Brevet FR2621114A1 — publié le 19890331

Dispositif pour la mesure sans contact de la position d'une première pièce par rapport à une seconde pièce La présente invention a trait à un dispositif pour la mesure sans contact de la position d'une première pièce par rapport à une seconde pièce ferromagnétique dans une direction tangente à la surface les séparant, à travers celle-ci, et indépendamment des variations de la position dans une direction normale à cette surface. En particulier la première pièce est liée à un essieu ferroviaire et la seconde pièce est l'un des rails de la voie sur laquelle roule cet essieu, la mesure étant transversale à l'axe de la voie. On remarque que dans ce cas, à cause des aiguillages, appareils de voie, passages à niveau, etc., il est difficile de mettre un capteur sous le plan de roulement, et que les vitesses de dépla- cement élevées requièrent un capteur sans contact. Avec une paire de ces dispositifs, devant et derrière une roue de l'essieu, on peut être informé de la position transversale et angulaire de l'essieu par rapport à la voie, ce qui permet de réaliser des bogies à essieux orientables. Un but de l'invention est de réaliser un dispositif simple et robuste capable de résister aux vibrations et chocs incessants auxquels est soumis l'essieu ferroviaire et de se rendre indépendant des variations verticales (usure de roue, tangage de l'essieu, dispositif suspendu...). Conformément à l'invention, la première pièce comprend une boite étanche, fixée sur l'essieu avec éventuellement une suspension purement verticale, dans laquelle un aimant peut se mouvoir dans la direction de mesure; ce mouvement est soit linéaire soit rotatif d'angle faible et dans ce cas son axe est situé de préférence dans le plan de symétrie du rail en position moyenne. L'aimant et la deuxième pièce rail constituent un circuit magnétique à réluctance variable. Les forces d'intercation entre l'aimant et le rail les maintiennent de façon stable dans une position transversale donnée, indépendante de la posiiton verticale (position de réluctance minimale en transversal). La position relative de 2 6 2 1 1 1 4 l'aimant par rapport à la botte est alors mesurée par un capteur classique. On utilise avantageusement un synchrorésolveur pour cette mesure. Dans le cas de mouvement rotatif il mesure l'angle de rotation de l'axe du support de l'aimant, la rotation est de préférence d'axe vertical. L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après de deux modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel, - la figure 1 est une vue en élévation en coupe selon la ligne I-I de la figure 2 d'un dispositif selon l'invention, dans un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une vue en coupe du même dispositif selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus en demi-coupe du même dispositif. - la figure 4 est une vue en élévation en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 5 d'un dispositif selon l'invention, dans un second mode de réalisation, - la figure 5 est une vue du même dispositif en coupe selon la ligne V-V de la figure 4, - la figure 6 est une vue de dessus en demi-coupe du même dispositif. L'exemple de réalisation qui va être décrit se rapporte à un dispositif pour la mesure de position d'un essieu par rapport à la voie de roulement. Dans les figures, la référence 1 désigne globalement le disposi- tif de mesure, fixé à un essieu non représenté, et disposé de manière à rester à proximité d'un rail 2 sur lequel roule l'essieu. Le dispositif comprend un carter 3 en matériau amagnétique délimitant une chambre 4 fermée par une plaque 5 en même matériau. Un arbre 6 peut pivoter dans deux paliers 7 et 8 réalisés par exemple avec des roulements à aiguille ou en polytétrafluoroéthylène (marque déposée Téflon). Le carter est fixé à l'essieu de telle sorte que l'arbre 6 soit en moyenne dans le plan P de symétrie longitudinale du rail 2. L'arbre porte une tôle 9 pliée, en métal amagnétique (acier inoxydable par exemple), sur laquelle est fixé un aimant permanent 10. -3- La direction d'aimantation de l'aimant peut être perpendiculaire au plan P précité. L'aimant est de préférence un barreau parallélépipédique en samarium-cobalt. La plaque 5 comprend une portion amincie 5A pour que l'aimant soit placé près du rail et que le circuit magnétique constitué par l'aimant 9 et le rail 2 ait une réluctance relativement faible. L'aimant est alors assujetti à rester dans la même position transversale vis-à-vis du rail. Ainsi, un déplacement transversal du carter par rapport au rail provoque une rotation de l'arbre 6. La mesure de la rotation de l'arbre 6 fournit la mesure d'un degré de liberté de l'essieu. Deux dispositifs de ce type, placés respectivement devant et derrière l'essieu, fournissent sa position angulaire et sa position transversale par rapport au rail. On peut utiliser tout type d'organe de mesure, mais il est avantageux de se servir d'un synchro-résolveur 11 qui peut être placé dans une cavité de la partie supérieure du carter et fixé par un joint torique 12 assurant une étanchéité vis-à-vis des agents extérieurs. La cavité est fermée par un couvercle 13. Un passage 14 dans le carter permet de placer les fils électri- ques de liaison du synchro-résolveur. On note que la plaque métallique 5 est le siège, lorsque l'aimant 9 se déplace, de courants de Foucault qui ont pour effet d'amortir le mouvement de l'aimant. L'appareil est donc peu sensible aux multiples chocs et vibra- tions engendrés par un essieu en mouvement sur un rail. Le capteur de l'invention est robuste et suffisamment précis pour permettre d'élaborer un signal utilisable dans un circuit d'asservissement de l'orientation d'un essieu. Les figures 4 à 6 illustrent une variante de réalisation du dispositif de l'invention dans lequel l'aimant est assujetti à se déplacer en translation dans le carter. Les éléments communs aux deux modes de réalisation illustrés dans les deux groupes de figure ont reçu les mêmes numéros de réfé- 2 6 2 1 1 1 4 _ 4 - rence. L'aimant 10 est assujetti à ne subir que des déplacements en translation à l'intérieur du carter 3-5; un revêtement plastique 15 à l'intérieur de la botte facilite le glissement de l'aimant. La meilleur sensibilité est obtenue en disposant l'aimant de manière que sa direction d'aimantation (donc de déplacement) soit sensiblement dans un plan horizontal et perpendiculaire au rail. La déplacement de l'aimant est mesuré électriquement en dotant l'aimant d'une tige 16 qui lui est solidaire et fait partie d'un capteur de déplacement linéaire qui peut être un circuit capacitif ou inductif 17 placé dans une cavité du carter et muni de conducteurs de sortie 18. Cette variante de réalisation possède les mêmes qualités que le dispositif décrit en regard des figures 1 à 3. -5- REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour la mesure de position sans contact d'une première pièce par rapport à une seconde pièce, caractérisé en ce qu'il comprend un aimant (10) ayant avec la première pièce au moins un degré de liberté tangent à la direction de mesure et coopérant avec une portion magnétique liée à la seconde pièce, et un organe de mesure (11) de la position de l'aimant par rapport à la première pièce. 2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'aimant (10) est lié rigidement à un arbre (6), tournant par rapport à la première pièce, ledit organe de mesure (11), étant un capteur d'angle. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant (10) est assujetti à ne se déplacer qu'en translation par rapport à la première pièce, ledit organe de mesure étant un capteur de déplacement linéaire (17). 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit arbre, ledit aimant et ledit organe de mesure, sont disposés à l'intérieur d'un carter étanche fixé à la première pièce. / Dispositif selon l'une des revendications 2 et 4, caractérisé en ce que ledit organe de mesure (11) est un synchro-résolveur. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première pièce est une traverse d'un essieu pour véhicule ferroviaire, la seconde pièce étant l'un (2) des rails de la voie de roulement dudit essieu. 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la direction d'aimantation de l'aimant (10) est sensiblement perpendiculaire audit rail (2).