Brevet FR2665018A1 — publié le 19920124

La présente invention a pour objet un dispositif de transmission sans contact d'énergie et d'informations électriques entre deux éléments mécaniques en rotation l'un par rapport a' l'autre. Elle a été conçue pour transmettre de I'énergie électrique et des informations électriques pour des appareillages présentant des organes en rotation en milieux immergés. On a déj conçu des dispositifs pouvant transmettre des infor -mations électriques entre deux pièces en rotation, mais les procédés retenus ne sont pas exempts de défauts. On peut les classer en fonction de leur fiabilité de transmission et de leur durée de vie. les dispositifs sans contact possédant un appareillage embarqué avec émetteur et récepteur tels que ultra-sons, infra-rouges ou à ondes hertziennes sont limités pour transmettre des informations car la puissance électrique disponible sur la partie tournante est assurée par piles ou accumulateurs électriques. D'autre part la tenue de ces appareillages en température et en milieux magné -tiquement parasité limite leur fiabilité. Enfin, la mise en ser -vice de ces appareillages en régime de vitesse statique ou dyna -mique nécessite une consommation d'énergie électrique à pourvoir. les dispositifs par contact frattant avec bagues et balais sont subordonnés à l'usure de ces deux derniers éléments par les varia -tions de vitesses de rotation, ainsi que les changements de sens de rotation. I1 en résulte une qualité de signaux transmis amoindrie par la qualité et l'usure des contacts. De plus la qualité d'un tel dispositif diminue lorsque le diamètre des machines à équiper augmente. Ces dispositifs présentent l'inconvénient d'être subordonnés à un entretien fréquent et nécessitent un enrobage supplémentaire et complexe pour une complète étanchéité. Dans le cas de transmi -ssions fiables et durables, ces dispositifs limitent la qualité des signaux, facteur indipensable en milieux industriels. La présente invention a ajustement pour but d'éliminer ces incon -vénients en proposant un dispositif de transmission annulaire qui permet de transmettre un grand nombre de signaux en milieux hostiles et immergés avec de rapides variations de vitesses et changements de sens de rotation. Selon la principale caractéristique du dispositif objet de l'in- -vention, celui-ci peut transmettre un nombre importent de signaux électriques de façon bidirectionnelle. Les signaux électriques transmis sont de type logique. L'appareil conçu peut passer d'une vitesse nulle à une vitesse élevée sans perturbation des signaux transmis. I1 s'adapte à une gamme étendue de diamètres. I1 fonct -ionne également de la même façon en milieux immergés. le dispositif objet de l'invention comprend deux couronnes magnét -iques concentriques séparées par un entrefer, centrées sur l'axe de rotation de la machine à équiper. Chaque couronne magnétique est composée d'un bobinage, d'un support magnétique en ferrite semi ouvert et des éléments de support de matériau de forte rél- -uctance. Le flux magnétique créé par le courant dans les bobinag-- -es permet la transmission des signaux électriques. Chaque couro -nnes étant indépendamment reliée selon le montage à la partie fixe ou mohile de la machine à équiper. Selon une autre caractéristique de l'appareil objet de l'invention celui-ci comprend des moyens de support et de guidage pour chaque couronne, permettant de conserver la concentricité des deux cour -onnes et l'écart constant de l'entrefer. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il comprend une protection du bobinage afin que celui-ci soit noyé pour garantir tous risques d'accrochage des conducteurs. Selon une autre caractéristique de l'appareil objet de l'invention la disposition particulière des masses n'entraine aucun déséquilibre lors d'une rotation à vitesse élevée. Selon une autre caractéristique de l'appareil objet de l'invention il comporte un entrefer de faible épaisseur afin de réduire autant que possible les pertes provoquées par le passage du flux magné -tique dans l'air. L'appareil objet de l'invention est relié à un dispositif électro -nique permettant d'alimenter une couronne, intérieure ou extéri -eure, afin de fournir de l'énergie électrique aux bornes de la seconde couronne. Cette énergie électrique sera ensuite utilisée pour alimenter les divers appareillages sur la machine, mais également un circuit