Brevet FR2581462A1 — publié le 19861107

CIRCUIT DE COMMANDE D'UN PALIER MAGNéTIQUE La présente invention concerne en général les paliers magnétiques actifs ou équivalents, et, plus précisément, le circuit de commande de l'alimen tation de chacun des enroulements de deux électro-aimants antagonistes d'un tel palier, inclus dans le circuit d'asservissement de la position d'un arbre au moyen d'un tel palier. Dans les paliers magnétiques actifs, la position du rotor est maintenue au moyen d'un circuit d'asservissement qui, à partir d'un écart détecté de position, commande la valeur de la tension appliquée aux bornes des enroulements des électro-aimants de façon à exercer des forces qui corrigent cet écart. Les forces exercées par les électro-aimants sont en première analyse proportionnelles au carré de l'intensité du courant circulant dans les enroulements, et il est habituel de disposer une boucle de contreréaction en courant. Toutefois, la force n'est proportionnelle au carré de l'intensité qu'après un retard transitoire dû aux courants induits par la variation du flux et moyennant une importante correction due à la variation des entrefers. Pour pallier à cet inconvénient, selon le brevet français 2 417 797 ou son équivalent US - 4 308 490, on injecte à l'entrée du circuit un signal dépendant des variations de l'entrefer du palier pour des fréquences élevées. La variation du flux dans l'entrefer est, en pratique, représentative de ce signal et peut donc être utilisée à sa place. Cependant, un tel système nécessite la mise en place d'un certain nombre de filtres ou de réseaux-correcteurs et, en outre, requiert la présence d'un enroulement additionnel disposé autour de chaque enroulement des électro-aimants, ce qui complique sensiblement les circuits et les rend plus coûteux. La présente invention a pour objet de pallier à ces inconvénients. Selon l'invention, le circuit de commande de l'alimentation de chacun des enroulements de deux électro-aimants antagonistes d'un palier magnétique actif, qui est inclus dans le circuit d'asservissement de la position d'un arbre au moyen de ce palier, caiprend un générateur de courant et au moins un capteur électro-mécanique de force, le générateur engendrant un courant dont l'intensité est réglée en fonction du signal délivré par le capteur, lequel est disposé sur la partie fixe du palier. De préférence, le générateur de courant est constitué par une source de tension continue équipée d'un hacheur dont la commande permet de faire varier l'intensité du courant dans les enroulements de 11 électro-aimant, une boucle de réaction étant prévue pour réguler le courant. De préférence encore, le capteur est constitué par une jauge extensan trique. Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un circuit d'asservissement de la position d'un arbre au moyen d'un palier magnétique actif comprenant deux électro-aimants antagonistes. Ce circuit comprend un capteur électro-magnétique de force disposé en regard de l'arbre, à l'extrémité de chaque électro-aimant, et les signaux issus des capteurs sont soustraits l'un de l'autre de manière à déterminer un signal représentatif de la mesure algébrique de la force globale exercée sur l'arbre par les électro-aimants. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit donnée à titre non limitatif pour illustrer l'inven- tion, et à laquelle une planche de dessins est annexée. La Figure 1 représente schématiquement le circuit de commande conforme à l'invention, mis en oeuvre dans une boucle d'asservissement d'un d'un palier magnétique, La Figure 2 représente schématiquement une variante du circuit de la Figure 1, La Figure 3 représente schématiquement une boucle d'asservissement mettant en oeuvre le circuit illustré Figure 1, La Figure 4 représente une variante correspondant au circuit illustré Figure 2. En référence maintenant à la Figure 1, on a représenté schématiquement le circuit de commande d'un palier magnétique actif agissant sur un arbre 14. Dans l'exemple représenté, le palier magnétique est constitué de deux électro-aimants 1,1' disposés face à face, et on a disposé un capteur de force, respectivement 3 et 3', sur les pôles, en regard de l'arbre 14. Ce capteur peut être, par exemple, une jauge piézo-électrique, une