Brevet FR2683900A1 — publié le 19930521

L'invention se rapporte à un dispositif de détection d'au moins une variable d'état d'un corps rotatif. A chaque fois qu'un corps rotatif joue un rôle dans un domaine technique, il y a normalement intérêt à disposer d'informations sur ses états de marche, par exemple la température, la vitesse de rotation et/ou le sens de rotation Les fluctuations involontaires ou incontrôlées de ces variables d'état de marche posent toujours un problème lorsqu'un degré élevé de précision est exigé au cours de processus de traitement à l'aide d'un corps rotatif ou au cours de processus de traitement et de fabrication effectués sur des corps rotatifs Ainsi, par exemple, lorsqu'il s'agit d'effectuer des travaux avec précision, des variations dimensionnelles dues à des fluctuations de température représentent toujours des sources d'erreurs qui ont parfois pour conséquence un abaissement notable de la qualité. Ce facteur va être expliqué à titre d'exemple dans le domaine de la technique d'impression Dans les machines d'impression à plusieurs couleurs, une feuille passant par la machine est imprimée successivement en différentes couleurs dans les différents groupes d'impression Pendant l'impression, la température monte dans la machine Cette élévation de température dépend par exemple de l'importance d'un élément de surface devant être imprimé à l'aide d'une encre Le débit de l'encre et de l'agent mouillant est fonction de cet élément de surface, une différence d'apport d'encre et d'agent mouillant dans les différents groupes d'impression provoquant une différence d'interaction entre l'encre ainsi que l'agent mouillant et les cylindres de la machine Les différences de température qui en résultent dans les différents groupes d'impression ont pour conséquence des différences de dilatation des cylindres ainsi que des clichés Le résultat en est des erreurs de repérage qui abaissent la qualité de l'impression. Le brevet mis à l'inspection publique JP A 64 721846 décrit un procédé de refroidissement de la surface des clichés d'une machine d'impression pour éviter ces défauts dûs à la température La température de la surface du cliché est contrôlée par un détecteur d'infrarouges qui est disposé à proximité immédiate de cette surface Lorsque ce capteur de température enregistre une élévation de la température de la surface du cliché, un dispositif d'injection insuffle de l'air froid sur celle-ci L'apport d'air est réglable en fonction de la variation de la température. La présente invention a pour objet un dispositif de détection d'au moins une variable d'état, en particulier de la température d'un corps rotatif. Selon une particularité essentielle de l'invention, le corps rotatif comprend au moins une zone superficielle qui est en un matériau à aimantation permanente, au moins un élément à effet de Hall est disposé par rapport au corps rotatif de manière que le champ magnétique du matériau à aimantation permanente donne son empreinte à la tension de sortie de l'élément à effet de Hall et un module logique détermine la température du corps rotatif à l'aide de la tension de sortie de l'élément à effet de Hall. Ce dispositif fait usage de l'effet physique suivant lequel le champ magnétique de matériaux à aimantation permanente est fortement fonction de la température au-dessous de la température de Curie Tc Avec l'augmentation de la température, l'intensification du mouvement thermique des atomes atténue le champ magnétique permanent de ces matériaux jusqu'à ce qu'il disparaisse totalement à la température de Curie Tc. Les relations entre l'aimantation et la température de différents matériaux à aimantation permanente diffèrent totalement La température de Curie TC est aussi une grandeur qui est spécifique au matériau Les variations de température attendues au cours de processus d'exploitation et de fabrication étant connues dans une plage approximative, il est possible de sélectionner un matériau dont l'aimantation permanente soit fortement fonction de la température dans la plage attendue Une résolution élevée peut ainsi s'obtenir en vue d'une détermination aussi exacte que possible de la température. Selon une particularité avantageuse du dispositif de l'invention, la zone superficielle ou les zones superficielles sont en matériau ferrimagnétique Les matériaux ferrimagnétiques se comportent de manière bien différente des matériaux ferromagnétiques dans des champs alternatifs Leur résistance électrique est de plusieurs puissances de dix supérieure à celle des matériaux ferromagnétiques En conséquence, les courants de Foucault sont suffisamment faibles dans les matériau-x ferrimagnétiques pour qu'ils puissent être pratiquement négligés Il est donc préférable d'utiliser des zones superficielles en matériau ferrimagnétique pour la détection des variables d'état d'un rotor d'un moteur. Selon une autre particularité avantageuse du dispositif de l'invention, le matériau à aimantation permanente est placé à la surface du corps rotatif Cette zone superficielle (ou ces zones superficielles) est placée en particulier sur un ruban de matière plastique qui est fixé à la circonférence du corps rotatif. Selon un mode de réalisation du dispositif de l'invention, plusieurs zones superficielles et au