électronique qui permet le renvoi d'infor -mations des appareillages ou capteurs vers la première couronne où elles sont ensuite analysées électroniquement. De plus, l'appareil objet de l'invention possède deux prises de raccordement électrique identiques permettant l'interchangeabilité de la couronne interne et externe selon l'élément fixe et tour -nant de la machine à équiper. Enfin l'appareil pouvant intervenir dans différents milieux pour transmettre des signaux électriques et de l'énergie électrique, il est muni de moyens de protection afin que des objets indésirables de tailles supérieures à l'entrefer ne puissent pénettrer entre les deux couronnes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti -ront de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple et nullement limitative en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure I est une vue schématique du dispositif complet selon l'invention. - la figure 2 est un dessin illustrant un montage particulier de l'appareil. - la figure 3 est un dessin illustrant un montage particulier des couronnes magnétiques. - la figure 4 est un dessin illustrant un montage particulier de l'appareil sur une machine. Sur la figure I, on aperçoit l'ensemble du système. I1 comporte une alimentation A, un dispositif de reconnaissance de signaux 3, le dispositif de transmission magnétique C équipé des deux couronnes magnétiques H, l'alimentation D des appareillages E et des capteurs L sur la machine F, ainsi qu'un dispositif G de traitement des signaux de retour. L'alimentation A composée d'un oscillateur J de moyenne à haute fréquence et d'un amplificateur K à la sortie de l'oscillateur J qui alimente un bobinage H de l'appareil de transmission C. La puissance électrique fournie au bobinage H par l'alimentation A est transformée en énergie magnétique, rejoingnant ainsi le second bobinage H. Aux bornes de ce dernier bobinage H est disponible une puissance électrique. Cette puissance électrique permet l'ali -mentation des appareillages E et des capteurs L sur la machine F. Cette puissance permet également l'alimentation d'un dispositif G de mise en forme des signaux. Ce dispositif G associé aux cap -teurs L permet de renvoyer les signaux vers la première bobine H. Un principe du renvoi de ces informations se présente sous la forme de surintensités du courent électrique dans la seconde bobi -ne H à une fréquence supérieure à la fréquence de l'alimentation A. Ces surintensités sont provoquées dans la seconde bobine H grâce au dispositif G associé aux capteurs L. Chaque capteur ii est connecté à un oscillateur M suivi d'un amplificateur N re -lié à une charge P, provoquant ainsi une surintensité du courant électrique dans le second bobinage H. Cette surintensité du cou -rant électrique sera récupérée dans les conducteurs dè la pre -mière bobine H associée à l'alimentation A. Un dispositif B muni de filtres g accordés aux fréquences des oscillateurs M reliés aux capteurs L permet d'identifier la provenance du signal. Selon ce même principe, des signaux issuent de la première bo -bine H sont envoyés à différentes fréquences et sont reconnus par un ensemble de filtres Q aux bornes de la seconde bobine. L'envoi de ces signaux à des fréquences différentes est rendu possible grâce à un multiplexeur R. L'envoi de signaux analogiques est possible grâce à un oscilla -teur variable M dont l'entrée est reliée au signal analogique à transmettre. La fréquence de cet oscillateur varie dans une plage déterminée, elle sera reconnue et identifiée aux bornes de l'un ou l'autre bobinage grâce aux filtres passe-bas B ou Q dont les plages de fréquences n'empiètent pas les unes sur les autres, de même avec la fréquence de l'alimentation. Sur la figure 2, on aperçoit le dessin représentant l'ensemble de la constitution des couennes C et les différents éléments de guidage du système. I1 est composé de deux demis circuits magné -tiques concentriques 13 et 19 séparés par un entrefer 20. A l'in -térieur des couronnes magnétiques I3 et I9 on trouve les bobines II et I2. Ghaque demi circuit magnétique ainsi constitué est logé dans un compartiment 14 ou I7, et est entouré des éléments I5 et I6 de forte réluctance, afin de limiter les fuites de flux. Une possibilité de guidage est assurée par les deux roulements 5 permettant de garder la concentricité des deux demis circuits magnétiques I3 et 19 et de conserver un entrefer 