Brevet FR2503382A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne de façon générale un dis- positif propre à la détection du passage d'objets composés, au moins en partie, de matières métalliques ou magnétiques, notam- ment le fer et l'acier, et, plus précisément, une forme et une disposition améliorées de champs magnétiques et de bobines captrices pour de tels systèmes de détection. La présente invention constitue un perfectionnement au dispositif détecteur de métaux du type utilisant un détecteur magnétique pour des machines qui présentent un champ magnétique et des moyens générateurs donnant lieu à des champs magnétiques qui sont pratiquement parallèles à la direction de cheminement des produits avec lesquels les machines sont alimentées. L'orien- tation de ces champs magnétiques crée un profil de sensibilité marqué du processus de détection des métaux. Le signal électri- que provenant de ces détecteurs existants varie considérable- ment avec l'orientation de la pièce de métal qui est détectée, du fait que quand l'orientation d'une pièce de métal de forme étroite et allongée est telle que son axe principal est perpen- diculaire aux lignes de flux magnétique, le signal électrique est quelque peu affaibli. Par contre, lorsque la même pièce de métal passe à travers le champ magnétique alors que son axe principal est orienté parallèlement aux lignes de flux, c'est- à-dire qu'elle couvre pratiquement l'intervalle entre les pôles magnétiques, le signal est fort. Une telle variation se traduit par une capacité de détection qui varie avec l'orientation de l'objet visé. Ce qui précède illustre les limitations de l'état anté- rieur de la technique connue. Il est donc visible qu'il serait avantageux de trouver une nouvelle solution, visant à surmonter l'une ou plusieurs des limitations qui ont été évoquées ci- dessus. D'après cela, une telle solution appropriée consiste à utiliser des organes magnétiques qui créent des champs magnéti- ques multidirectionnels et des bobines captrices correspondan- tes qui détectent tout passage de métaux dans les limites des champs, avec approximativement le même niveau de signal, sans aue celui-ci soit abaissé de façon appréciable pour une quelconque orientation particulière. Sous l'un des aspects de la présente invention, ce résul- tat est obtenu par la mise en oeuvre d'un détecteur de métaux perfectionné, comprenant des Lloyens aptes à produire un modèle de champs magnétiques dans un trajet de passage de produits. Des parties des champs ne sont pas parallèles les unes aux autres. Ces moyens sont constitués par un dispositif magnéti- que comprenant plusieurs aimants élémentaires. Parmi les aimants élémentaires, les uns sont situés dans une première rangée et d'autres sont situés dans une seconde rangée. Les rangées sont perpendiculaires au trajet de passage du produit. Les aimants élémentaires de la première rangée sont disposés en quinconce par rapport aux éléments élémentaires de la seconde rangée. Ces aspects pourront être bien compris, ainsi que d'au- tres, à l'aide de la description détaillée de l'invention qui suit, donnée en référence aux dessins ci-annexés. Mais il est bien entendu que les dessins ne doivent pas être considérés comme définissant l'invention, mais simplement comme une illustration. La fig. 1 est une vue partielle en élévation, en partie en coupe, d'une faucheuseramasseuse-hacheuse-chargeuse illustrant l'une des applications possibles de l'invention. La fig. 2 est une vue d'une partie de la Lachine de la fig. 1, montrant la situation du détecteur de métaux par rapport au plancher de la machine. La fig. 3 représente l'une des formes de réalisation possibles du détecteur de métaux perfectionné suivant l'inven- tion. La fig. 4 représente une autre forme de réalisation pos- sible du détecteur de métaux suivant l'invention. La fig. 1 représente une faucheuse-ramasseuse-hacheuse- chargeuse améliorée, du type dans lequel la présente invention peut être mise à profit. Il est visible que l'invention