Brevet FR2599181A1 — publié le 19871127

TRANSFORMATEUR TOURNANT POUR ALIMENTER UN DETECTEUR DE POSITION INDUCTIF A HAUTE RESOLUTION ET APPLICATION DUDIT TRANSFORMATEUR. La présente invention se rapporte à un transfors ateur tournant pour alimenter un ddtecteur de position inductif à haute résolution, comportant un rotor et un stator en m atériau m agnétique qui portent chacun un bobinage et tournent l'un par rapport à l' autre autour d'un axe de rotation. Le bobinage statorique est excité par une tension alternative qui induit dans le bobinage rotorique une force dlectromotrice de même fréquence. C ette force électro m otrice est applique au rotor du capteur de position inductif proprement dit. Cette technologie évite l'utilisation de contacts électriques glissants. Le matériau magnétique utilisé dans ce type de transformateur doit posséder une résistivité électrique suffisante c' est-à-dire adaptée à la fréquence d' excitation ; en effet, plus la fréquence est élevée, plus la résistivité (inverse de la conductivité) du m matériau doit être élevée pour permettre un bon couplage et de faibles pertes magnétiques. Dans le brevet frangeais 2 521 766, le m matériau utilisé pour constituer le transformateur est un alliage d' acier doux. n convient à des applications à faible fréquence d' excitation jusqu' à 400 Hz typiquement du fait de sa faible résistivité (50 11 Q. cm). Plus la f réquence d' excitation est élevée meilleure est la précision obtenue sur la position de 1' arbre tournant jusqu' à des vitesses élevées compatibles avec des utilisations sur des axes situés au primaire de réducteurs à rapport de réduction important. En pratique une fréquence de l'ordre de 10 k Hz permet de satisfaire le cahier des charges de m esure de la position pour le positionne m ent précis des axes d'automatismes industriels (robots, machinesoutils, machines spéciales). On utilise dans ce cas des tôles de faible épaisseur (0,1 à 0,2 mm) au ferro-silicium judicieusement assemblées afin d'offrir le plus faible trajet de réluctance possible au flux magnétique et la plus forte résistance à la circulation des courants de Foucault perpendiculaires au flux. Plus réce m m ent on a utilisé des matériaux frittés à résistivité très élevée (plusieurs ohm.m) notamment de type ferrites de nickel-zinc, zinc-aluminium, strontium ou baryum et de perméabilité élevée (de 5000 à 10000 fois la perméabilité de l'air). Les deux technologies précitées sont coûteuses en assemblage pour la première, en procédé de frittage et d' usinage pour la seconde. L' invention consiste dans la ddcouverte que contre toute attente un matériau de faible résistivité électrique (de l' ordre de 200 microhm.cm) permet la réalisation d'un transformateur tournant destiné à l'alimentation d' un détecteur de position angulaire dans des systè m es excités à fréquence élevée (.jusqu' à 10 ou 20 kHz). L' utilisation de ce m matériau conduit à des caractéristiques m agnétiques et électriques suffisantes en assurant un bon couplage magndtique sans courants de Foucault gênants. Par ailleurs ce m matériau est très bon marche, son usinabilité est très bonne et sa résistance aux contraintes mécaniques (torsion, traction) est très supérieure à celle d' ensembles hétérogènes co m posés de tôles assemblées ou de ferrites de tous types. Le transformateur selon 1' invention est caractérisé par le fait que le stator et le rotor sont réalisés en fonte ferritique ayant une teneur élevés en silicium. L'invention va maintenant etre décrite avec plus de ddtails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins sur lesquels - la figure 1 représente un transformateur tournant selon l' invention à 4tat monté ; - la figure 2 représente un transformateur tournant couplé à un ddtecteur de position de type inductif. En se référant aux dessins, le transformateur se con pose d'une bague extérieure 1 annulaire et d' une bague intérieure 2 annulaire se logeant à l' intérieur de ladite bague extérieure. L' une des bagues est fixe et constitue le stator tandis que l' autre bague est rotative et constitue le rotor. A titre indicatif la bague extérieure 1 constitue le stator, la bague intérieure 2 constituant le rotor. Cette bague intérieure 2 est engagée sur un arbre rotatif 3 qui l' entraîne en rotation autour de l'axe 31. La bague interne 2 est pourvue du côté extérieur d' un logement annulaire qui contient un bobinage 4 de forme annulaire. La bague extérieure 1 est pourvue, du côté intérieur, d' un logement annulaire qui contient un bobinage 5 de forme annulaire. Les bobinages 4 et 5 sont liés à leurs bagues respectives de m anière à tourner r un par rapport à l' autre et sont disposés en vis-à-vis. La bague extérieure 1 comporte une rondelle latérale 1 1 qui s' engage dans un épaulem ent d' une pièce de forme 12. Après mise en place du bobinage 5, la rondelle 11 est fixée sur la pièce de forme 12. De me me la bague intérieure 2 comporte une rondelle latérale 21 qui s'engage dans un épaulement d'une pièce de forme 22. Après mise en place du bobinage 4, la rondelle 22 est fixée sur la pièce de forme 22. Le stator 1 et le rotor 2 sont réalisés en fonte ferritique ayant une teneur élevée en silicium supérieure à 6 % en poids. Elle contient, en poids, 2 à 3 % de carbone, 6 % à 7 % de silicium, de 0 à 7 % de manganèse. La perm éabilité magn8tique est de l'ordre de 1000 à 2000 fois la perm éabilité de l'air. La résistivité électrique est de l'ordre de 200 microhm.cm. Le stator et le rotor sont obtenus directement par moulage de précision, en grande série. Selon les tolérances requises, une reprise d'usinage superficielle est faite éventuellem ent sur les faces d' appui et les chambres. L' application du transformateur selon l'invention consiste dans 1' alim entation d' un détecteur de position inductif. Dans la réalisation représentée par la figure 2 le transformateur désigné 6 est couplé à un détecteur de position inductif 7 de type résolver. Ce détecteur se compose d'un stator 8 et d'un rotor 9. Le stator 8 est solidaire, con me le stator 1 du transformateur, d'une pièce 10. Le rotor 9 est solidaire, comme le rotor 2 du transformateur, de l'arbore rotatif 3. La fixation des stators 1 et 8 peut par exemple être réalisée par collage. Le stator 1 du transformateur est alimenté par des fils 51 et le rotor 2 du transformateur est connecté au rotor 9 par des fils 41. L' ensemble de mesure formée par le transformateur tournant et le détecteur inductif mesure la position angulaire de l' arbre 3 tournant à des vitesses élevées. C et arbre peut entre couplé à l' arbre primaire d' un réducteur tournant à des vitesses supérieures à 1000 tours/minute, comme cela est le cas sur les auto n atis mes industriels. REVENDICATIONS 1. Transformateur tournant constitué par un rotor (2) et un stator (1) en matériau magnétique qui portent chacun un bobinage (4, 5) et tournent l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (31), caractérisé par le fait que ledit rotor (2) et ledit stator (1) sont réalisés en fonte ferritique ayant une teneur élevée en silicium. 2. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la teneur en silicum est comprise entre 6 et 7 % en poids. 3. Application du transformateur selon l' une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le transformateur est couplé à un détecteur de position inductif (7).