20 constant. Un dispositif de serrage composé d'un filetage conique en bout de l'arbre 8 et d'un écrou à encoches I permet de fixer l'appareil sur un arbre I8 de la machine à équiper. L'alimentation électrique se faisant sur l'une ou l'autre des prises 9, les deux prises étant identiques. Un courant électrique circule dans l'un des bobinages II ou I2 alimenté. Un flux ma -gnétique issue de ce courant électrique traverse le circuit magnétique I3 et 19 via l'entrefer 20 et induit dans la seconde bobine I2 ou II une force contre électromotrice. On récupère la puissance électrique disponible aux bornes de la seconde bobine sur la prise 9. Dans ce cas de transmission, le rendement est subordonné à la largueur de l'entrefer 20, néanmoins la qualité du circuit magné -tique intervient surtout à des fréquences élevées ( > I00 kHz), un très bon rapport puissance transmise/volume est donné par des ferrites doux de qualité 3E ou en poudre fer-carbonyle. Une carte électronique IO permet la mise en forme des signaux de retour vers la bobine nourricière. Cette carte IO peut être montée à l'extérieur de l'appareil tel que le dispositif G de même rôle présenté précédement. Des grilles 21 sur les trous 22 empêchent des objets indésirables de tailles supérieures à l'entrefer 20 de s'introduire dans l'entrefer 20, de même un montage avec chicane sur les bagues I5 et 16 joue le même rôle. Sur la figure 3, on aperçoit un montage particulier des ferrites dans leur logement composé de matériau de forte réluctance. La disposition des éléments ferrites I3 et 19 est telle que l'on a toujours trois éléments minimum en regard. Une fois les bobines mises en forme, elles sont noyées dans de la résine afin de garantir une protection mécanique. les éléments ferrites en forme de U sont ensuite disposés autour de chaque bobine II et I2. les bobines entourées des éléments ferrites sont logées dans les supports I4 et I7 par glissement. Un coll -age 21 permet de fixer les ferrites I3 et 19. Un usinage des ferrites permet ensuite d'obtenir la circularité aux extrémités de celles-ci. Sur la figure 4, on aperçoit un montage particulier de l'appareil sur une tête de fraiseuse. Dans ce cas, le guidage par les deux roulements 5 n'est plus nécessaire, il reste les deux couronnes magnétiques C entourées d'éléments S de support de forte réluctan -GeS. les signaux transmis d'une bobine à l'autre sont en aucun cas perturbés par les parasites de la maahine F, car les fréquences élevées et la forte induction dans l'entrefer 20 immunisent la transmission des signaux et garantissent la qualité des informa -tions indispensable en milieux industriels. REVENDICATIONS ,4p Dispositif de transmission annulaire sans contact de signaux d'énergie et d'informations électriques utilisable en milieux immergés non acides, soumis à de brutales variations de vitesses et possédant une bonne tenue dans le temps caractérisé en ce qu'une modulation du flux magnétique issu des variations de courant dans les bobines Il et I2 permet le trans -port des signaux issuent des oscillateurs A ou G vers les détect -eurs T ou Q de reconnaissance des signaux reçus, lténergie trans -mise vers le c8té mobile permet l'alimentation des appareillages t, E, Q et du dispositif G de renvoi des signaux vers la partie fixe, caractérisé également en ce que des éléments magnétiques 13 et 19 en ferrites entourant les bobines II et I2 véhiculent le flux magnétique sur une large bande de fréquences. e/Dlspositif selon la revendication I caractérisé en ce que chaque bobine II ou I2 est entourée d'un demi circuit magnétique en ferrite I3 ou I9 et sont séparés par un entrefer 20 occasionnant aucun frottement de transmission. Dispositif selon les revendications I et 2 caractérisé en ce que des fréquences de transmission élevées et une forte induction dans le circuit magnétique constitué des bobines II et I2, des ferrites 13 et 19 et de l'entrefer 20 immunisent les signaux transmis des parasites extérieurs. Dispositif selon les revendications I à 3 caractérisé en ce qu'un grand nombre de signaux avec des fréquences étalées sur une large bande sont transmissibles. 5)Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé en ce que l'immersion du circuit magnétique constitué des bobines II et I2, des ferrites I3 et I9, de l'entrefer 20 et des supports I4 et 17, dans des milieux non acides diminue la réluctance au niveau de l'entrefer 20.