine de mesure 24a ne dépend que de f2 car le flux magnétique de cette bobine ne subit aucune influence de la part du joint de séparation 44 et ne dépend donc pas de la position de l'armature 10. La figure 3 représente les variations du courant I des bobines de mesure 24 et 24a en fonction de la course de l'armature 10, d'une part, et des fréquences différentes f2 de la tension alternative U2 alimentant la seconde bobine de mesure 24a, d'autre part. Ces variations ont été obtenues à partir des résultats de mesure d'un exemple de réalisation de l'invention. Chacune des tensions alternatives U1 et U2 alimentant les deux bobines de mesure 24 et 24a est égale à 3,40 V. La fréquence f1, maintenue constante, de la tension alternative U1 alimentant la première bobine 24 est égale à 200 Hz. Etant donné que l'inductance de la première bobine de mesure 24 varie avec le déplacement de l'armature 10, le courant I1 passant dans cette bobine varie avec la course de l'armature 10. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, on observe une décroissance pratiquement linéaire du courant pour une variation de position, due à la course, de 0 à 4 mm. La linéarité ne devient mauvaise que pour des courses plus importantes. Le courant passant dans la seconde bobine de mesure 24a a éé reporté pour trois fréquences 2 différentes, ces fréquences étant égales respectivement à 170 Hz, 255 Hz et 325 Hz. Etant donné que, comme expliqué plus haut, la position de l'armature 10 n'exerce pas d'influence sur l'inductance de la seconde bobine de mesure 24a, l'intensité du courant passant dans cette seconde bobine de mesure 24a ne dépend que de la fréquence f2 et non de la position de l'armature, comme le montre clairement la figure 3. Comme on le voit sur la figure 3, les intensités du courant sont les mêmes pour les deux bobines de mesure 24 et 24a et on a donc un équilibre du pont de mesure 50 en fonction de la fréquence f2 pour des courses différentes de l'armature 10. Pour une fréquence f2 de 170 Hz, il y a coincidence des intensités des courants des deux bobines de mesure pour une position correspondant à une course de 0 mm. Pour une fréquence f2 de 255 Hz, il y a coincidence des intensités des courants et, par suite, équilibre du pont pour une position correspondant à une course de 3 mm. Enfin, pour une fréquence f2 de 325 Hz, il y a coincidence des intensités des courants et, par suite, équilibre du pont de mesure 50 pour une position correspondant à une course de 6 mm. Comme le montre la figure 3, on peut avoir en conséquence une liaison déterminée entre la fréquence f2 de la tension alternative U2 alimentant la seconde bobine de mesure 24a et la position de l'armature 10. Cette liaison est même linéàire sur une course étendue. Pour commander la position de l'armature 10 et, par suite, un organe de manoeuvre assemblé avec cette armature, on peut donc fixer à l'avance la fréquence f2 en tant que valeur de consigne. Le signal du pont de mesure 50 est alors utilisé en tant que signal de réglage assurant la commande de l'alimentation en énergie électrique de l'enroulemnt de commande 22 jusqu'à ce que l'armature 10 ait atteint la position correspondant à la valeur de consigne prédéterminée et que le pont de mesure 50 soit équilibré. La forme des tensons alternatives U1 et U2 n'a pas d'influence. On peut utiliser aussi bien des tensions alternatives sinusoldales que des tensions alternatives rectangulaires. La production de chaleur différente de ltenroulement de commande 22 n'a aucune influence sur la précision de détection de course ni sur la commande de position. En effet, les deux bobines de mesure 24 et 24a sont, d'une part, montées de façon tout à fait identique sur la partie de guidage d'armature 14 et sont donc chauffées de la même façon. D'autre part, elles présentent la même variation en fonction de la température en raison de leur conformation similaire. Une action de la chaleur différente exercée par la partie de retour de flux magnétique 42, sur les bobines de mesure 24 et 24a est exclue car cette partie est thermiquement isolée par le disque en matière plastique 48 vis-à-vis de la partie de retour de flux magnétique 28 de l'enroulement de commande 22. REVENDICATIONS 1.- Electro-aimant de manoeuvre avec détection de position, comportant une armature, un enroulement de commande, un corps magnétique constitué par une partie de guidage d'armature interrompue par un joint de séparation non magnétique dans le domaine de la course d'une extrémité de l'armature et par une partie de retour de flux magnétique, un prolongement de la partie de guidage d'armature étant interrompu par un second joint de séparation non magnétique se trouvant dans le domaine de la course de l'autre extrémité de l'armature, une bobine de mesure étant disposée sur le prolongement dans le domaine du second joint de séparation, une partie de retour de flux magnétique étant prévue pour la bobine de mesure, caractérisé :: - en ce qu'une seconde bobine de mesure (24a) est disposée avec un décalage axial contre la première bobine de mesure (24) en étant séparée de cette bobine par un élément en forme de disque radial (46) de la partie de retour de flux magnétique (42), en direction axiale en dehors du domaine du second joint de séparation (44), - en ce que les deux bobines de mesure (24, 24a) ont le même rayon, le même nombre de spires ainsi que la même résistance ohmique, - en ce que les deux bobines de mesure (24, 24a) sont alimentées avec une tension alternative (U1, U2) ayant constamment la même valeur, - en ce que la tension alternative (U1) qu'alimente la première bobine de mesure (24) a une fréquence constante, la tension alternative (U2) qui alimente la seconde bobine de mesure (24a) ayant une fréquence (f2) variable et réglable, - en ce qu'un dispositif est prévu pour comparer les inductances en courant alternatif des deux bobines de mesure (24, 24a), 2.- Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé - en ce que chacune des deux bobines de mesure (24, 24a) est branchée en série avec une résistance ohmique (R), ces résistances ayant la même valeur, - en ce que les points de connexion entre la première bobine de mesure (24) ainsi que la seconde bobine de mesure (24a) et la résistance associée (R) sont reliés par l'intermédiaire d'un pont de mesure (50). 3.- Electro-aimant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal du pont de mesure (50) est utilisé pour commander la position de l'armature (10). 4.- Electro-aimant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie de retour de flux magnétique (28) de l'électro-aimant est séparée par un entrefer radial de la partie de retour de flux magnétique (42) des deux bobines de mesure (24, 24a). 5.- Electro-aimant selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entrefer est rempli par un disque radial non magnétique(48), de préférence en matière plastique.