Brevet FR2478897A1 — publié le 19810925

L'invention concerne un générateur d'impulsions comportant un induit, de préférence sous forme de rotor, pouvant se mouvoir relativement à un stator ainsi que des moyens permettant d'engendrer un champ magnétique qui agit sur au moins un fil Wiegand pour engendrer dans une bobine, lors du mouvement du rotor, des impulsions causées par l'effet Wiegand. Par le 1 fascicule publié de la demande de brevet en R.F.A. NO 2 654 755, on connaît un générateur d'impulsions de ce genre comportant sur le rotor un certain nombre d'aimants permanents de polarité alternée et sur le stator une bobine ainsi qu'un fil Wiegand. Le fil Wiegand est exposé, lors de la rotation du rotor, à un champ magnétique dont l'intensité et le sens varient à peu près uniformément.En vertu de l'effet-Wiegand, des impulsions en pointe sont engendrées brusquement dans la bobine lorsqu'une intensité de champ donnée est atteinte lors de l'inversion du champ magnétique. Ces impulsions en pointe sont d'une amplitude sensiblement indépendante de la vitesse de rotation, et elles présentent une polarité alternativement positive et négative. Dans la revue "Electronics" du 10.7.1975, pages 100 à 105, le fil Wiegand et l'effet Wiegand sont décrits en détail. Le fil Wiegand est formé de matériaux magnétisables connus, par exemple de "Permalloy" ou de "Vicalloy", qui sont en particulier des alliages de nickel, de fer, de cobalt ou de vanadium. Comme on le sait, des matériaux polycristallins de ce genre présentent des domaines qui peuvent être orientés par l'action d'un champ magnétique de sorte qu'une fois le champ magnétique supprimé, ces matériaux engendrent eux-mêmes un champ magnétique. Si alors le matériau est exposé à un champ magnétique de sens opposé, il se produit une démagnétisation ou une inversion de magnétisation lorsque l'intensité de champ coercitif est dépassée. Ainsi, la courbe de magnétisation présente l'hystérésis caractéristique. Par un traitement spécial du fil, plus pré cisément par torsion et étirage, il se forme un coeur ayant une force coercitive relativement faible et une gaine ayant une plus grande force coercitive. L'effet Wiegand résine dans le fait que la démagnétisation du coeur, qui se produit quand la faible force coercitive est dépassée, est liée à une inversion très rapide des domaines. Par suite, une impulsion en pointe très courte et très haute peut être engendrée dans une bobine. Pour un fil Wiegand court ayant une longueur d'environ 1 cm et un diamètre d'environ 0,1 mm, on a mesuré dans le coeur une force coercitive d'environ 800 A/m (10 Oe) et dans la gaine une force coercitive de l'ordre de 1600 à 2400 A/m (20 à 30 Oe). Dans le générateur d'impulsions connu, par suite de la rotation du rotor, le fil Wiegand est exposé à un champ magnétique relativement intense de polarité alternée, de sorte que des impulsions en pointe positives et né gatives sont engendrées successivement, leur nombre par unité de temps étant une mesure de la vitesse de rotation. Or, outre la vitesse de rotation, le sens de rotation a aussi un intérêt dans les cas d'application les plusdivers. On citera ici en particulier les installations de navigation dans lesquelles, au moyen d'un émetteur d'impulsions relié aux roues d'un véhicule, il faut non seulement mesurer la vitesse du véhicule mais encore déterminer le sens de rotation des roues, et donc le sens de mouvement du véhicule. En outre, par exemple dans les dispositifs de positionnement pour machines-outils, il est nécessaire d'avoir une indication du sens de mouvement. Antérieurement, une méthode usuelle consistait à déterminer le sens de rotation d'après la succession de phase d'au moins deux séries d'impulsions ou de signaux, mais il fallait pour cela des moyens non négligeables, aussi bien en ce qui concerne les générateurs d'impulsions que les circuits servant à déterminer la succession de phase. L'invention a pour but de fournir par des moyens simples et en tirant parti de l'effet Wiegand un générateur d'impulsions dont les signaux constituent directement une mesure du sens de rotation ou du sens de mouvement. Ce problème est résolu, selon l'invention, grace au fait que le ou les aimants sont disposés de manière telle, et que le champ magnétique présente relativement au fil Wiegand une asymétrie telle, que les impulsions mentionnées présentent une polarité positive ou négative selon le sens de mouvement du rotor L'invention se distingue par une structure particulièrement simple et économique, et, en vertu de la constitution indiquée du champ magnétique et de la disposition du fil Wiegand, des impulsions positives ou négatives sont engendrées, au choix, selon le sens de rotation ou le sens de mouvement de l'induit. Par