peut être également appliquée avec profit pour la protection d'au- tres types de -iachines à usage agricole et général et qu'il existe d'autres applications de surveillance et d'actionnement de signaux d'alarme, en dehors de la protection de machines agricoles contre les dégâts provoqués par l'ingestion d'objets en matières métalliques ou magnétiques. La faucheuse-ramasseuse- hacheuse-chargeuse particulière de la fig. 1 est une machine agricole représentative et e lle est semblable à celle qui est décrite par T.W. Waldrop et H.C. Eberly dans le brevet des Etats-Unis no 3 523 411, intitulé '"Dispositif de récolte de fourrage", délivré le ll août 1970 et cédé à la Sperry Rand Corporation. La faucheuse-rarmasseuse-hacheusechargeuse de la fig. 1 comprend un châssis ou structure d'habillage 10, monté sur roues, pour supporter un organe hacheur de fourrage 18 et un organe ramasseur de récolte ll est articulé en 12 de manière à prendre appui en partie sur le chassis de base 13 du véhi- cule, par lequel la machine peut être tirée au moyen d'un tracteur approprié (non représenté). La machine comprend en outre au moins un jeu de rouleaux transporteurs d'alimentation 14.et 15, montés à rotation autour d'axes pratiquement paral- lèles 14a, 15a et tourillonnés dans l'habillage 10. L'organe hacheur de fourrage 18 est monté à l'intérieur de l'habillage à distance des rouleaux 14, 15, de manière à tourner sur un arbre 18a et à recevoir le produit fourrager éjecté depuis les rouleaux 14, 15. Un tuyau d'évacuation 20 s'étend générale- ment dans une direction verticale, puis horizontale depuis la partie arrière de l'habillage 10. 4 - L'organe ramasseur de récolte 11 comprend un rabatteur rotatif classique 21 sur un arbre 21a, comportant plusieurs dents ou doigts ramasseurs qui font saillie radialement et qui sont espacés en direction latérale, tels que la dent 22. Plusieurs organes peigneurs ou délivreurs classiques, espacés en direction latérale (non représentés), entre lesquels pas- sent les dents 22 tandis aue le rabatteur 21 les fait tourner dans l'habillage 11, font monter le produit récolté dans la région d'influence d'une vis sans fin rotative 24 classique. La vis sans fin 24 présente des filets hélicoïdaux en sens opposés pour acheminer le produit récolté depuis les deux côtés de l'orifice d'entrée de la vis vers le milieu de celle- ci et, par suite, vers l'orifice d'entrée des rouleaux trans- porteurs d'alimentation 14, 15. La vis sans fin 24 est montée à rotation sur l'arbre 24a et peut être du type général décrit par L.M. Halls et H.G. McCarty dans le brevet des Etats- Unis n 2 3 324 639, intitulé "Tablier de coupe et conditionneur de récolte à vis sans fin", délivré le 13 juin 1967 et cédé à la Sperry Rand Corporation. Un organe ramasseur de récolte ll a été représenté sur la fig. 1, mais il est visible qu'une barre de coupe ou un accessoire pour récoltes en rangées pourrait être aussi bien utilisé pour délivrer le produit de culture aux rouleaux d'alimentation 14, 15. Dans l'ensemble représenté, le produit récolté qui doit être fragmenté est ramassé par le rabatteur 21 et la vis sans fin 24 de l'organe ramasseur de récolte 11, pour être délivré par eux aux rouleaux d'alimentation 14, 15. A partir des rouleaux 14, 15, le produit récolté est acheminé sous la forme d'un tapis compacté vers l'organe hacheur 18, o il est fragmenté par une série de couteaux 18b en rotation, pour être finalement déchargé par le tuyau 20 dans un récep- tacle approprié, par exemple un camion ou un chariot agricole (non représenté). Si l'on considère le brevet des Etats-Unis précité n- 3 523 411 (Waldrop et al.), il est visible que dans le but de simplifier le dessin de la fig. 1, la jumelle de la roue 25 du véhicule n'a pas été représentée sur le dessin de la fig. 1. De même, une multiplicité de courroies de transmission ou d'autres organes de commande, grâce auxquels des éléments tels que le rabatteur 21, la vis sans fin 24 et les rouleaux 14 et 15 sont entraînés à partir