Brevet FR2589231A1 — publié le 19870430

L'invention est relative aux dispositifs destinés à détecter ou capter avec précision les déplacements angulaires des arbres rotatifs. Elle s'applique plus particulièrement. mais non exclusivement, au cas où l'arbre concerné est soumis à des vibrations et est situé dans un milieu pollué, comme c'est le cas par exemple des arbres rotatifs des actionneurs destinés à régler les positions longitudinales des crémaillères commandant les pompes d'injection de certains moteurs Diesel de grande puissance. Les détecteurs de déplacements angulaires actuellement proposés sur le marché ne permettent pas de résoudre ce problème de manière fiable en raison notamment des usures par frottement pour les capteurs potentiométriques et de l'encrassement pour les capteurs optiques. L'invention permet de résoudre le problème indiqué d'une manière précise et durable. A cet effet, les détecteurs angulaires selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comportent - un détecteur de proximité, notamment du type inductif, monté rigidement sur une ossature rigide solidaire du support de l'arbre rotatif de façon telle que sa tëte soit orientée selon une direction Y s'étendant radia lement par rapport à l'axe X dudit arbre et qu'il puisse ainsi détecter la distance entre cette tête et une cible métallique disposée en regard de ladite tête selon la direction Y, - et une cible métallique solidaire de l'arbre rotatif et disposée en regard de la tête du détecteur selon la direction Y, cible constituée par une plaquette metal lique d'épaisseur constante incurvée selon un tronçon de cylindre de génératrices parallèles à l'axe X et dont la directrice est un arc de spirale, de préfé rence un arc d'une spirale d'Archimède d'axe X. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va decrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. Les figures 1 et 2, de ce dessin, montrent respectivement en vue latérale, portion coupée selon I-I, figure 2, et en vue en bout, couvercle ôté, un détecteur angulaire établi selon l'invention. L'arbre rotatif 1 dont on désire détecter les positions angulaires est monté, par l'intermédiaire de paliers 2 équipés notamment de roulements, dans un boitier rigide 3. Les rotations de cet arbre 1 peuvent être commandées de toute manière désirable et être exploitées à toutes fins désirables. Dans une application intéressante, l'arbre rotatif est celui d'un actionneur électromagnétique télécommandé associé à un mécanisme propre à transformer ses rotations en translations en vue de régler une pompe d'injection de moteur Diesel. On prolonge axialement le boitier 3 par une bride 4 vissée sur ce boitier à l'aide de vis 5 et équipée d'une entretoise transversale 6 fixée sur elle à l'aide de vis 7. Un detecteur de proximité 8 est monté sur l'entretoise 6, à l'intérieur de la bride 4, en une position telle que 1 axe Y de la tete 9 de ce détecteur soit orienté radialement par rapport à l'axe X de l'arbre 1. Pour que la position de la tête 9 selon l'axe Y puisse être ajustée avec précision, on a recours à deux écrous 10, 11 propres à être vissés sur le corps fileté 12 du detecteur 8 et à enserrer entre eux la portion centrale de l'entretoise 6, laquellee-st traversée par ledit corps. Le détecteur de proximité considéré est d'un type connu exploitant une variation d'impédance engendrée par des courants de Foucault. Plus précisément ce détecteur comprend une bobine électrique propre à engendrer à la sortie de la tete 9, selon l'axe Y, un champ magnétique alternatif à haute fréquence. Si une cible conductrice se présente alors dans ce champ. celui-ci induit des courants de Foucault dans ladite cible et ces courants modifient à leur tour l'impédance de la bobine. Ces variations d'impédance, après démodulation et linéarisation, sont transformées en une tension continue qui est proportionnelle à la distance d entre la tête 9 et la cible. On constitue ici une telle cible par une plaquette métallique 13 solidarisée avec l'arbre 1 par un prolongement 14 en forme de secteur circulaire. Ce prolongement 14 se termine du côté de l'arbre~ 1 par une rondelle 15 vissée sur un bout de cet arbre par un écrou 16 et calée angulairement sur ledit arbre à l'aide d'une goupille excentrée 17. Quant à la plaquette 13, elle présente la forme d'une tuile d'épaisseur constante dont la surface moyenne est incurvée selon un tronçon de cylindre défini comme suit : ses génératrices sont parallèles à l'axe X et sa directrice est un arc d'une spirale d'Archimède ayant son centre O sur l'axe X. On rappelle qu'une telle spirale de centre O est la trajectoire plane décrite par un