moins deux de ces zones sont prévues à la circonférence du corps rotatif, les zones voisines ayant des polarités différentes. Il n'est judicieux de mettre un ruban adhésif sur la circonférence du corps rotatif que lorsque celui-ci a une surface lisse Si tel n'est pas le cas et suivant une autre particularité du dispositif de l'invention, un élément discoïdal, qui comprend plusieurs et au moins deux segments individuels, est placé sur le côté extrême de l'arbre du corps rotatif, deux segments successifs du disque ayant des polarités différentes. Conformément à l'invention, un module logique détermine la température du corps rotatif à l'aide de la tension de sortie de l'élément à effet de Hall Suivant une autre particularité de l'invention, les courbes caractéristiques de la tension de sortie de l'élément à effet de Hall sont enregistrées en fonction de la température dans une mémoire associée au module logique et celui-ci détermine la température du corps rotatif en comparant la température de sortie mesurée de l'élément à effet de Hall avec la courbe caractéristique enregistrée. Il faut toujours prendre soin, dans ces mesures du champ magnétique à l'aide d'un élément à effet de Hall, que celui-ci ne fonctionne pas à la saturation Il est possible par exemple de faire varier la distance de l'élément à effet de Hall au corps rotatif pour atténuer le champ magnétique, de manière qu'il soit toujours préservé, selon l'intensité du champ magnétique du matériau à aimantation permanente et selon la température du corps rotatif Il faut à cette fin que les courbes caractéristiques enregistrées tiennent compte non seulement de la relation entre l'aimantation et la température, mais aussi de la relation entre l'aimantation et la distance de l'élément à effet de Hall au corps rotatif. Suivant une variante de mise en oeuvre pour la détermination de la température du corps rotatif, le module logique compare la tension de sortie mesurée maximale ou minimale de l'élément à effet de hall avec ladite tension de sortie enregistrée à un état initial défini et ensuite le module logique détermine, à l'aide des courbes caractéristiques enregistrées et sur la base de la différence des tensions de sortie, une variation de température du corps rotatif par rapport à cet état initial. Le dispositif de l'invention est toutefois utile non seulement pour déterminer la température du corps 2683900 rotatif Le module logique peut sans difficulté déterminer la vitesse de rotation du corps sur la base du maximum (des maxima), du minimum (des minima) et/ou du passage (ou des passages) par zéro de la tension de sortie de l'élément à effet de Hall (des tensions de sortie des éléments à effet de Hall) à chaque révolution La précision de ce mode de détermination de la vitesse de rotation augmente bien entendu avec le nombre des signaux de sortie détectés par l'élément à effet de Hall à chaque révolution, c'est-à-dire du nombre des zones superficielles à aimantation permanente qui sont placées à la circonférence du corps rotatif. Si deux éléments à effet de Hall au lieu d'un seul sont placés à une certaine distance angulaire par rapport à la circonférence du corps rotatif, le module logique peut déterminer le sens de rotation du corps, par exemple sur la base de la position relative des tensions de sortie des éléments à effet de Hall. Le dispositif de l'invention est utilisable non seulement pour la détermination de la température De faibles modifications permettent d'obtenir des informations sur la vitesse de rotation et le sens de rotation du corps. Alors qu'il faut au moins deux détecteurs, c'est-à-dire un détecteur de température et un détecteur de vitesse de rotation avec la détection habituelle des variables d'état de corps rotatifs, un unique dispositif suffit à cette fin conformément à la présente invention Le dispositif lui- même est bon marché et simple à installer et à utiliser. L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure la représente un corps rotatif cylindrique sur une face extrême duquel est placé un disque qui comporte plusieurs zones superficielles à aimantation permanente; la figure lb est une vue en plan du disque à aimantation permanente; la figure 2 a représente un corps rotatif cylindrique à la circonférence duquel est placé un ruban de matière plastique qui présente au moins une zone superficielle à aimantation permanente; la figure 2 b est une vue en plan du ruban de matière plastique de la figure 2 a; la figure 3 est un graphique représentant les signaux de sortie d'une élément à effet de Hall en fonction du temps et de la température et la figure 4 est un circuit de dépouillement des signaux de sortie de l'élément à effet de Hall. La figure la représente un corps rotatif cylindrique 1 sur le côté extrême ou sur l'arbre 2 duquel est placé un disque ferrimagnétique 3 Ce disque 3 comporte sur son périmètre plusieurs segments 6, deux de ces segments voisins ayant des polarités différentes Un élément 5 à effet de Hall est disposé par rapport au disque ferrimagnétique 3 de manière que, pendant que le corps rotatif 1 tourne, les champs magnétiques de polarités différentes du disque ferrimagnétique 3 influent périodiquement sur la tension de sortie UH de cet élément 5. La figure lb est une vue en plan du disque