de la source d'énergie cons- tituée par l'arbre moteur 18a et, par suite, à partir de l'organe hacheur 18, sont absents afin de simplifier la fig. 1. De tels dispositifs-sont abondamment décrits dans le brevet Waldrop et al. précité ou ailleurs et ils constituent des moyens pour entraîner les différents éléments rotatifs à des vitesses de rotation appropriées dans les sens indiqués par les flèches précises A, B, C, D et E. Lorsque la machine fonc- tionne de cette manière, le produit récolté passe sur le rabatteur 21 et pénètre dans la vis sans fin 24 en suivant les trajets des flèches M et N, puis entre les rouleaux 14, en suivant le trajet 0. Ejecté des rouleaux 14, 15 le long du trajet P vers l'organe hacheur 18, le fourrage coupé suit alors les trajets Q et R entre l'organe hacheur 18 en rotation et le guide 26, pour remonter finalement le long du trajet S à l'intérieur du twyau 27 et sortir du bec 20 en suivant le trajet T. En parcourant les trajets N et 0 vers les rouleaux 14, 15, le produit fourrager passe sur une plaque de plancher profilée 30, indiquée de façon générale par les lignes de tirets sur la fig. 1. Il est bien entendu que les dimensions et proportions qui apparaissent sur la fig. 1 et sur les différentes figures auxquelles on se référera ciaprès ont été choisies afin de rendre clairs les dessins et ne sont donc pas forcément les dimensions et proportions qui seront adoptées dans la prati- que réelle. De même, il est bien entendu qu'à l'application typique de l'invention à des machines agricoles, le détecteur peut être alternativement placé en différents endroits, par exemple à l'avant du véhicule ou sur le tracteur qui traîne le véhicule. Au cours de diverses opérations effectuées à l'aide d'un tel outillage agricole, telles que semailles, plantations, fau- chage, râtelage ou similaires, il est possible que des pièces de machines, faites de fer ou d'autres matières magnétiques, se brisent ou se détachent simplement de la machine en cours d'utilisation et tombent sans que le conducteur s'en aperçoive, et qu'elles soient abandonnées sur le sol. Typiquement, ces pièces de métal abandonnées au hasard sont faites de matières magnétiques telles que le fer et elles consistent en boulons, en goupilles, en dents de râteaux, en poulies de tension, en maillons de chaînes, en dents de faucheuses, en outils à main, en morceaux de fil de fer ou similaires. Au cours de l'utili- sation d'une faucheuse-ramasseuse-hacheuse-chargeuse telle que celle de la fig. 1 pour la récolte de sorgho, de luzerne ou d'autres sortes de fourrages, ces pièces de métal abandon- nées au hasard peuvent être ramassées par l'organe ramasseur 11 de la machine et peuvent s'engager aux alentours de l'orga- ne hacheur 18, provoquant des dégâts étendus sur celui-ci. Pour éviter de tels dégâts lors de la période critique de la récolte du fourrage, il est souhaitable de disposer un détecteur de présence de métaux errants dans le trajet M-I1-0-P que le produit récolté parcourt dans son mouvement vers l'organe hacheur 18. Le détecteur de métaux errants est situé à un endroit tel qu'il y ait suffisamment de temps pour arrê- ter manuellement ou automatiquement au moins les rouleaux 14, avant que le morceau de métal errant n'atteigne l'organe hacheur 18. TI va de soi que d'autres parties mobiles de la faucheuse-ramasseuse-hacheuse-chargeuse de la fig. 1 ou d'au- tres équipements placés sous surveillance peuvent être amenées à s'arrêter automatiquement, notamment l'organe hacheur 18 ou même la totalité des parties rotatives de la machine agricole. Le tracteur remorqueur peut être facilement arrêté lui aussi, automatiquement ou par le conducteur en réponse à un signal d'alarme déclenché par le détecteur. Comme le montre la fig. 2, le palpeur de métaux errants 31 peut être monté en rapport étroit avec la plaque de plancher oui fait partie de la construction contiguë ? 