Brevet FR2514889A1 — publié le 19830422

La présente invention concerne les gyroscopes, et plus particulièrement les gyroscopes suspendus par flexion, à deux axes. Une configuration de gyroscope selon la technique antérieure à laquelle se rapporte la présente invention est représentée sur la Figure 1 Dans l'agencement représenté, l'applicateur de couple du gyroscope comprend un volant 1 qui enferme un aimant unique 2, orienté radialement Une plaque de blindage 3, qui sert de chemin de retour sélectif, ferme partiellement l'extrémité ouverte de ce volant On peut faire en sorte que ce type de volant ait une inertie relativement faible et que des couples importants lui soient appliqués. Cependant, ces inconvénients sont que: il a des erreurs de non-linéarité de l'applicateur de couple relativement importantes, des erreurs d'hystérésis également importantes et une forte instabilité systématique. Les erreurs de non-linéarité sont dues principalement au champ magnétique engendré par le courant qui circule à travers la bobine 4 de l'applicateur de couple, champ qui tend à entratner la bobine à l'intérieur du volant. Cette force, appelée la force du solénoïde, est définie par l'équation F = K (NI) 2 d dans laquelle N est le nombre de spires de la bobine, I est l'intensité du courant, et d P/d O la variation de la perméabilité de la bobine par rapport au volant en fonction-de l'angle 6 Cette perméabilité magnétique de la bobine de l'applicateur de couple est importante dans ce modèle de gyroscope en raison du blindage. Les erreurs d'hystérésis sont dues aux niveaux importants de l'intensité du courant passant dans la bobine de l'applicateur de couple, courant qui aimante certaines impuretés magnétiques contenues dans la colle de la bobine, dans le fil métallique ou dans la forme de support 5 Une partie de cette aimantation subsiste, même lorsqu'aucun courant ne passe dans la bobine, et réagit avec le flux provenant de l'aimant en provoquant un couple Dans ce modèle de gyroscope, il existe une intensité de champ inévitablement plus grande, près de l'aimant et des blindages, qui augmente le couple, par rapport à un état équilibré de l'intensité du champ. L'instabilité systématique est due au couplage magnétique qui existe entre la bobine 4 de l'applicateur de couple et la bobine de retour sélectif 4 a Une partie du champ 7 engendré par la partie 6 de la bobine de l'applicateur passe à travers le chemin de retour du volant et à travers les pôles de retour sélectif 7 a Cela peut provoquer une modification du zéro de retour sélectif, ainsi qu'une erreur d'hystérésis. Dans la présente invention, le volant loge des ensembles d'aimants doubles, orientés radialement et espacés parallèlement, ce qui se traduit par une plus grande densité de flux à l'intérieur de l'entrefer utile, et par un moindre flux de dispersion électromagnétique dans cet entrefer Les aimants ainsi conformés ont également pour effet d'augmenter la densité du flux à l'intérieur de l'entrefer utile En utilisant un aimant double pour l'applicateur de couple, l'entrefer apparent entre une bobine d'application de couple et chacun de ses aimants correspondant représente la moitié de l'entrefer total, et la configuration du flux de dispersion électromagnétique est symétrique par rapport au centre de la bobine d'application de couple En raison de cette symétrie, les couples d'hystérésis qui sont dus aux particules d'impuretés aimantées par le courant de bobine et interagissant avec le champ de l'aimant sont réduits Cela est basé sur la probabilité que les particules magnétiques soient réparties symétriquement et que l'attraction exercée par l'aimant intérieur soit contrebalancée par l'attraction exercée par l'aimant extérieur D'autre part, en raison du moindre flux de dispersion électromagnétique, aucun blindage magnétique n'est nécessaire, et les extrémités du volant peuvent être ouvertes et recouvrir sensiblement la bobine de l'applicateur de couple de sorte que la force de solénoïde peut être sensiblement réduite. Le volant est inversé, ce qui isole et blinde complètement la bobine de retour sélectif des bobines de l'applicateur de couple Cela supprime complètement cette source d'erreur d'hystérésis et l'instabilité systématique du gyroscope. De plus, en utilisant un aimant double et un volant à extrémité ouverte, on a un grand espace libre entre la bobine de l'applicateur de couple et le volant,-ailleurs que dans la zone des aimants, étant donné que les aimants sont très proches du centre axial, les couples-sont