suite, on n'a plus besoin d'une interprétation spéciale des impulsions.L'invention part de cette idée que, grace à une disposition appropriée du fil Wiegand et à une constitution appropriée du champ magnétique dont la grandeur et le sens varient en vertu d'un mouvement relatif entre l'aimant et le fil Wiegand, il se produit chaque fois une seule inversion des domaines du fil Wiegand dans un seul sens. Le sens de l'inversion rapide dépend du sens de polarisation précédent du fil Wiegand, qui dépend à son tour du sens de mouvement de l'induit. La polarité des impulsions en pointe induites dans la bobine est donc une mesure du sens de mouvement de l'induit. La forme du champ magnétique peut être réalisée de différente façon, en particulier gracie à des épanouissements polaires appropriés ou grace à une disposition asymétrique d'aimants permanents.Selon un mode d'exécution préférentiel, on dispose l'un près de l'autre deux aimants permanents en barreaux ayant un sens de polarisation opposé. Afin que le champ magnétique obtenu présente l'allure asymétrique voulue, les aimants permanents sont disposés avec un décalage l'un par rapport à l'autre dans la direction de leur axe longitudinal. On peut aussi obtenir le même effet au moyen d'épanouissements polaires appropriés. Dans ce mode d'exécution, le fil Wiegand est pratiquement parallèle aux aimants permanents. Si l'induit est sous forme de rotor, il est avantageux que le fil Wiegand aussi bien que les aimants permanents soient pratiquement parallèles à l'axe de rotation du rotor. On obtient un mode dsexécution particulièrement avantageux en disposant un ou plusieurs fils Wiegand sur le rotor.Etant donné que les fils Wiegand ont une masse relativement réduite, il ne se pose pas de problèmes spéciaux d'équilibrage du rotor. Et, étant donné que les aimants permanents sont disposés sur le stator, on évite en outre des tensions d'induction qui pourraient se produire s'ils étaient disposés sur l'induit. L'invention est décrite plus précisément par des exemples d'exécution représentés par les dessins annexés dont,: la figure 1 est une coupe transversale d'un générateur d'impulsions servant à determiner le sens de rotation et la vitesse de rotation d'un arbre, le rotor portant des aimants permanents décalés axialement; la figure 2 est-une coupe longitudinale du générateur d'impulsions suivant la ligne Il-Il de la figure 1; les figures 3 et 4 représentent les impulsions de tension engendrées au moyen du générateur d'impulsions pour les deux sens de rotation; la figure 5 montre le champ magnétique des aimants permanents du générateur d'impulsions de la figure 1; la figure 6 est une coupe transversale d'un générateur d'impulsions comportant, sur le stator, des aimants permanents disposés avec décalage axial; ; la figure 7 une coupe longitudinale de l'émetteur d'impulsions suivant la ligne VII-VII de la figure 6 Le générateur d'impulsions représenté dans son principe par la figure 1 comporte un rotor 1 disposé de manière à pouvoir tourner, à l'intérieur d'un stator 2, autour d'un arbre 3. Le rotor 1 est formé d'une matière non conductrice magnétiquement et contient, près de sa surface extérieure, deux aimants permanents en barreaux 4, 5, de polarité opposée, présentant en direction circonférentielle un petit espacement a qui peut être choisi à l'avance. On peut voir par la figure 2 que les aimants permanents 4, 5 sont disposés dans des perforations axiales du rotor 1, paralld- lement à l'arbre 3 et à l'axe de rotation du rotor. La disposition décalée axialement des aimants permanents 4, 5 a une importance décisive.Les extrémités 6, 7 des aimants permanents 4,5, situées en haut sur la figure 2, présentent entre elles, de meme que les extrémités situées en bas, un espacements b. En vertu de cette disposition asymétrique des aimants permanents, on obtient une allure asymétriqUe du champ magnétique. Le stator 2 contient un corps de bobine 10 à section en U dans lequel est insérée une bobine annulaire 12. Le corps de bobine 10 présente des perforations longitudinales contenant des fils Wiegand 11 qui s'étendent sur toute la longueur axiale du corps de bobine et se trouvent à l'intérieur de la bobine annulaire 12. Au lieu des trois fils wiegand représentés, on peut éventuellement aussi en prévoir un plus grand nombre pour obtenir une plus grande résolution. Si maintenant l'arbre 3 est mis en rotation dans un sens à la vitesse de rotation aJ, les fils Wiegand 11 sont parcourus successivement par le champ magnétique des aimants permanents 4, 5. Si l'intensité de champ agissant sur un fil Wiegand dépasse une valeur définie, choisie à l'avance con formément à la caractéristique de magnétisation et aux rapports de grandeurs existants, le sens