Brevet FR2689232A1 — publié le 19931001

La présente invention concerne un dispositif permettant de mesurer la vitesse de rotation et Le moment du couple disponible sur l'axe de rotation d'un objet anime d'un tnouvement de rotation. Un tel dispositif trouve un exempie, non restrictif, d'application dans ia mesure de ia vitesse de rotation d'une turbine et de ia puissance disponible sur son axe d ses divers regimes 9 fonctionnement. A considérer l'etat actuel de la technique, il existe un grand nombre de dispositifs capables de mesurer la vitesse de rotation et/ou le moment d'un copie. Cependant ces dispositifs sont moins nombreux et précis lorsque ia vitesse de rotation est élevée, et encore bien moins lorsque la vitesse de rotation excede des regimes de l'ordre de 30000 tr/mn. Pour la mesure de la vitesse de rotation il y a -de dispositifs de type mécanique. -aes dispositifs de type electrique, telle la génératrice tachymétrique, ou de type électromagnétique. -des dispositifs de type fluidique. -des dispositifs dits de type électronique, tels que des dispositifs à base de semi conducteurs à effet Hall. -ce dispositifs de type vibratoire teis que des dispositifs acoustiques. Hormis les dispositifs de type mécanique et electrique qui doivent aire appel a des artifices mécaniques en général tourds , couteux, peu fiables et interférant avec le milieu mesura lorsque les regimes de rotation deviennent eleves ou trés élevés, les autres dipositifs sont souvent legers, robustes. fiables et interférent peu ou pas avec le milieu mesure. Par contre, i ls sont concus presque exclusivement pour ia mesure a vitesse. de rotation en l'occurence Pour ia mesure ou moment d'un couple il y a -des dispositifs mécaniques du type frein de Prony, hydrauliques du type frein de Froue. aérodynamiques du type frein ce Renard. -des dispositifs du type dynamo. -ce dipositifs å base de jauges de contrainte ou de mesure do variations de champs magne tiques. -des dispositifs divers fondés sur des variations dimensionnelles ou des déformations, en général dans le domaine elastique. sous contrainte. Au dessus de quelques milliers de tours par minute d tels dispositifs doivent souvent faire appel a des moyens mecaniques de réduction de la vitesse de rotation. Le dispositif invente est constitue: *d'un ensemble electromagnetique compose de: -un aimant permanent. -un circuit magnétique. -un bobinage enroule sur le circuit magnetique. *d'un ensemble de mesure et controle composé de: -un bobinage de charge. -un moyen de mesure de la fréquence. de la tension et de l'intensité du courant parcourant le circuit de charale. -un moyen de mesure de la valeur d'un entrefer. Constatant que: -une mesure de la vitesse de rotation ou du moment du couple moteur d'un objet tournant est d'autant plus precise que le dispositif de mesure interfere d'autant moins avec le milieu mesure, -un dipole magnetique tournant au sein d'un circuit magnétique est vu par ledit circuit magnétique comme un champ magnétique oscillant, -ledit champ magnétique oscillant induit dans un bobinage un champ électrique oscillant, -ledit champ électrique peut entre facilement mesuré aux bornes dudit bobinage, ladite mesure est fonction: -de la vitesse de rotation dudit objet. -de l'intensite dudit champ magnetique inducteur. un but de l'invention est de caler sur l'axe de rotation dudit objet tournant un dipole magnétique. Constatant que: -la valeur maximale dudit champ électrique depend de l'entrefer existant entre les poles du dipole magnétique et les extremités dudit circuit magnétique, -lors de la fermeture dudit circuit électrique, ledit champ électrique induit un courant électrique, -ledit courant circulant dans ladite bobine, identifie ladite bobine et ledit circuit magnétique a un corps dont La masse magnétique varie comme ledit courant, -ledit corps cre sur les poles dudit dipole magnétique une force d'attraction ou de répulsion, -ladite force cree un couple resistant sur l'axe dudit objet, un but de l'invention est de faire varier ledit entrefer. Constatant que: ladite force dépend dudit courant, -ledit courant dépend de ladite tension, un but de l'invention est d'accéder a la mesure du moment du couple résistant par la mesure de ladite tensIon. Constatant que: -la mesure de la-vitesse de rotation dudit objet est d'autant plus