jauge magnéto-strictive ou une jauge extensométrique. I1 faut noter ici que si le capteur utilisé n'engendre aucun signal en absence de variation de position de l'arbre, il est nécessaire d'ajouter au signal émis par le capteur un signal correspondant à la force requise au repos du fait du poids de l'arbre. Ceci n'est pas le cas lorsque l'on utilise une jauge extensométrique. En fonction du décentrage de l'arbre 14, un régulateur 8 délivre un signal de référence de la force à appliquer à l'arbre pour le recentrer au moyen des électro-aimants 1 et 1'. Ce signal est appliqué à un répartiteur 13 qui dirige tout ou partie e ce signal vers les dispositifs de commande des électro-aimants 1 et 1' après comparaison avec les signaux issus des capteurs 3 et 3' en 61 et 62. A titre d'exemple, on peut réaliser cette répartition des signaux au moyen d'éléments unidirectionnels tels que les diodes 91 et 92 comme représenté à la Figure 3. I1 est également possible d'alimenter simultanément les deux électro-aimants, c'est-à-dire en appliquant à l'arbre 14 deux forces antagonistes, ce qui donne généralement plus de souplesse à ce type d'asservissement. De toute évidence, il peut être nécessaire que les signaux issus des cap teurs 3 et 3' soient modifiés au mayen d'un circuit non représenté sur cette Figure et appliquant une fonction de transfert déterminée. Chacun des générateurs de courant 4 et 4' est de préférence, constitué par une source de tension continue élevée, équipée d'un hâchèur dont la commande permet de faire varier très rapidement l'intensité du courant circulant dans l'enroulement de l'électro-aimant correspondant, malgré les tensions élevées éventuellement nécessaires et dues à l'inductance de l'enroulement de l'électro-aimant. Un tel générateur de courant permet de disposer d'une réserve importante de tension et de courant nécessaire dans certains cas. Le circuit de commande représenté schématiquement Figure 2, diffère de celui illustré Figure 1 par le fait qu'on obtient une mesure totale des forces exercées sur l'arbre 14 par les deux électro-aimants antagonistes 1 et 1', en opposant dans le soustracteur 10 les signaux délivrés par les capteurs 3 et 3'. On obtient alors une valeur algébrique qui donne donc le module et la direction de la force. Cette force mesurée est comçarée dans le carparateur 61 avec la référence de force fournie par le régulateur 8 en fonction du décentrage de l'arbre 14. Le signal d' écart est appliqué au répartiteur 13 pour commander les générateurs de courant 4 et 4' qui alimentent les électro-aimants I et 11. came précédemment, il est possible de remplacer le répartiteur 13 par des diodes 91 et 92 corne représenté à la Figure 4. En référence à la Figure 3 représentant schématiquement une boucle d'asservissement mettant en oeuvre des circuits de commande de l'alimentation conformes à l'invention, les capteurs de force sont représentés sous les références 31 et 32. Cette boucle se compose, en pratique, de deux sous-systèmes. Le premier sous-système est bien connu dans l'Art Antérieur. Il conporte un circuit 6 de détection de la position de l'arbre qui délivre un signal qui est appliqué à un comparateur 7 pour déterminer l'écart entre la position réelle et la position de référence. Le signal correspondant à cet écart est appliqué à un circuit de régulation 8 à action proportionnelle, intégrale et dérivée dont le but est de donneur au palier une raideur importante en fonctionnement statique, ainsi qu'une réponse très rapide en fonctionnement à fréquence élevée des variations de position de l'arbre, et une stabilité correcte en boucle fermée, Le second sous-ensemble comporte lui-même deux branches de manière à traiter séparément la partie négative et la partie positive du signal issu du circuit de régulation 8 et, par suite, à alimenter respectivement l'un ou l'autre des électro-aimants opposés d'un axe de régulation. Ce traitement séparé est illustré symboliquement par les diodes 91 et 92 respectivement disposées en série dans chacune des branches. Chaque branche carprend d'abord un comparateur 61, 62 auquel sont appliqués, d'une part le signal de référence issu du circuit de régulation 8 et, d'autre part, le signal engendré par le capteur de force 31, 32 