Brevet FR2659796A1 — publié le 19910920

La présente invention concerne un dispositif de réglage d'une valeur de consigne de l'expansion d'un organe d'actionnement dont l'expansion en longueur est modifiable par application d'un champ extérieur électro- magnétique ou électrostatique, dispositif dans lequel: il existe une relation entre la grandeur du champ extérieur électromagnétique ou électrostatique et la variation de longueur de l'organe d'actionnement, un signal caractérisant la variation de longueur de l'organe d'actionnement est produit, dans un comparateur, au moyen d'une comparaison du signal caractérisant la variation de longueur avec une valeur de consigne prédéterminée, une différence est définie entre la variation de longueur et la valeur de consigne prédéterminée,. au moyen d'un régulateur, une grandeur de régulation est produite lorsqu'à la sortie du comparateur est définie une différence entre la variation de longueur de l'organe d'actionnement et la valeur de consigne prédéterminée, la grandeur de régulation étant définie de telle sorte que la différence établie disparaisse. Dans un dispositif connu d'après le brevet des Etats Unis 4 585 978, la variation de longueur, produite sous l'effet d'un champ magnétique extérieur, d'un organe d'actionnement à magnétostriction est définie par l'induction magnétique engendrée dans l'organe d'actionnement La variation de longueur de l'organe d'actionnement à magnétostriction qui est ainsi définie est comparée avec la valeur de consigne de l'expansion en longueur Sur la base de cette compa- raison, le champ magnétique extérieur est modifié de telle sorte qu'une différence s'établissant entre la variation de longueur et la valeur de consigne disparaisse. Un inconvénient rencontré avec ce dispositif connu consiste en ce que la comparaison entre la varia- tion de longueur et la valeur de consigne ne peut être effectuée que pour un organe d'actionnement à magnétostriction. En outre, d'après le brevet allemand DE 24 02 085 Al, il est connu un dispositif permettant, pour un corps en forme de barreau, qui est constitué d'un certain nombre de lamelles ou disques empilés et formés d'un matériau piézo-électrique, de produire une variation déterminée de longueur de ce corps par application d'une tension électrique En outre il est précisé dans ce document que la relation entre la variation de longueur et la tension est linéaire de sorte qu'une commande de cette variation de longueur est produite par réglage de la tension électrique correspondante. Un inconvénient rencontré avec ce dispositf connu consiste en ce que les lamelles ou disques formés d'un matériau piézo-électrique peuvent modifier leur allongement en fonction des conditions de service du corps en forme de barreau Il peut se produire une "rétraction", c'est-à-dire que la position du point d'allongement nul des lamelles ou des disques change dans le sens que l'allongement du corps en forme de barreau diminue En conséquence, dans la commande connue d'après l'art antérieur, il se pose des problèmes par le fait que l'association précise d'une tension électrique appliquée aux lamelles avec un allongement déterminé est perdue. En outre il est encore connu d'une façon générale ( brevet des Etats Unis N O 3 414 857) de modifier les propriétés magnétiques d'un noyau se trouvant à l'intérieur d'une bobine en agissant sur la composition des différents constituants et en donnant ainsi à l'inductance de la bobine une valeur définie Il doit être ainsi possible de compenser des tolérances de fabrication, qui résultent par exemple d'imprécisions lors du bobinage de la bobine. La présente invention a pour but de perfection- ner le dispositif du type défini ci-dessus de façon à permettre un réglage aussi précis que possible d'une valeur de consigne de l'allongement d'un organe d'action- nement dont l'allongement est modifiable par application d'un champ extérieur électromagnétique ou électrostatique. Ce problème est résolu, pour un dispositif du type précité, en vue du réglage d'une valeur de consigne de l'allongement d'un organe d'actionnement, dont l'allongement est modifiable par application d'un champ extérieur électromagnétique ou électrostati- que en faisant en sorte qu'une couche à magnétisme doux et à forte magnéto-élasticité constitue la partie de l'élément de captage de position qui est reliée à l'organe d'actionnement de telle sorte qu'une variation de longueur de l'organe d'actionnement produise une variation de la tension mécanique dans la couche, en faisant en sorte que la variation de la tension mécanique dans la couche produise une variation de la longueur d'une inductance qui fait partie de l'élément de captage de position et à cet égard, sous l'effet de cette variation d'inductance, le signal caractérisant la variation de longueur est engendré du fait que, dans un système électronique de captage, la grandeur de l'inductance est en relation avec la tension mécanique de la couche et que la tension mécanique de la couche est en relation avec la variation de longueur de l'organe d'actionnement. Selon d'autres particularités du