précise que le dispositif de mesure interfère d'autant moins avec le milieu mesure, -ledit couple résistant dépend de la valeur dudit entrefer, un but de l'invention est de faire varier ledit entrefer. Constatant que: -l'effet de self induit par un circuit électrique réalise un dephasage entre ledit champ électrique et ledit courant électrique, -ledit effet de self est d'autant moins important que la vitesse de rotation dudit objet est faible, -l'integration de ladite force sur un tour dudit objet donne une valeur. représentative de l'énergie de freinage, d'autant plus importante que ledit déphasage est important, un but de l'invention est de réaliser un bobinage dont le coefficient de self induction est préponderant par rapport a la resistance dudit circuit électrique. Constatant que Le genérateur constitué par ledit bobinage sera d'autant plus efficace que la charge electrique en ses bornes aura une impédance électrique proche de la sienne, un but de l'invention est de réaliser un circuit de charge dont l'impédance électrique est celle dudit générateur. Dans ce qui suit, la présente invention est explicite par un exemple concret de réalisation, donne a titre non limitatif ni exhaustif des differentes realisations pouvant utiliser l'esprit de ladite invention et par un dessin annexe sur la planche 1/1, figure 1, représentant le schéma général de l'invention. Un aimant permanent bipoiaire (t) en fer å cheval est calé sur l'axe (2) de l'objet en rotation par l'intermédiaire d'une piece d'adaptation (3), realisee dans une matière diomagnétique, ici à titre d'exemple non restrictif l'AU4G. L'axe magnetique dudit aimant (1) est perpendiculaire audit axe (2). Vis a vis des poles dudit aimant (1) est positionne un circuit magnétique (4) en forme de U. L'espace compris entre les faces polaires dudit aimant (1) et les extrémités dudit circuit magnétique (4) est appelé entrefer (5). Ledit circuit magnétique (4) est solidaire d'un corps (6) réalisé dans une matière diamagnétique, ici le polyamide. Ledit corps () possède un filetage interieur pouvant se visser sur un flasque (8) supportant le palier (9) de l'axe (2). L'action de visser (/devisser) ledit corps (6) sur ledit flasque (8) diminue C/augmente) l'entrefer (5) dont la valeur est connue par lecture sur un vernier gradué sur ledit corps (6). Le circuit électrique comprend: -une bobine (10), dite bobine induite. -une bobine 100), dite bobine de charge, branchee aux bornes de ladite bobine (10). -un interrupteur (15) en serie entre les bobines (10) et (100) permet d'ouvrir ou fermer ledit circuit électrique. Ladite bobine (10) composée de deux demi ~bobines est enroulée sur ledit circuit magnétique (4) Ladite bobine (100), identique a la bobine (10), est enroulée sur un circuit magnetique (40), identique audit circuit magnétique (4). Le moyen de mesure (1S) est constitue, å titre d'exemple non restrictif, par un oscilloscope a mémoire, mesurant: -aux bornes de ladite bobine (10): -la période du signal électrique induit. -la valeur crète de la tension dudit signal. -aux bornes d'un schunt (14), place en serie sur ledit circuit électrique, l'intensité du courant dans ledit cIrcuit Ledit aimant (1), caracterisé notamment par sa masse magnétique notee Ma, crée un champ magnétique. La rotation dudit aimant (1) réalise donc un champ magnetique tournant qui est vu par ladite bobine (10) et ledit circuit magnétique comme un champ magnétique oscillant dont l'intensité maximun varie avec la valeur dudit entrefer (5). Par application du principe de Faraday, sous l'action dudit champ magnétique oscillant, ladite bobine (10) cree un champ électrique. Ce dernier est mesure par le biais de la tension aux bornes de ladite bobine, ladite tension dépendant de l'impedance électrique de ladite bobine de charge (100). A ladite tension est associé un courant déphasé en arriere d'un angle proche de 90' par rapport å ladite tension du fait d7un effet de self preponderant par rapport a l'effet resistif. Ledit courant induit un champ magnétique qui s'oppose audit champ magnétique oscillant inducteur. ladite bobine (10) associee audit circuit magnétique (4) se comporte donc comme un corps magnetique dont la masse magnétique, notée Mi, dépend dudit champ magnetique induit, donc dudit champ magnétique inducteur, donc de ladite masse magnétique Ma