1t habillage 10 du hacheur, étant fixé par boulonnage au tablier de coupe 11 en avant de l'ouverture donnant accès aux rouleaux 14, 15, au moyen de trous de boulonnage usuels, tels que les trous 32, 33. Si on le préfère, le palpeur 31 peut être également placé dans un rouleau d'alimentation magnétiquement transparent. La bobine captrice 34, indiquée par la ligne de tirets sur la fig. 2, est de préférence une bobine à spires multiples, située dans un champ magnétique particulier, produit par des moyens au sujet desquels on reviendra ciaprès de façon plus détaillée, en référence aux fig. 3 et 4. Si la plaque de plancher 30 est faite d'aluminium, d'une matière plastique ou d'une autre matière non magnétique, les champs magnétiques passent à tra- vers la plaque 30 et s'étendent au-dessus d'elle pour la traverser de nouveau en retournant vers leurs sources. Au cas o la plaque 30 est faite d'une matière magnétique, une fente 37, disposée symétriquement dans la plaque 30 au-dessus du palpeur 31, permettra d'utiliser pratiquement la même dispo- sition des champs magnétiques. De préférence, la fente 37 est obturée avec une matière plastique, afin d'exclure toute solu- tion de continuité dans la surface supérieure de la plaque 30. En présence des champs magnétiques, une tension de sortie est produite par la bobine captrice 34 lorsqu'un objet de matière métallique, tel que 40, passe à travers l'une des régions de champ magnétique. Il va de soi que, pour détecter toute variation de champ magnétique produite par la goupille ,. la bobine captrice de signal 34 est située dans la même région que les sources de champ magnétique, de manière à réduire au maximum les signaux de bruit associés à la bobine captrice de signal 34 et dus à la rotation d'éléments tels que les rouleaux d'alimentation 14, 15, la vis sans fin 24 ou similaires. En présence d'un objet métallique mobile 40, un signal d'alarme correspondant est produit dans la bobine 34 et est transmis par des conducteurs 43 et 44 à l'unité de traitement des signaux 45. L'unité de traitement des signaux 45 intervient alors en actionnant un équipement de commande (non représenté) qui arrête le mécanisme, par exemple les rouleaux 14, 15 et l'organe hacheur 18, d'après ce qui a déjà été indiqué, en cas de détection de la présence d'un métal indésirable. Dans l'état antérieur de la technique, les dispositifs détecteurs de métaux créaient typiquement des lignes de flux de champ magnétique qui étaient orientées parallèlement à la direction de mouvement 0 du produit récolté et des morceaux de métal errants 40 dans la faucheuse-ramasseuse-hacheuse- chargeuse. Cette orientation parallèle donnait lieu à des conditions qui provoquaient un fort affaiblissement de la ré- ponse à la présence d'objets métalliques 40 ayant sensiblement la forme de tiges et orientés perpendiculairement au courant de produit récolté et aux champs magnétiques. La présente in- vention remédie à cette lacune en créant un champ magnétique dont des parties ne sont pas parallèles entre elles, ce qui garantit qu'une partie au moins du champ n'est pas non plus parallèle au courant de produit. Ainsi est éliminée l'insensi- bilité indésirable à certaines orientations des matériaux métalliques qui doivent être détectés. Les fig. 3 et 4 illustrent deux formes de réalisation de générateurs de champ magnétique produisant les lignes non parallèles de flux magnétique qui évitent qu'il existe des orientations particulières dans lesquelles un objet métallique pourrait passer sans être détecté. La fig. 3 représente une partie d'un palpeur de métaux 50, se composant d'une plaque de montage 52 sur laquelle sont montés des aimants élémentaires sous la forme de pôles magné- tiques cylindriques 54, 56, 58 et 60, chacun d'entre eux ren- fermant son pôle opposé 55, 57, 59 et 61 respectivement. Ces aimants élémentaires peuvent être réalisés à partir d'aimants permanents ou sous forme d'électroaimants, mais pour simplifier les figures, les aimants ont été représentés sous forme d'aimants permanents, ce qui évite toute confusion qui pourrait résulter de la représentation des bobines