Brevet FR2577680A1 — publié le 19860822

:1.. DISPOSITIF DE MESURE DE L'INDUCTION DANS L'ENTREFER D'UN PALIER MAGNETIQUE. La présente invention concerne un dispositif de mesure de l'induction dans l'entrefer d'un palier magnétique comprenant une armature de rotor en matériau ferromagnétique, un stator constitué d'une part d'une carcasse en matériau ferromagnétique définissant une succession de pôles et d'encoches dans sa partie située en regard de l'armature de rotor et d'autre part de bobines d'électro-aimants disposées dans les encoches de ladite carcasse, et un entrefer situé entre le rotor et le stator. Dans un palier magnétique actif, le courant d'excitation des électroaimants de stator est asservi à partir des signaux de détection délivrés par des détecteurs qui mesurent à chaque instant les déplacements du rotor de palier par rapport au stator, afin de maintenir le rotor dans une position prédéterminée. La force portante d'un palier magnétique est proportionnelle au carré de l'induction magnétique dans l'entrefer du palier et à la surface active utile du circuit magnétique du palier. Il est souvent utile d'effectuer une mesure précise de la force d'un palier. C'est par exemple le cas lorsque l'on souhaite mesurer la force de traction d'une tôle reposant sur des paliers magnétiques. Dans ce cas, la détermination de l'induction magnétique nécessaire à la détermination de la force portante est effectuée par un calcul qui prend en compte le résultat de différentes mesures notamment de l'entrefer et du courant d'excitation des électroaimants du palier. Cette méthode ne peut cependant pas tenir compte du champ rémanent des électro-aimants. L'erreur ainsi introduite reste relativement faible, mais devient non négligeable pour certaines applications. La présente invention vise précisément à remédier aux inconvénients précités et à réaliser une mesure directe de l'induction dans l'entrefer d'un palier magnétique, afin notamment de permettre une détermination précise de la force d'attraction du palier. L'invention a encore pour but de permettre une mesure d'induction magnétique sans qu'il soit nécessaire de disposer des éléments de mesure sur le rotor et donc d'utiliser des collecteurs pour prélever des signaux qui seraient délivrés par ces éléments de mesure. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de mesure de l'induction dans l'entrefer d'un palier magnétique qui, conformément à l'invention, comprend un ensemble de petites encoches de faible largeur réalisées dans le sens longitudinal du rotor et réparties à la périphérie de celui-ci, un ensemble de petites bobines disposées dans les faces d'extrémité des pôles de la carcasse de stator situées en regard du rotor, parallèlement auxdites petites encoches, et des moyens de détection de la S15 tension alternative induite dans chaque petite bobine du fait du passage des petites encoches du rotor en face desdites petites bobines. Selon une caractéristique particulière, les petites bobines disposées dans les pôles de la carcasse de stator et les petites,encoches réalisées à la périphérie du rotor sont inclinées par rapport à l'axe de rotation du rotor. Selon une autre caractéristique particulière, qui permet d'éviter une modulation de l'induction mesurée, la distance entre deux petites encoches adjacentes correspond à la largeur d'un pôle de la carcasse de stator. La largeur des petites bobines disposées dans les pôles de la carcasse de stator est sensiblement égaie à la largeur des petites encoches réalisées à la périphérie du rotor. Avantageusement, pour ne pas affecter la capacité de charge du palier tout en conservant une bonne sensibilité de mesure, la largeur des petites bobines et des petites encoches correspond environ au dixième de la largeur d'un pôle de la carcasse de stator. Selon un mode particulier de réalisation, les petites bobines sont rapportées par collage sur les faces d'extrémité des -77680 pôles de la carcasse de stator. Selon un autre mode de réalisation, les petites bobines sont disposées dans de petites encoches réalisées dans les faces d'extrémité des pôles de la carcasse de stator. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, faite en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe perpendiculaire à l'axe d'un palier magnétique actif radial incorporant le dispositif de mesure d'induction selon l'invention, - la figure 2 est une vue développée de dessus de la surface extérieure du rotor du palier de la figure 1, - la figure 3 est une vue de pôles du stator du palier de la figure 1, selon la ligne III-III de la figure 1, - - la figure 4 est une vue de détail d'un pôle de stator en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3, et, - la figure 5 est une variante de réalisation du pôle de stator de la figure 4. La figure 1 représente une partie d'un palier magnétique actif radial comprenant un stator 1 constitué par une culasse 10 définissant des encoches 11 et des pièces polaires 12, et des enroulements d'électroaimant 13 disposes autour des pièces polaires 12 dans les encoches 11. La culasse 10 est réalisée par un empilement de tôles ferromagnétiques perpendiculairement à l'axe du palier, c'est-à-dire parallèlement au plan de la figure 1. Le stator 1 est coaxial à un rotor 2 constitué par une armature en matériau ferromagnétique feuilleté, qui délimite avec les pôles 12 un entrefer de largeur E. La structure de base d'un palier magnétique actif est bien connue et ne sera pas décrite de façon détaillée. On notera cependant que le rotor 2 peut être disposé soit à l'intérieur du stator 1, comme représenté sur la figure 1, la surface cylindrique externe 21 du rotor 2 faisant face aux surfaces terminales 121 des pièces polaires 12 du stator 1, soit à l'extérieur du stator 1. Dans ce dernier cas, les pièces polaires 12 du stator 1 sont tournées vers l'extérieur et c'est la surface cylindrique interne du rotor annulaire qui est située en regard des surfaces terminales des pièces polaires 12 du stator 1. La capacité de charge d'un palier magnétique est proportionnelle au carré de 1' induction magnétique dans l'entrefer et à la surface active utile. La surface active utile est constituée par la somme des surfaces des faces terminales des pôles 12 du circuit magnétique de stator et est donc proportionnelle au diamètre D du rotor à l'entrefer et à la largeur L du palier magnétique. La surface active utile étant constante pour un palier magnétique donné, la force d'attraction du palier, qui est la résultante des forces d'attraction des différents électro-aimants constitués par des paires de pôles 12 adjacents de polarités opposées et les bobinages correspondants, est donc proportionnelle à l'induction magnétique dans l'entrefer du palier. Dans un palier magnétique, le circuit de flux des électro- aimants est tel que la plus grande partie de l'énergie de magnétisation se trouve dans l'entrefer. Si par ailleurs Ies perméabilités relatives des tôles magnétiques du rotor et du stator sont élevées, on peut considérer que, pour un entrefer donné, l'induction magnétique est proportionnelle à l'intensité I du courant circulant dans les enroulements 13 des électro-aimants de stator. Dans ce cas, la mesure de l'intensité I du courant d'excitation des électro-aimants de stator, combinée à une mesure précise de la valeur de l'entrefer, permet de déterminer la force d'attraction du palier. Une telle mesure de force repose ainsi sur une détermination indirecte de la valeur de l'induction magnétique dans l'entrefer. Malgr6 sa commodité, cette méthode n'est pas entièrement satisfaisante pour certaines applications, ou - nécessite l'introduction de facteurs de correction, et ne tient pas compte du champ rémanent des électro-aimants. Le palier magnétique selon l'invention est ainsi équipe d'un dispositif de mesure directe de l'induction magnétique dans l'entrefer du palier, et par suite permet de déterminer de façon particulièrement fiable la force portante du palier. Ce dispositif de mesure d'induction comprend essentiellement un ensemblede petites bobines 32 placées sur le stator 1 et coopérant avec de petites encoches 31 réalisées sur la surface cylindrique 21 de l'armature 20 du rotor qui délimite l'entrefer 4 du palier. Chaque face terminale 121 d'une pièce polaire 12 du stator 1 comporte une petite bobine 32 et le nombre des petites encoches 31 réalisées sur le rotor 2 est égal au nombre total de petites bobines 32, et donc des pôles du stator 1. Les petites bobines 32 et les petites encoches 31 sont disposées dans le sens longitudinal du palier (figures 2 et 3), mais sont cependant inclinées d'un même angle X par rapport à l'axe de rotation X'X du palier, d'une façon analogue aux encoches réalisées dans le rotor d'un moteur inductif qui sont inclinées par rapport à l'axe de rotation de ce rotor. La distance d qui sépare deux encoches successives 31 du rotor est égale à la largeur 1 d'un pôle 12 du stator 1. On évite ainsi tout phénomène de modulation du signal délivré par les petites bobines 32. En fonctionnement, à chaque passage d'une petite encoche 31 sous une petite bobine 32, une tension alternative est induite dans cette petite bobine 32. Compte tenu du fait que les caractéristiques géométriques de chaque petite bobine 32 sont bien déterminées, la tension alternative produite au passage d'une encoche 31 sous la bobine 32 est proportionnelle à l'induction magnétique dans l'entrefer 4. En prélevant les signaux disponibles aux bornes des - différentes petites bobines 32 disposées sur les différents pôles 12 du stator 1 lorsque la rotation du rotor 2 fait passer des encoches 31 en regard desdites petites bobines 32, on peut