et dudit entrefer (5). Le dispositif décrit realise donc un systeme de deux masses magnétiques, celle dudit aimant (i) de valeur fixe, et celle de ladite bobine (LO) de valeur variable suivant une fonction de type sinusoidale et de pulsation W, lesdites masses en mouvement relatIf représente par une fonction sinusoidale du temps de méme pulsation W; ladite pulsation W n'étant autre que la vitesse de rotation Wr dudit aimant (1) sous la forme Wr=W/(2*Pi) exprimée en tours par seconde. Dans ledit système se cree donc un ensemble de forces de type attraction/répulsion, variables dans le temps mais de type sinusoidales de pulsation W, et , variables dans l'espace par l'intermédiaire de la valeur dudit entrefer (5). Ladite force exerce sur l'axe (2) un couple de type sinusoïdal de pulsation W, et dont l'intégration dans le temps permet d'accéder å une valeur moyenne du couple resistant gendre sur ledit axe (2) par le dispositif objet de lginvention. L'interrupteur (15) étant fermé, la connaissance de la valeur dudit l'entrefer (5) et du signal de tension (fréquence et valeur créte) aux bornes de ladite bobine (10) permet d'acceder å la vitesse de rotation dudit axe (2) et au couple disponible sur ledit axe (2) a ladite vitesse de rotation Faire varier ledit couple résistant revient donc a faire varier la valeur dudit entrefer (5) par l'action de visser/dévisser ledit corps (S) sur ledit flasque (8). Le couple ainsi mesure doit etre corrigé d'une part des pertes par effet Joule dans le circuit électrique constitue par les bobines (10) et (100), d'autre part des pertes par courant de Foucault dans les circuits magnétiques. Une approche de ces pertes peut entre faite d'une part par la mesure de l'intensité, å l'aide d'un schunt, au courant circulant dans ledit circuit électrique, et d'autre part par la connaissance de ia réponse en fréquence, au sens des pertes par courant de Foucault. des toles constituant lesdits circuits magnétiques (4) et (40). La seule mesure d'une vitesse de rotation s'effectue l'interrupteur (15) ouvert et pour une valeur dudit entrefer (5) ia plus grande possible compatible avec l'obtention d'un signal suffisamment significatif pour en mesurer la fréquence tout en limitant les couples parasites nés des pertes par courant de Foucault. A titre non limitatif ni exhaustif il est possible de signaier des variantes possibles au principe de la presente invention, variantes pouvant d'ailleurs se combiner entres eiles: -aimant permanent, ou dispositif inducteur, (1) multipolaires. Ceci revient a creer un multiplicateur de vitesse. -augmenter le nombre de circuits magnétiques (4) et de circuits électriques associés. Ceci revient a augmenter la capacite nominale du générateur de couple. -les circuits magnétiques (4) et (40) sont coaxiaux, les branches des U faisant face aux poles du dispositif inducteur (i). et les bobines (10) et (100) étant cab lets de telle sorte que les masses magnétiques générées en fonctionnement s'additionnent. Ceci revient a augmenter ia capacite nominale du générareur de coup le. REVENDICATIONS Revendication 1: un dispositif be mesure de vitesse de rotation et du moment d'un couple comportant: -un moyen (1) d'induction d'un champ magnétique, calé sur l'axe (2). -un circuit magnétique (4). -un moyen controlant l'entrefer (5). distance entre les faces polaires dudit moyen d'induction (1) et les extrémités dudit circuit magnétique (4). -un circuit magnétique (40). -un circuit électrique comprenant: -une bobine (10) sur le circuit magnétique (4) -une bobine ce ha e (100) sur le circuit magnétique (40). -un moyen interrupteur (15) ouvrant ou fermant ledit circuit électrique. -un moyen de mesure (13) qui esure la fréquence, ia tension et l'intensité du signal électrique parcourant ladite bobine (10). -un moyen qui mesure la valeur dudit entrefer, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit entrefer (5) peut varier. Revendication 2: un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite bobine (10) a un coefficient de self induction prépondérant par rapport A sa resistance électrique. Revendication : un dispositif selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que ladite bob ne de charte (100) est identique ladite bobine (10) et est bobinée sur ledit circuit magnétique (40) identique audit circuit magnétique (4).