levez tuellement après amplification ou modification (fonction de transfert) en 71,72. Le signal issu du comparateur 61, 62 est donc un signal représente tatif de l'écart entre la force de référence et la force réelle.Ce signal est appliqué à un circuit de régulation à action proportionnelle intégrale et dérivée 21,22 de manière à déterminer le signal utile pour la branche.La force magnétique résultant des électro-aimants 11, 12 étant proportionnelle au carré de l'intensité du courant circulant dans les enroulements correspondants, il est préférable d'utiliser un générateur de courant constitué par une source de tension élevée pourvue d'un hâcheur avec une boucle de contre-réaction en courant, représentée schématiquement en 41,42, et commandé par l'intermédiaire d'un circuit 51, 52 assurant la fonction racine carrée, la fonction inverse (l'élévation au carré réalisée par l'électro-aimant lui-même) étant symboliquement effectuée en 81, 82, pour que la boucle de force soit fermée. Sous la référence 9 est symboliquement représentée la force d'inertie et d'aocélération de l'arbre. Pour tenir compte du poids de l'arbre dans le palier, notamment lorsque l'on utilise comme capteur une jauge non extensanétrique, on peut ajouter aux comparateurs 61,62 un signal représentatif de ce poids. La Figure 4 représente schématiquement une boucle d'asservissement réalisée conformément au schéma de la Figure 2. Les mêmes références désignent les mêmes éléments que sur les autres figures. Dans le cas présent, le répartiteur 13 a été remplacé par les diodes 91 et 92. Le capteur extensométrique indique non seulement la force d'attraction de l'électro-aimant sur l'arbre, mais également les forces d'inertie dues aux vibrations. On peut réduire considérablement l'importance de ces dernières dans la mesure de la force, en plaçant les capteurs le plus possible vers l'extrémité de l'électro-aimant en regard de 11 arbre. En opposant les signaux des capteurs placés sur les électro-aimants antagonistes, on élimine les erreurs dues aux vibrations synchrones des deux électro-aimants, ainsi d'ailleurs que les effets de température. Le signal obtenu en 10 (Figures 2 et 4),différence des indications des deux capteurs, donne une mesure algébrique de la force, c'est-a-dire en module et en direction et c'est ce signal qui doit être appliqué au ccwparateur 61 (Figures 2 et 4). Bien que seul un mode de réalisation de l'invention ait été décrit, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 - Circuit de commande de l'alimentation de chacun des enroulements de deux électro-aimants antagonistes (1,1') de la partie fixe d'un palier magné tique actif, inclus dans le circuit d'asservissement de la position d'un arbre (14) au moyen dudit palier, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de courant (4,4') et au moins un capteur électro-magnétique de force (3,3'), ledit générateur (4,4') engendrant un courant dont l'intensité est réglée en fonction du signal délivré par ledit capteur (3,3'), lequel est disposé sur la partie fixe dudit palier. 2 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit générateur de courant (4) est constitué par une source de tension continue équipée d'un hâcheur dont la commande permet de faire varier l'intensité du cou rant dans l'enroulement de l'électro-aimant correspondant,une boucle de réaction étant prévue pour réguler le courant. 3 - Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit cap teur (3,3') est constitué par une jauge extensométrique. 4 - Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un amplificateur est disposé en série avec ledit capteur de manière à appliquer une fonc tion de transfert déterminée au signal délivré par ledit capteur. 5 - Circuit d'asservissement de la position d'un arbre (14) au moyen d'un palier magnétique actif camprenant deux électro-aimants (1,1') antagonis tes, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur électro-magnétique de force (3,3') disposé en regard de l'arbre (14), à l'extrémité de chaque électro-aimant, les signaux issus desdits capteurs (3,3') étant sous traits l'un de l'autre de manière à déterminer un signal représentatif de la mesure algébrique de la force globale exercée sur l'arbre (14) par lesdits électro-aimants.