électro- magnétiques nécessaires pour des électroaimants de puissance. Des bobines captrices 62 sont typiquement enroulées autour des pôles centraux 55, 57, 59 et 61. Ces bobines captrices fonctionnent de la même manière que les bobines captrices de détecteurs de métaux antérieurement connus, en ce sens que les lignes de flux magnétique perturbées Dar le passage de pièces métalliques à proximité, et notamment dans la région entre les pâles, induit des signaux électriques dans les bobines captrices. Ces signaux des bobines captrices sont com- binés et traités pour déterminer la présence de matériaux métalliques indésirables. Bien que le champ magnétique total, créé par le système détecteur 50 de la fig. 3, soit symétrique et régulier, il produit pratiquement l'effet d'un champ magnétique multi- directionnel, c'est-à-dire d'un champ présentant des lignes de flux magnétique dans toutes les directions, ce qui exclut effectivement qu'une pièce de métal errante échappe à la détection, quelle que soit sa forme géométrique ou son orien- tation. Le dispositif d'aimants représenté sur la fig. 3, avec des champs magnétiques individuels qui, comme on l'a indiqué par le champ 64 associé aux pôles 58 et 59, rayonnent dans toutes les directions à partir du pôle central 59 vers le pâle cylindrique 58, donne lieu à des lignes non parallèles de flux magnétique, dont certaines au moins seront affectées par un quelconque objet métallique passant au voisinage, quelle que soit l'orientation de cet objet par rapport à la direction 0 du courant de produit. En outre, le modèle en deux rangées décalées des pôles extérieurs 54, 56, 58 et 60 est conçu de manière à produire un léger recouvrement dans la direction perpendiculaire au courant de produit, ce qui fait qu'aucun objet métallique ne peut passer au-delà du détecteur 50 sans affecter au moins un système magnétique. La fig. 4 illustre une autre forme de réalisation possi- ble de système d'aimants du détecteur qui donne lieu à un autre modèle de champs magnétiques avec des lignes de flux non parallèles, excluant le risque qu'un objet métallique échappe à la détection du fait de son orientation. La section magnétique 70 est faite d'aimants élémentaires ayant la forme géométrique de doubles dents décalées, avec des pôles 72, 74 et 76 situés du côté opposé d'un unique aimant en forme de gouttière par rapport aux pôles opposés 73, 75 et 77. Le fond 78 de la gouttière est continu et constitue le trajet de retour du circuit magnétique pour toutes les paires d'ai- mants. La disposition décalée des pôles par rapport au trajet du courant de produit, chaque pôle étant directement en face d'un créneau du côté opposé du fond 78 de la gouttière et pré- sentant un décalage angulaire par rapport aux pôles opposés immédiatement voisins, donne lieu à des lignes de flux magnéti- que, indiquées typiquement par la ligne 80 entre les pâles 74 et 75, la ligne 82 entre les pôles 74 et 77 et la ligne 84 entre les pôles 77 et 76, dans des positions angulaires varia- bles les unes par rapport aux autres et par rapport à la direc- tion 0 du courant de produit. Bien que la variation angulaire effective par rapport à la direction 0 du courant de produit dépende des dimensions particulières et de la forme des faces des pôles et du fond 78, les lignes de flux 86 et 88 indiquées entre les pôles 72 et 73 représentent une variation angulaire typique possible. C'est cette disposition angulaire variable qui, conne dans la forme de réalisation de la fig. 3, garantit que la section magnétique 70 détectera toutes les formes géométriques et orien- tations possibles d'objets métalliques entraînés avec le produit traité. Avec l'aspect entremêlé des multiples champs, tel qu'illustré par les lignes 80 et 82, les lignes de flux, tel- les que représentées par les lignes 86 et 88, donnent lieu à un modèle de champ qui sera affecté par le passage d'objets il métalliques errants à travers lui, quelle que soit l'orientation ou la forme que présentent ces objets. La