réduits par suite de l'inclinaison du volant. Les objectifs et avantages susmentionnés de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre prise conjointement avec les dessins ci-joints, sur lesquels: La Figure 1 est une vue en coupe partielle représentant la section application de couple d'un gyroscope suspendu par flexion selon la technique antérieure; La Figure 2 est une vue en coupe du gyroscope selon la présente invention; et La Figure 3 est une vue en plan partielle d'un ensemble bobine d'applicateur de couple utilisé dans la présente invention. Comme le montre la Figure 2, le gyroscope selon l'invention se compose d'un volant 10, constitué d'un matériau magnétique très perméable, qui porte et enferme deux aimants annulaires 21 et 22 d'applicateur de couple, orientés radialement, et auxquels est fixée une plaque de retour sélectif 31 Le volant 10 est fixé à un ensemble 11 à charnière universelle qui est fixé à un arbre de palier 12, lequel tourne entre deux paliers 13 montés dans le logement 14 Un ensemble stator 15 entraîne le volant jusqu'à une vitesse réglée, par l'intermédiaire d'un rotor 40 Quatre poles de retour sélectif, répartis de 900 en 90 , et dont deux sont représentés ( 16 et 17), détectent l'inclinaison angulaire Il y a quatre bobines d'applicateur de couple, réparties de 90 en 900, dont trois sont représentées ( 18, 19 et 20) et qui, lorsqu'elles sont alimentées en courant électrique, délivrent un couple réglé en maintenant les pôles de retour sélectif dans le prolongement l'un de l'autre. Chaque bobine d'applicateur de couple ( 18, 19 et 20) est collée à des bagues partielles individuelles 23, dans les sections 24 et 25, et est de préférence encapsulée pour que l'on ait un ensemble uniforme Les différents ensembles de bobine 25 a sont montés sur une plaque 26 qui est elle-même montée sur une bague de support 27 dans la section 28 Ces parties 23, 26 et 27 sont constituées d'un matériau non magnétique ayant une grande conductivité thermique, comme le cuivre Un petit espace libre existe entre la bague 27 et le logement 14 La section 28 est sensiblement coplanaire avec le centre axial des aimants annulaires doubles 21 et 22. Le gyroscope est fermé hermétiquement par des couvercles 29 et 30 Ces couvercles, ainsi que le logement 14, sont de préférence constitués d'un matériau magnétique à haute perméabilité. On donne de préférence aux aimants 21 et 22 de l'applicateur de couple une forme permettant d'obtenir la densité maximale de flux à l'intérieur de l'entrefer utile entre les bobines de l'applicateur de couple et les aimants qui leur correspondent Les bagues 32, 33, 34 et 35 sont magnétiquement et thermiquement sensibles et compensent la baisse de la densité de flux des aimants par une augmentation de température. Les sections 36 et 37 du volant 10 se prolongent bien au-delà des aimants de façon à confiner le flux de dispersion électromagnétique provenant des aimants, et aussi de façon à réduire sensiblement la "force de solénoïde" susmentionnée. L'ensemble bobine 25 a d'applicateur de couple comporte quatre segments séparés et amovibles, alors que dans les appareils antérieurs on a un ensemble cylindrique moulé et plein d'une seule pièce Cela permet l'équilibrage des impédances, le réglage de l'alignement, et le choix des caractéristiques optimales. Le volant et l'applicateur de couple sont enfermés par la bague 27 et la plaque 26 qui réduisent les gradients thermiques résultant d'un échauffement rapide et de grandes vitesses d'application de couple La bague 27 est fixée au logement dans un plan passant par le centre des aimants de l'applicateur de couple Cela garantit que la position de la bobine de l'applicateur de couple ne change pas par suite de la température si la bague de support est en cuivre, comme la bobine. On peut apporter à cette forme de réalisation des variations concernant certaines parties des caractères décrits Par exemple, dans une version à bon marché dans laquelle les performances sont moins importantes, on pourrait utiliser un volant inversé utilisant un seul aimant Dans une version comme celle-ci, on pourrait supprimer la plaque de retour sélectif en utilisant la face du volant de l'applicateur de couple comme chemin de retour. On peut également réaliser une version comportant un aimant double, avec l'applicateur de couple et la plaque de retour sélectif du même côté. On peut encore réaliser l'ensemble applicateur de couple sans ses quatre segments séparés, mais monté sur une bague commune. Les avantages de la présente