de polarisation change brusquement. En vertu de la constitution asymétrique mentionnée du champ magnétique, on arrive selon l'invention à ce que les impulsions en pointe induites dans la bobine annulaire 12 pour un sens de rotation présentent toujours la même polarité positive, comme le montre la figure 3.Bien entendu, en outre, lors de la rotation du rotor, il se produit un rétablissement du sens de polarisation mais, en vertu de la constitution indiquée du champ magnétique, il ne conduit pas à une impulsion en pointe. Si par contre le rotor 1 est mis en rotation dans le sens opposé, l'inversion du sens de polarisation des fils Wiegand Il engendre, dans l'autre sens, des impulsions en pointe qui, comme le montre la figure 4, ont toutes la même polarité, mais cette fois négative. Etant donné que trois fils Wiegand 11 sont répartis sur la circonférence, il se produit à chaque tour du rotor, pour chacun des deux sens de rotation, trois impulsions en pointe, et le nombre d'impulsions en pointe par unité de temps correspond donc à la vitesse de rotation de arbre 3. La figure 5 représente approximativement le champ magnétique obtenu dans les deux aimants permanents 4, 5. Etant donné que les aimants permanents présentent un espacement a en direction circonférentielle et qu'ils sont décalés d'une distance b dans la direction de l'axe de rotation, il se produit un champ asymétrique dont le plan médian 15 est dévié d'un angle correspondant relativement au plan radial 16. Quand le rotor tourne, il se produit, entre les aimants permanents 4, 5 et le fil Wiegand 11, un mouvement relatif que l'on représentera ci-après par un mouvement du fil Wiegand 11. Ce mouvement s'effectue en réalité suivant une trajectoire circulaire et il faut tenir compte de la distance radiale entre le fil Wiegand et les aimants permanents.En outre, il faut songer que le fil Wiegand est exposé au champ magnétique qui se propage dans l'espace à trois dimensions. On supposera tout d'abord que le fil Wiegand est polarisé de la façon représentée et présente à la surface terminale inférieure un polie positif et à la surface terminale supérieure un pôle négatif. Le coeur et la gaine du fil Wiegand 11 sont polarisés dans le même sens. Lorsque le fil Wiegand se meut dans le sens de la flèche + aJ , il arrive dans le champ magnétique de sens opposé et lorsque la force coercitive est dépassée, il se produit une démagnétisation brusque du fil Wiegand. Par suite, une impulsion en pointe, par exemple positive, est engendrée dans la bobine qui l'entoure.Lorsque le fil Wiegand poursuit son mouvement, il est à nouveau polarisé et démagnétisé et présente, lorsqu'il quitte le champ magnétique, la polarisation indiquée par la figure 5. Un fait décisif est qu'une seule impulsion en pointe est induite et que les autres processus de magnétisation dans le fil wiegand ne conduisent pas à une impulsion en pointe. Cela peut s'expliquer par le fait qu'ensuite, la magnétisation et la démagnétisation du fil Wiegand se.produisent successivement dans les différentes régions du fil relativement long ou se neutralisent mutuellement quant à leur action, de sorte qu'aucun signal n'est induit dans la bobine, ou seulement des signaux nd- gligeables. En sortant du champ magnétique, le fil Wiegand présente la même polarisation qu'en y entrant.Si le fil Wiegand se meut de gauche à droite sur la figure 5, donc dans le sens de la flèche + , il présente en quittant le champ magnétique une polarisation de sens opposé à celle qui est représentée. Dans la suite du mouvement, il arrive à nouveau dans le champ magnétique et la démagnétisation brusque engendre cette fois une impulsion en pointe négative. Les figures 5 et 6 représentent un autre mode d'exécution de l'émetteur d'impulsion dans lequel les aimants permanents en barreau 24, 25 sont disposés sur le stator 22, et plus précisément à l'extérieure de la bobine annulaire 26. Les aimants permanents 24, 25 présentent en direction circonférentielle un espacement qui peut être choisi à l'avance et sont disposés avec un décalage entre eux en direction axiale. La bobine annulaire 26 est disposée sur un corps de bobine 27 formé d'une matière non conductrice électriquement et maynétiquement, par exemple de matière plastique.A l'intérieur du corps de bobine 27, le rotor cylindrique 28 est disposé de manière à pouvoir tourner autour d'un arbre 29. Le rotor 28 présente trois perforations longitudinales axiales qui sont distribuées uniformément en direction circonférentielle et logent des fils Wiegand 21. Le mode de fonctionnement correspond à celui de l'émetteur d'impulsions décrit plus haut. L'invention n'est aucunement limitée aux exemples d'exécution décrits. Au contraire, on peut aussi obtenir l'allure voulue du champ au moyen d'un aimant muni d'épanouissements polaires de structure appropriée, aimant qui peut aussi être éventuellement un électro-aimant. Le point décisif est que, grâce à une constitution appropriée de la disposition d'aimants et à une disposition appropriée d'au moins un élément de fil Wiegand, des impulsions de tension positives ou négatives soient engendrées sous la dépendance du sens de mouvement. Des exemples d'exécution décrits plus haut, il résulte immédiatement que l'on peut aussi prévoir le générateur d'impulsions pour surveiller des mouvements de translation entre un stator et une partie mobile (induite ou inductrice). REVENDICATIONS , 1.