dispositif conforme à l'invention: l'organe d'actionnement est un organe d'actionnement du type-piézo et le champ extérieur correspond à une tension électrique. L'organe d'actionnement est un organe d'actionnement à magnétostriction et le champ extérieur est un champ magnétique. La couche se compose de nickel, de phosphore et de cobalt, le pourcentage de nickel s'élevant notamment jusqu'à 8 % et le pourcentage de cobalt s'élevant notam- ment à 10 %. Il existe un imbriquement moléculaire entre la couche à magnétisme doux et forte magnéto-élasticité et le manchon expansible. Ainsi l'invention apporte des avantages par rapport à l'art antérieur aussi bien lors de l'uti- lisation d'un organe d'actionnement du type-piezo que dans le cas de l'utilisation d'un organe d'actionnement à magnétostriction du fait que d'autres influences que celles déjà définies par le terme "rétraction", qui provoquent un décalage de la position d'allongement nul de l'organe d'actionnement de type-piézo, peuvent être éliminées par utilisation du dispositif conforme à l'invention Par exemple on peut citer à cet égard qu'également des variations de température produisent une modification de l'allongement d'un organe d'actionne- ment de type-piezo et d'un organe d'actionnement à magnétostriction En outre le dispositif conforme à l'invention est applicable aussi bien à des organes d'actionnement à magnétostriction qu'à des organes d'actionnement de type piézo-électrique. Conformément à l'invention, il est prévu sur l'organe d'actionnement une couche magnéto-élastique. Lorsqu'il se produit une variation de longueur de l'organe d'actionnement, cette variation de longueur crée une tension mécanique dans la couche magnéto-élastique. Cette tension mécanique engendrée dans la couche magnéto- élastique peut par exemple être détectée lorsque cette couche magnétoélastique fait partie d'une bobine dont l'inductance varie sous l'effet de la tension mécanique créée dans la couche magnéto-élastique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente un exemple de réalisation d'un organe d'actionnement de type-piézo, pourvu d'une couche magnéto-élastique et la figure 2 montre l'effet d'une prédétermination de valeur de consigne sur la variation de longueur d'un organe d'actionnement de type-piézo. Dans les exemples de réalisation des figures 1 et 2, on utilise un organe d'actionnement du type-piézo. Il est cependant possible d'envisager en variante d'utili- ser à la place de l'organe d'actionnement 1 1 de type- piézo un organe d'actionnement à magnétostriction. Des câbles de liaison 1 13 et 1 14 assurent dans ce cas par exemple le passage d'un courant dans une bobine (non représentée), ce courant produisant ainsi un champ magnétique qui engendre une variation de longueur de l'organe d'actionnement à magnétostriction. Comme le montre la figure 1, l'organe d'action- nement 1 1 de type-piézo est entouré par un élément 1.2 de captage de position A cet égard, l'organe d'ac- tionnement 1 1 de type-piézo peut être constitué, en correspondance à l'art antérieur, de plusieurs piézo- disques 1 1 1 qui, lors de l'application d'une tension électrique, varient en allongement dans la direction axiale Les piézo-disques 1 1 1 sont précontraints mécaniquement en étant appliqués, au moyen d'une tige filetée 1 4 vissée dans une surface de base 1 3, contre un manchon expansible non magnétique 1 5, agissant comme un contre-appui Le manchon expansible 1 5 non magnétique est alors en contact de transmission de forces avec la surface de base 1 3 Ce contact de trans- mission de forces peut être produit à cet égard en pourvoyant le côté inférieur du manchon expansible non magnétique 1 5 d'un filetage dans lequel est vissée la tige filetée 1 4 Dans le manchon expansible 1 5 est déposée une couche 1 6 à magnétisme doux et forte magnéto-élasticité, cette couche 1 6 -étan déposée, d'une manière particulièrement avantageuse, de telle sorte qu'il existe un imbriquement moléculaire entre cette couche 1 6 et le manchon expansible 1 5 La couche 1.6 peut alors être constituée d'une matière amorphe ou nanocristalline se composant de nickel-phosphore et qui peut être améliorée de façon optimale au moyen d'éléments chimiques de transition ( par exemple du cobalt) Par exemple cette matière peut avoir une composition o la teneur en phosphore est inférieure à environ 8 % et o la teneur en cobalt est de l'ordre de grandeur d'environ 10 % L'épaisseur de cette couche peut alors être de l'ordre de grandeur compris entre environ 100 et 150 Fm Du fait que déjà des allongements de la couche 1 6 à magnétisme doux et à forte magnéto- élasticité rentrant dans le domaine des pourmilles produisent une variation de la perméabilité magnétique Fr de quelques pourcents, on peut ainsi déterminer facilement, au moyen de la variation d'inductance de la bobine 1 7, la variation effective de longueur de l'organe d'actionnement de type-piézo On crée avantageu- sement, en correspondance à l'exemple de réalisation de la figure 1, une concentration du flux magnétique en disposant autour de la bobine 1 7 des éléments de retour de flux 