invention sur les appareils de la technique antérieure peuvent être résumés comme suit: Le volant loge des aimants annulaires doubles 21 et 22, orientés radialement et espacés parallèlement, ce qui se traduit par une plus grande densité de flux à l'intérieur de l'entrefer utile, et par un moindre flux de dispersionélectro- magnétique La forme spéciale des aimants permet également d'augmenter la densité du flux à l'intérieur de l'entrefer utile. Du fait de l'utilisation d'un aimant double, l'entrefer apparent de chaque aimant est égal à la moitié de l'entrefer total, et la configuration du flux de dispersion électromagnétique est symétrique par rapport au centre de la bobine, comme représenté par le repère numérique 38 de la Figure 2 En raison de cette symétrie, les couples d'hystérésis qui sont dus aux particules d'impuretés aimantées par le courant de bobine et interagissant avec le champ des aimants sont réduits Cela est basé sur la probabilité que les particules magnétiques soient réparties symétriquement et que la traction exercée par l'aimant intérieur soit contrebalancée par la traction exercée par l'aimant extérieur De plus, en raison du moindre flux de dispersion électromagnétique, on n'a pas besoin d'un blindage magnétique, et les extrémités du volant peuvent être ouvertes et recouvrir sensiblement la bobine de l'applicateur de couple, de sorte que la force de solénoïde peut être sensiblement réduite. Le volant est inversé, ce qui isole et blinde complètement la plaque de retour sélectif des bobines de l'applicateur de couple Cela élimine complètement cette source d'erreur d'hystérésis, ainsi que l'instabilité systématique du gyroscope. D'autre part, en utilisant un aimant double et un volant à extrémités ouvertes, l'espace libre entre la bobine de l'applicateur de couple et le volant est grand, sauf dans la zone des aimants Etant donné que les aimants sont très proches du centre axial, les couples résultant de l'inclinaison du volant sont réduits. REVENDICATIONS 1 Gyroscope suspendu par flexion, caractérisé en ce qu'il comprend: un logement un volant à extrémités ouvertes placé dans ce logement; un certain nombre de bobines d'applicateur de couple disposées symétriquement à l'intérieur de ce volant un certain nombre de paires d'aimants d'applicateur de couple orientés radialement et espacés parallèlement, placés à l'intérieur du volant, les deux aimants de chaque paire étant équidistants de chaque bobine correspondante; et des moyens de montage des aimants du volant et des bobines sur le logement pour garantir que les bobines ne sont pratiquement pas déplacées par suite de la température. 2 Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de aaptage permettant de détecter l'inclinaison angulaire du gyroscope, et dans lequel une extrémité fermée du volant est située à proximité du moyen de captage, isolant ainsi les bobines du moyen de captage. 3 Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de montage est constitué d'un métal qui réduit au minimum les gradients thermiques résultant d'un échauffement rapide du gyroscope et de vitesses importantes d'application de couple. 4 Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aimants de l'applicateur de couple ont une forme saillante afin d'augmenter au maximum la densité du flux à l'intérieur de l'entrefer entre les aimants et une bobine correspondante, tout en réduisant au minimum le flux de dispersion électromagnétique. Gyroscope selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de montage est constitué d'un métal qui réduit au minimum les gradients thermiques résultant d'un échauffement rapide du gyroscope et de vitesses importantes d'application de couple. 6 Gyroscope selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits aimants de l'applicateur de couple ont une forme saillante afin d'augmenter au maximum la densité du flux à l'intérieur de l'entrefer entre les aimants et une bobine correspondante, tout en réduisant au minimum le flux de dispersion électromagnétique. 7 Gyroscope selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de montage est constitué d'un métal - qui réduit au minimum les gradients thermiques résultant d'un échauffement rapide du gyroscope et de vitesses importantes d'application de couple, et en ce que les aimants de l'applicateur de couple ont une forme saillante pour augmenter au maximum la densité du flux à l'intérieur de l'entrefer entre les aimants et une bobine correspondante, tout en réduisant au minimum le flux de dispersion électromagnétique.