- Générateur d'impulsions comportant un induit, de préférence sous forme de rotor, pouvant se mouvoir relativement à un stator ainsi que des moyens permettant d'engendrer un champ magnétique qui agit sur au moins un fil Wiegand pour engendrer dans une bobine, lors du mouvement du rotor, des impulsions causées par l'effet Wiegand, générateur caractérisé en ce que le ou les aimants (4,5;24,25) sont disposés de manière telle, et que le champ magnétique présente relativement au fil Wiegand (11;21) une asymétrie telle, que les impulsions mentionnées présentent une polarité positive ou négative selon le sens de mouvement du rotor (1;28). 2.- Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors du mouvement du rotor (1;28), le fil Wiegand (li;21) est polarisé dans l'unau l'autre sens après avoir quitté le champ magnétique, selon le sens de mouvement, que lorsque le champ magnétique agit à nouveau une impulsion en pointe est engendrée dans la bobine (12; 26) en vertu de l'effet Wiegand, et que la polarité de cette impulsion en pointe dépend du sens de polarisation mentionné et donc du sens de mouvement. 3.- Générateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fil Wiegand (11;21) présente une longueur telle et/ou que le champ magnétique du ou des aimants (4,5;24,25) a une constitution telle que pour l'un des sens de mouvement, chaque fois que l'intensité de champ en action est dépassée dans un sens, une impulsion en pointe d'une polarité est engendrée et que chaque fois que l'intensité de champ en action est dépassée dans l'autre sens, il n'apparait aucune impulsion en pointe et que, de façon correspondante, pour l'autre sens de mouvement, une impulsion en pointe de l'autre polarité est engendrée. 4.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins deux aimants polarisés en sens s'opposé (4,5;24,25) sont séparés l'un de l'autre par un espacement (a) qui peut être choisi à l'avance et sont décalés d'une distance (b) dans la direction de leur axe longitudinal, de sorte que le champ magnétique obtenu à une constitution asymétrique relativement au(x) fil(s) Wiegand (11,21). 5.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que deux aimants permanents (4,5;24,25), de préférence en barreaux, sont pratiquement disposés parallèlement à l'axe de rotation (3) du rotor (1;28), que les aimants permanents (4,5; 24,25) présentent entre eux un petit espacement (4 en direction circonférentielle et un espacement (b) dans la direction de l'axe de rotation. 6.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la bobine est sous la forme d'une bobine annulaire (12;26) entourant le rotor (l;28) et qu'entre le rotor et la bobine annulaire, il existe un entrefer cylindrique. 7.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la bobine (12; 26) est disposée sur un corps de bobine annulaire (10;27) formé d'une matière non conductrice magnétiquement, en particulier d'une matière plastique. 8.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les aimants permanents (4,5) sont disposés sur le rotor (1), de préférence au voisinage de la surface extérieure et que de préférence trois fils Wiegand (11) sont disposés sur le stator. 9.- Générateur selon la reven dication 8, caractérisé en ce que les fils Wiegand (11) sont disposés dans des perforations longitudinales axiales du corps de bobine (10). 10.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les aimants permanents (24, 25) sont disposés sur le stator et que les fils Wiegand (21) sont disposés au voisinage de la surface extérieure du rotor (28). 11.- Générateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les fils Wiegand (21) sont disposés dans des perforations longitudinales axiales du rotor (28). 12.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les fils Wiegand (11;21) ont pratiquement la même longueur que le rotor (1,28) ou le corps de bobine (10;27). 13.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les aimants permanents (4,5;24,25) sont plus courts que le rotor ou le corps de bobine (10;27), la différence étant égale à un espacement (b).