perturbation du champ produite par le métal sera alors détectée par les bobines cap- trices 90 et 92. D'après ce qui est représenté, la bobine captrice 90 est enroulée autour du fond 78 de la gouttière, ce qui constitue une situation typique. Toutefois, la bobine 92 qui, sur la figure, est enroulée sur le pôle 73, illustre également une situation appropriée pour les bobines captrices, auquel cas des bobines semblables seront utilisées, soit avec d'autres pâles 75, 77 et 94 du même côté du fond 78 de la gouttière, soit en coopération avec des bobines semblables sur les pâles 72, 74 et 76. Par ailleurs, bien que la section magnétique 70 soit représentée sous la forme d'un aimant permanent, l'une et l'autre des bobines 90 et 92 sont convenablement placées pour servir de bobines d'excitation pour une version en électroai- mant de la section magnétique 70. Corme le comprendront aisé- ment les spécialistes de l'excitation des aimants et des Détecteurs magnétiques de métaux, de multiples autres emplace- ments appropriés, tant pour les bobines captrices que pour les bobines d'excitation, sont envisageables avec la forme et la disposition de la section magnétique 70. Il est bien entendu que la forme sous laquelle la présen- te invention est illustrée n'est jamais qu'un mode de réalisa- tion préféré. Différentes modifications peuvent être apportées à la fonction et à la disposition d'éléments; des moyens équi- valents peuvent être utilisés à la place de ceux qui ont été déCrits et représentés; et certaines caractéristiques peuvent être adoptées indépendamment des autres, sans que l'on s'écarte tour autant de l'esprit et de la portée de l'invention, tels que définis dans les revendications qui suivent. Par exemple, un dispositif semblable à celui de la fig. 4 pourrait être réalisé en utilisant de multiples aimants en fer a cheval individuels décalés et, dans l'un et l'autre des modes de réalisation des fig. 3 et 4, les faces des pâles pourraient présenter par construction une disposition diffé- rente. Il a été décrit ci-dessus des aimants élémentaires agencés de façon à créer un modèle particulier de champs magnétiques, pour détecter tous les morceaux de métal qui passent dans ces champs, avec approximativement le même niveau de signal, sans qu'une orientation particulière provoque un affaiblissement notable du signal. RBVEN.DICATIONS 1. Détecteur de métaux du type propre à la protection d'élé- ments rotatifs de machine dans des,machines de récolte, compre- nant des moyens pour créer un champ magnétique dans le trajet d'un courant de produit, au moins une bobine captrice dans laquelle un signal électrique est induit lorsque le champ magnétique est perturbé par la présence de matière magnétique, et une unité de traitement des signaux pour déclencher une séquence de commandes destinée à limiter les dégâts subis par les éléments lorsque la présence de métal indésirable est détectée, caractérisé par des moyens aptes à produire un modè- le de champs magnétiques dans le trajet du courant de produit, des parties de ces champs étant autrement que parallèles entre elles, ces moyens étant constitués par un système d'aimants comprenant plusieurs aimants élémentaires parmi lesquels les uns sont dans une première rangée et d'autres sont dans une seconde rangée, ces rangées étant perpendiculaires au trajet du courant de produit et les aimants élémentaires de la premiè- re rangée étant en rapport de décalage avec les aimants élé- mentaires de la seconde rangée. 2. Détecteur de métaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque aimant élémentaire a une forme cylindrique, avec une partie d'une première polarité qui entoure une partie d'une seconde polarité opposée à la première polarité. 3. Détecteur de métaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque aimant élémentaire de la première rangée est d'une première polarité et en ce que chaque aimant élémentaire de la seconde rangée est d'une seconde polarité magnétiquement opposée à la première polarité.