Brevet FR2512544A1 — publié le 19830311

La présente invention concerne un dispositif des- tiné à détecter une position dans la direction radiale d'un corps tournant. La figure 1 est une représentation qui illustre le principe du fonctionnement d'un détecteur de position de type magnétique On détecte la position d'un corps tour- nant 100 au moyen de circuits magnétiques en forme de U, 101 à 108 On va maintenant décrire le fonctionnement pour la détection de la position selon l'axe X Chaque circuit ma- gnétique en forme de U est conçu de façon que ces circuits magnétiques soient respectivement symétriques deux à deux par rapport à l'axe X et par rapport à l'axe Y, lorsqu'ils font un angle de " radians par rapport à l'axe respectif. Les circuits magnétiques en forme de U 101, 102, 103 et 104 permettent de détecter la position du corps tournant 100 selon l'axe X. On additionne mintenant les uns aux autres les signaux dans chaque circuit magnétique, parmi les circuits 101, 102, 103 et 104, et on détecte la position du corps tournant selon l'axe X sur la base de la différence entre deux signaux additionnés Cette opération est applicable à la détection selon l'axe Y Lorsque le corps tournant tourne avec vibration, le mouvement de vibration se produit sur la base des composantes de fréquence harmoniques de la fréquence de vibration du corps tournant M Sme si le corps tournant tourne sans mouvement de vibration, lorsque le corps tournant n'est pas rond, la fréquence de vibration due aux composantes harmoniques dépend de la configuration du corps tournant Dans une telle condition, il faut détecter seulement avec une grande précision la fréquence fondamentale Comme le montre la figure 1, dans le cas o les circuits magnétiques en forme de U 101 à 108 sont disposés de façon à 9 tre symétriques par rapport à l'axe X et à l'axe Y, le calcul montre clairement qu'on ne peut pas détecter les composantes harmoniques d'or- dre pair En ce qui concerne les composantes harmoniques d'ordre impair, celles-ci ne sont pas détectées dans le cas ok est satisfaite l'équation suivante entre l'angle selon l'axe X, cî et N est représentée par l'équation sui- vante: x = K cosn ç K = constante Dans le cas de l'axe Y, l'équation cidessus est applicable en remplaçant x par y. Dans l'art antérieur, pour réaliser la configura- tion représentée sur la figure 1, on établit l'enroulement pour chacun des circuits 101 à 108, et on détermine l'angle en fixant chaque circuit magnétique En particulier, pour ne pas détecter la composante harmonique du troisième ordre de la fréquence de vibration fondamentale, on choisit l'angle égal à '1 lb Cependant, on est en présence de l'inconvénient qui consiste en ce que l'espace pour les enroulements devient réduit dans le cas d'un petit dispositif, et on doit augmenter le nombre de peles magnétiques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation de la structure des p 6 les magnétiques du système classique, La figure 2 est une représentation d'un mode de réalisation de la configuration de pales magnétiques de l'in- vention, et la figure 3 est une représentation du circuit de traitement différentiel de l'invention. La figure 2 représente un mode de réalisation de l'invention Les p 6 les magnétiques 201, 207,210 et 204 cor- respondant aux axes X et'Y portent des enroulements respec- tifs Les p 6 les magnétiques 201 à 212 sont conçus de façon à ttre symétriques deux à deux par rapport à l'axe X et à l'axe Y De plus, un courant de haute fréquence circule dans les enroulements et les directions des flux magnétiques qui appa- raissent à chaque instant sont les mêmes du coté des pales magnétiques 201, 207, 210 et 204 duquel se trouve un corps tournant 200 On va maintenant considérer l'axe X Lorsque lu corps tournant 200 est placé à une position centrale, les flux magnétiques produits par les pales 201, 207, 210 et 204 traversent le corps 200 en direction des pales 202, 203, 205, 206, 208, 209, 211 et 212 o Pour le déplacement selon l'axe X, du fait qu'on effectue l'opération de détection sur la base de la différence entre le signal dans la direction positive et le signal dans la direction négative, il n'apparaît pas de signal de sortie détecté concernant la direction T Par conséquent, on doit considérer les p Sles magnétiques 201, 202, 212 et 211 pour la direction positive de l'axe X et on doit considérer les pôles magnétiques 207, 208, 209, 206 et 205 pour la direction négative de l'axe X Pour la direction positive, quatre circuits magnétiques sont définis par les pales 201, 200 et 202, les pales 201, 200 et 203, les p Oles 201, 200 et 212 et les peles 201, 200 et 211 o De façon simi- laire, pour la direction négative, quatre circuits magnéti- ques sont établis entre les p 6 les magnétiques 207, 200, 205, 206, 208 et 209 En supposant que les angles formés entre l'axe X et chaque axe médian des circuits magnétiques en for- me de U qui sont formés par les p Cles 201 et 202, 201 et 212, 207 et 208, et 207 et 206, respectivement, sont de a radians, et en supposant que les angles formés entre l'axe X et chaque axe médian des circuits magnétiques en forme de U qui sont formés par les pales 201 et 203, 201 et 211, 207 et 209, et 207 et 205, respectivement, sont de b radians, on peut con- sidérer en pratique que deux p Sles magnétiques pour lesquels l'angle formé par l'axe X et un axe médian d'un circuit ma- gnétique en U formé par l'utilisation du pôle 201 est de C radians, sont disposés symétriquement par rapport à la direc- tion