ferrimagnétique de la figure la. La figure 2 a représente un corps rotatif cylindrique 1 à la circonférence duquel est placé un ruban 4 de matière plastique ferritique Ce ruban 4 comprend plusieurs zones superficielles 6 dont deux zones voisines ont des polarités différentes Un élément 5 à effet de Hall est également prévu dans ce cas pour détecter le champ magnétique du ruban 4 de matière plastique ferritique. La figure 2 b est une vue en plan du ruban 4 de matière plastique ferritique de la figure 2 a. La figure 3 représente le signal de sortie UH de l'élément 5 à effet de Hall en fonction du temps t à deux températures différentes T 1, T 2 Ce graphique montre que la tension de sortie UH (t) de l'élément 5 à effet de hall est plus élevée à la basse température T 1, qui caractérise par exemple l'état initial, qu'à la température supérieure T 2. Cette diminution de la tension de sortie provient de l'atténuation des champs magnétiques permanents aux températures élevées, comme décrit précédemment Une comparaison des tensions différentes de sortie Umax(Tl) et Umax(T 2) avec les courbes caractéristiques correspondantes enregistrées permet de déterminer la température particulière du corps rotatif 1. La figure 4 est un schéma d'un circuit de dépouillement des signaux de sortie UH des éléments 5 à effet de Hall Les tensions de sortie UH, et UH 2 de deux éléments 5 à effet de Hall sont dirigés sur un dispositif de dépouillement 7 Après avoir passé par un convertisseur analogique-numérique 8, les signaux numérisés parviennent dans un microprocesseur 9 Celui-ci reçoit de conducteurs 10 de signaux les informations concernant les signes drs tensions mesurées de sortie U Hi et UH 2 des éléments 5 à effet de Hall Le microprocesseur 9 calcule à partir de ces mesures, de la manière précédemment décrite, la température T, la vitesse de rotation N et le sens de rotation du corps rotatif 1. Il va de soi que les exemples décrits et représentés ont été donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et que différentes modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention telle que spécifiée dans les revendications. REVENDICATIONS 1 Dispositif de détection d'au moins une variable d'état d'un corps rotatif, caractérisé en ce que le corps rotatif ( 1) comporte au moins une zone superficielle qui est en matériau à aimantation permanente, en ce qu'au moins un élément ( 5) à effet de Hall est placé par rapport au corps rotatif ( 1) de manière que le champ magnétique du matériau à aimantation permanente donne son empreinte à la tension de sortie de l'élément ( 5) à effet de Hall et en ce qu'un module logique ( 11) détermine la température du corps rotatif ( 1) à l'aide de la tension de sortie de l'élément ( 5) à effet de Hall. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone superficielle (les zones superficielles) est (sont) en matériau ferrimagnétique. 3 Dispositif selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que le matériau à aimantation permanente est placé à la surface du corps rotatif ( 1). 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs zones superficielles ( 6) sont prévues à la circonférence du corps rotatif ( 1), deux zones superficielles successives ( 6) ayant des polarités différentes. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les zones superficielles ( 6) sont placées sur un ruban de matière plastique ( 4). 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément discoidal placé sur le côté extrême de l'arbre ( 2) du corps rotatif ( 1) est subdivisé en plusieurs segments individuels, dont deux segments successifs ont des polarités différentes. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps rotatif ( 1) comporte au moins deux zones superficielles voisines ( 6) qui ont des polarités différentes. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 4, 6 et 7, caractérisé en ce que les courbes caractéristiques des tensions de sortie de l'élément ( 5) à effet de Hall sont enregistrées en fonction de la température dans une mémoire associée au module logique ( 11) et en ce que celui-ci détermine la température du corps rotatif ( 1) par une comparaison de la tension mesurée de sortie de l'élément ( 5) à effet de Hall avec les courbes caractéristiques enregistrées. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 4,6 et 7, caractérisé en ce que le module logique ( 11) compare la tension de sortie mesurée maximale ou minimale de l'élément ( 5) à effet de Hall avec la tension de sortie maximale ou minimale de cet élément ( 5) qui a été enregistrée à un état initial défini et détermine une variation de température du corps rotatif ( 1) par rapport à cet état initial à l'aide des courbes caractéristiques enregistrées et sur la base dé la différence des tensions de sortie. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 4, 6 et 7, caractérisé en ce que le module logique ( 11) détermine la vitesse de rotation du corps ( 1) sur la base des minima, maxima et/ou passages par zéro de la tension de sortie de l'élément ( 5) à effet de Hall à chaque révolution. 11 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module logique ( 11) détermine le sens de rotation du corps ( 1) par la position relative des tensions de sortie des éléments ( 5) à effet de Hall.