point M se déplaçant uniformément sur une demi-droite ayant son origine en O quand cette demi-droite tourne d'un mouvement uniforme dans le plan concerné autour du centre O : quand cette demi-droite parcourt un angle de, la distance entre le point M et le centre 0 croit d'une quantité dR qui est égale à kid8, k étant un coefficient constant de proportionnalité. En d'autres termes, dans le montage décrit, tout déplacement angulaire de de la cible 13 autour de 1 axe X est rigoureusement proportionnel au déplacement rectiligne dR, compté le long de l'axe Y, du point P où la face interne de ladite cible 13 coupe cet axe Y. Il suffit donc de détecter ce déplacement dR pour connaitre le déplacement angulaire de correspondant, et c'est précisément le rôle du montage ci-dessus. En effet, tout déplacement angulaire de l'arbre 1 autour de son axe X se traduit par un déplacement angulaire identique de la cible 13 par rapport au détecteur 8, lequel se traduit à son tour par un éloignement ou un rapprochement du point P par rapport à la tete 9 du détecteur, et les tensions continues élaborées par ce dernier en fonction des variations de distance entre la tête 9 et le point P sont directement proportionnelles aux déplacements angulaires à détecter de l'arbre 1. A titre purement illustratif et bien entendu uniquement limitatif de l'invention, on indique que, dans un mode de réalisation de celle-ci ayant donne toute satisfaction, - la cible était constituée par une plaquette en acier doux, - l'épaisseur constante de cette cible était de 1,5 mm, - son étendue angulaire autour de l'axe X était de l'ordre de 60 - son rayon maximum était de l'ordre de 40 mm, - et la différence entre ses rayons extrêmes était de l'ordre de 5 mm. Le détecteur angulaire ainsi obtenu est particulièrement précis, fiable et robuste : en particulier, il est insensible aux vibrations et aux encrassements. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes , notamment celles où la spirale selon laquelle s'étend la directrice de la cible serait autre qu'une spirale d'Archimède. A titre d'exemple non limitatif, une telle autre spirale pourrait être une spirale logarithmique ; on rappelle qu'une spirale logarithmique de centre Ouest la trajectoire plane décrite par un point M se déplaçant autour du point 0 en s'écartant progressivement de ce point O de façon telle que la tangente à cette trajectoire au point M demeure inclinée d'un angle constant sur la demidroite OM ; si on appelle R et e les coordonnées polaires du point M, c'est-à-dire respectivement la longueur OM et l'angle compris entre l'axe d'origine des coordonnées et la demi-droite OM, ces coordonnées sont reliées par la relation R = Ae BO, dans laquelle A et B sont des constantes, Dans ces cas de spirales autres que la spirale d'Archimède, la relation entre la tension délivrée par le capteur 8 et le déplacement angulaire de l'arbre rotatif 1 n'est plus linéaire : elle est exponentielle dans l'hy prothèse de la spirale logarithmique. I1 faut donc prévoir des moyens spéciaux de calcul ou de comparaison après étalonnage pour rétablir la linéarité. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour détecter les déplacements angulaires d'un arbre rotatif (1), caractérisé en ce qu'il comprend - un détecteur de proximité (8) monté rigidement sur une ossature rigide (4) solidaire du support -(3) de l'arbre rotatif de façon telle que sa tête (9) soit orientée selon une direction Y s'étendant radialement par rapport à l'axe X dudit arbre et qu'il puisse ainsi détecter la distance entre cette tête et une cible métallique dis posée en regard de ladite tête selon la direction Y, - et une cible métallique (13) solidaire de l'arbre rota tif et disposée en regard de la tête du détecteur selon la direction Y, cible constituée par une plaquette métallique d'épaisseur constante incurvée selon un tron çon de cylindre de génératrices parallèles à l'axe X et dont la directrice est un arc de spirale. 2. Dispositif de détection angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la spirale est une spirale d'Archimède d'axe X. 3. Dispositif de détection angulaire selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que son détecteur de proximité (8) est d'un type inductif propre à exploiter la formation, dans la cible (13), de courants de Foucault engendrés par un champ magnétique à haute fréquence. 4. Dispositif de détection angulaire selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le détecteur de proximité (8) est monté sur l'ossature rigide (4) de façon telle que sa position radiale par rapport à l'axe X de l'arbre rotatif (1) puisse être ajustée par vissage.