positive de l'axe Xo Cet argument est également applica- ble au pèle 207 En définitive, il y a W = 2 ensembles d'axes médians entre les p Sles des circuits magnétiques en forme de U, chaque axe médian fait l'angle T radians par rapport à la partie positive de l'axe X et ces axes médians sont disposés symétriquement par rapport à l'axe Xo Les axes médians se 12544 comportent comme si deux ensembles d'axes médians se trou- vaient de façon similaire dans la direction négative de l'axe X On peut obtenir le signal de détection indiquant la posi- tion du corps tournant, par la différence entre le signal additionné pour deux ensembles dans la direction positive de l'axe X et le signal additionné pour deux ensembles dans la direction négative de l'axe X Il existe la relation sui- vante entre a, b et C: O = (a + b) / 2 Si on suppose que les pôles magnétiques sont placés de la manière représentée sur la figure 2, a = Ir/12 et b = ÂT /6, et C sera égal à 1 (/8 Dans ce cas, l'angle auquel la troisième composante harmonique peut Ctre éliminée est de r/6 Bien que l'élimination ne soit pas complète lorsque a = t /8, du fait que x = K cos 3 /8, la troisième compo- sante harmonique est détectée à un niveau inférieur à 40 %. De plus, les composantes harmoniques supérieures à la quatriè- me seront détectées conformément à l'équation suivante: x = R cos N Y% /8 la théorie relative à l'axe X est applicable à la direction positive de l'axe Y, en prenant en considération les pôles 208, 209, 210, 211 et 212, et elle est également applicable à la direction négative de l'axe Y en prenant en considération les pales 202, 203, 204, 205 et 206. Dans ce système, les axes x et Y ne sont pas fixes, on donne la priorité à la troisième composante harmonique et on évite d'incorporer un grand nombre de p 6 les magnétiques dans un espace réduit et de bobiner les enroulements Ainsi, dans le dispositif de l'invention, les p 6 les magnétiques pour l'axe X et pour l'axe Y sont utilisés en commun, ce qui fait que l'espace réduit est utilisé efficacement De plus, la diminution de la troisième composante harmonique n'est pas inférieure à 60 %, et les harmoniques d'ordre pair ne sont pas détectés De ce fait, on peut réaliser en pratique un détecteur de position plus efficace pour le corps tournant. L'invention est particulièrement efficace lorsqu'el- le est appliquée à la détection de la position d'un corps tournant utilisant un palier magnétique ou pneumatique, mais 2 2512544 elle n'est cependant pas limitée à ce cas La description qui précède porte sur un mode de réalisation de l'inven- tion Ainsi, en ce qui concerne le nombre de pôles magné- tiques, la direction de la culasse annulaire dans la direc- tion radiale, ou toute autre configuration, l'invention n'est pas limitée à la structure de ce mode de réalisation. On va maintenant expliquer en relation avec la figure 3 le circuit de traitement différentiel de l'in- vention. On désignera par la référence 301 un signal de détection de position provenant du pâle magnétique de la direction positive de l'axe X ou Y sur lequel est établi l'enroulement pour le circuit magnétique en forme U, et on désignera par la référence 302 un signal de détection de position provenant du pôle magnétique de la direction né- gative Un circuit 303 fournit la différence entre les si- gnaux 301 et 302 On considère l'axe X Si on suppose que chaque signal de sortie 301 et 302 lorsque le corps tour- nant est à la position initiale est égal à x, que le signal de sortie 301 devient x +,Ax lorsque le corps tournant est déplacé, et que le signal de sortie 302 devient x -ô x lors- que le corps est déplacé, le signal de sortie du circuit 303 devient 2 Z x, lorsque ce circuit calcule la différence entre les signaux de sortie 301 et 302 A ce moment, le niveau de sortie différentiel par rapport à l'axe Y est égal à zéro, du fait que la direction de l'axe Y est per- pendiculaire à la direction du mouvement selon l'axe X. Du fait que les signaux concernant les directions positive et négative de chaque axe sont prélevés indépen- damment dans le système classique, il y a une réduction et une variation de signal apparaît dans la composante per- pendiculaire à la direction de variation Conformément à l'invention, la valeur du signal de sortie concernant la composante variable devient deux fois plus grande que celle du système classique et les mêmes composantes de phase sont annulées On peut donc réduire le niveau de bruit et la com- posante variable dans la direction perpendiculaire n'est pas détectée. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent gtre apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'inventions REVENDICATIONS 1 l Dispositif destiné à détecter une position dans la direction radiale d'un corps tournant, caractérisé en ce qu'il comporte quatre pales magnétiques, avec des enroulements établis sur deux axes orthogonaux, et un circuit magnétique en U constitué par un p 6 le magnétique sans enroulement, par un pdle magnétique portant un enroulement et par une culasse annulaire, définissant au moins quatre p 6 les magnétiques à des positions symétriques par rapport aux axes orthogonaux, et un circuit magnétique est formé par l'utilisation de ce circuit magnétique en forme de U et d'un corps tournant. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un signal de détection de position est détecté de façon différentielle à partir des poles magnétiques portant un enroulement qui se font face mutuellement en direction ra- diale.