ainsi obtenir une valeur proportionnelle à l'induction magnétique B et en déduire la valeur de la force du palier. La largeur a d'une encoche 31 correspond à la largeur b d'une bobine 32. Avantageusement, on choisit des largeurs a, b d'encoche et de bobine qui correspondent environ au dixième de la largeur 1 d'un p5le 12. Ceci permet de ne pas réduire sensiblement la capacité de charge du palier tout en conduisant à des tensions induites aux bornes des petites bobines 32 qui sont suffisamment importantes pour assurer une mesure d'induction fiable et sensible. Chaque petite bobine 32 peut être insérée dans de petites encoches 132 réalisées dans la face terminale 121 des pièces polaires 12 du stator (figure 4). Toutefois, selon une variante, les petites bobines 32, dont l'épaisseur est bien inférieure à la largeur E de l'entrefer moyen 4, sont simplement rapportées sur les faces terminales 121 des pièces polaires 12 et sont fixées sur ces faces 121 par exemple par l'intermédiaire d'une petite couche de colle 232. La fixation des petites bobines de mesure 32 est facilitée par le fait que le diamètre d'un palier magnétique au niveau de l'entrefer 4 est en général relativement important. On notera que le dispositif décrit ci-avant n'exige aucun contact tournant dans la mesure o toutes les bobines sont placées sur le stator 1, qu'il s'agisse des enroulements 13 d'électro- aimantsdu palier ou des petites bobines 32 de prélèvement de signal. Par suite, la réalisation pratique est particulièrement simple et la fiabilité est importante. Un palier magnétique équipé du dispositif de mesure d'induction selon l'invention peut être utilisé par exemple dans le cadre de l'application décrite dans la demande de brevet français 83 18435 déposée le 18 novembre 1983 et intitulée: "Dispositif de mesure de la tension longitudinale d'une bande de matériau." Dans cette application, qui peut concerner par exemple la mesure des forces de traction dans un laminoir, la mesure de l'induction dans l'entrefer d'un palier conformément à la présente invention peut être substituée à la mesure du courant dans les enroulements du palier magnétique actif servant de détecteur d'effort pour délivrer un signal fonction de l'effet de traction exercé sur la bande de matériau en appui sur un rouleau monté sur ledit palier magnétique actif. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de l'induction dans l'entrefer d'un palier magnétique comprenant une armature (20) de rotor (2) en matériau ferromagnétique, un stator (1) constitué d'une part d'une os05 carcasse (10) en matériau ferromagnétique définissant une succession de p6les (12) et d'encoches (11) dans sa partie située en regard de l'armature (20) de rotor (2) et d'autre part de bobines d'électro-aimants (13) disposées dans les encoches (11) de ladite carcasse (10), et un entrefer (E) situé entre le rotor (2) et le stator (1), c a r a c t é r i s é en ce qu'il comprend un ensemble de petites encoches (31) de faible largeur réalisées dans le sens longitudinal du rotor (2) et réparties à la périphérie (21) de celui-ci, un ensemble de petites bobines (32) disposées dans les faces d'extrémité (121) des p8les (12) de la carcasse (10) de stator siluées en regard du rotor, parallèlement auxdites petites encoches (31), et des woyens de détection de la tension alternative inrduite dcans dchaas petite bobine (32) du fait du U.assage des pe'tites encches (31) & rotor en face desdites patires bobines (32) 2o Dispoesitif se!on la reven iction!, caractérisé en ce que les L titee bobinas 32) di3spe3s dans les p8tes (12) de la c,a''se (10) de.tae.2 et les eztites encoches (31) réalises à la périphérie (21! du rotor i(2) sent inclinées par rapport à l'axe de rotation du rotor (2) 3 Distoiif selon la rvedcation 1 cu la revendication 2, a:ccris en ce que la óistance ], D!spositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3S caractérisg en ce que ia!aour (b) des patites bobines (32) dispéss ders les pSles (12) des la carcasse (10) de stator est se.nr --l-!e:nt igale à la largeur (a) des petites encoches (31) rea!isée à la périphérie (21) du rotor (2). 5o Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur (a,b) des petites bobines (32) et des petites encoches (31) correspond environ au dixième de la largeur (1) d'un pô1e (12) de la carcasse (10) de stator. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les petites bobines (32) sont rapportées par collage sur les faces d'extrémité (121) des pôles (12) de la carcasse (10) de stator. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que les petites bobines (32) sont disposées dans de petites encoches (132) réalisées dans les faces d'extrémité (121) des pôles (12) de la carcasse (10) de stator. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la mesure de la force de traction dans les laminoirs.