1 8, 1 9 et 1 10 à magnétisme doux. En outre, le système se composant de l'organe d'actionne- ment de type-piézo 1 1 et de l'élément de captage de position 1 2 peut être encore obturé à l'aide d'un fourreau non magnétique 1 11 Ce fourreau peut alors être fixé sur la partie supérieure et sur la partie inférieure de l'élément 1 2 de captage de position et il entoure alors également la bobine 1 7 Ce fourreau 1 11 comporte une ouverture 1 12 à travers laquelle on fait passer les câbles de liaison 1 13, 1 14 de l'organe d'actionnement 1 1. La figure 2 montre l'effet d'une prédétermina- tion de valeur de consigne CONSIGNE sur la variation de longueur de l'organe d'actionnement de type-piézo, qui est désigné dans la représentation de la figure 2 par la référence 2 1 L'élément 2 2 de captage de position détermine l'allongement de l'organe d'actionne- ment 2 1 en relation avec la variation de l'inductance d'une bobine du capteur, par exemple en correspondance à la représentation de la figure 1 Cette variation d'inductance est analysée par le système électronique 2.3 du capteur et elle est comparée avec la valeur de consigne prédéterminée CONSIGNE de l'allongement de l'organe d'actionnement 2 1 dans un comparateur 2.4 Quand une différence est établie, l'appareil régula- teur 2 5 produit une grandeur de régulation TENSION qui contrebalance cette différence Lors de l'utilisation d'un organe d'actionnement à magnétostriction, on utilise en correspondance, comme grandeur de régulation, un champ magnétique. En principe, le comportement temporel d'une régulation est défini par le comportement temporel lors de la prise des valeurs de mesure, par le comporte- ment temporel du régulateur et par le comportement temporel du processus après modification d'une valeur de consigne Avec le dispositif conforme à l'invention, on peut négliger le comportement temporel lors de la prise des valeurs de mesure car la couche magnéto-élas- que réagit pratiquement sans retard à des variations de la tension mécanique Egalement le processus (organe d'actionnement) réagit très rapidement à des variations de la valeur de consigne de sorte qu'il est possible d'obtenir le comportement temporel globalement désiré pour la régulation du fait que ce comportement temporel désiré est adapté dans l'appareil de régulation 2 5. REVENDICATIONS 1 Dispositif de réglage d'une valeur de consigne de l'expansion d'un organe d'actionnement dont l'expansion en longueur est modifiable par application d'un champ extérieur électromagnétique ou électrostatique, dispositif dans lequel: il existe une relation entre la grandeur du champ extérieur électromagnétique ou électrostatique et la variation de longueur de l'organe d'actionnement, un signal caractérisant la variation de longueur de l'organe d'actionnement est produit, dans un comparateur, au moyen d'une comparaison du signal caractérisant la variation de longueur avec une valeur de consigne prédéterminée, une différence est définie entre la variation de longueur et la valeur de consigne prédéterminée, au moyen d'un régulateur,une grandeur de régulation est produite lorsqu'à la sortie du comparateur est définie une différence entre la variation de longueur de l'organe d'actionnement et la valeur de consigne prédéterminée, la grandeur de régulation étant définie de telle sorte que la différence établie disparaisse, dispositif caractérisé en ce que: une couche ( 1 6) à magnétisme doux et à forte magnéto- élasticité constitue la partie de l'élément de captage de position ( 1 2) qui est reliée à l'organe d'actionne- ment ( 1 1) de telle sorte qu'une variation de longueur de l'organe d'actionnement ( 1 1) produise une variation de la tension mécanique dans la couche ( 1 6), la variation de la tension mécanique dans la couche ( 1.6) produit une variation de la longueur d'une induc- tance ( 1 7) qui fait partie de l'élément de captage de position ( 1 2) et à cet égard, sous l'effet de cette variation d'inductance, le signal caractérisant la variation de longueur est engendré du fait que, dans un système électronique de captage, la grandeur de l'inductance ( 1 7) est en relation avec la tension mécanique de la couche ( 1 6) et que la tension mécanique de la couche ( 1 6) est en relation avec la variation de longueur de l'organe d'actionnement ( 1 1). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - l'organe d'actionnement ( 1 1) est un organe d'actionne- ment du type-piezo et le champ extérieur correspond à une tension électrique. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: l'organe d'actionnement ( 1 1) est un organe d'actionne- ment à magnétostriction et le champ extérieur est un champ magnétique. 4 Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en-ce que: la couche ( 1 6) se compose de nickel, de phosphore et de cobalt, le pourcentage de nickel s'élève notamment jusqu'à 8 % et le pourcentage de cobalt s'élève notamment à 10 %. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il existe un imbriquement molécu- laire entre la couche à magnétisme doux et forte magnéto- élasticité ( 1 6) et le manchon expansible ( 1 5).