Brevet FR2686413A1 — publié le 19930723

La presente invention concerne un dispositif permettant de mesurer la vitesse de rotation d'un objet anime d'un mouvement de rotation. Le même dispositif permet aussi de mesurer le moment du couple disponible sur l'axe de rotation, soit donc la puissance disponible sur ledit axe. Un tel dispositif trouve un exemple, non restrictif, d'application dans la mesure de la vitesse de rotation d'une turbine et de la puissance disponible sur son axe A ses divers regimes de fonctionnement. Deux aspects complémentaires sont a distinguer dans le dispositif objet de l'invention: l'aspect mesure. l'aspect générateur de couple résistant. Pour ces deux aspects, b considérer l'état actuel de la technique, il existe un grand nombre de dispositifs capables de mesurer, independamment souvent, parfois simultanement, la vitesse de rotation et le moment d'un couple, et , de générer des couples résistantes 9 un mouvement de rotation. Cependant il apparait que ces dispos tifs deviennent bien moins nombreux et précis lorsque la vitesse de rotation est élevee, et encore bien moins nombreux lorsque la vitesse de rotation excede des régimes de l'ordre de 3000R tr/mn. Quant a l'aspect mesure de la vitesse de rotation il est possible de distinguer: -des dispositifs de type mécanique. -des dispositifs de type electrique, telle la génératrice tachymétrique, ou de type électromagnetique. -des dispositifs de type fluidique. -des dispositifs dit de type lectronique, tels que des dispositifs å base de semi conducteurs à effet Hall. -des dispositifs de type vibratoire tels que des dispositifs acoustiques. Hormis les dispositifs de type mecanique et électrique qui doivent faire appel å des artifices mécaniques en général lourds , coûteux, peu fiables et interférant avec le milieu mesuré lorsque les régimes de rotation deviennent élevés ou très élevés, les autres dipositifs sont souvent legers, robustes, fiables et interfèrent peu ou pas avec le milieu mesuré. Par contre, ils ne sont conpus presque exclusivement que pour la mesure de vitesse, de rotation en l'occurence. Quant 9 l'aspect mesure du moment d'un couple il est possible de distinguer: -des dispositifs mécaniques du type frein de Prony, hydrauliques du type frein de Froude, aérodynamiques du type frein de Renard. -des dispositifs du type dynamo. -des dipositifs a base de jauges de contraintes ou de mesure de variations de champs magnétiques. -des dispositifs divers fondes sur des variations dimensionnelles ou des déformations, en général dans le domaine élastique, sous contrainte. Au dessus de quelques milliers de tours par minute de tels dispositifs doivent souvent faire appel 9 des moyens mécaniques de réduction de la vitesse de rotation Quant a l'aspect générateur de couple résistant les dispositifs rencontres sont de type mécanique ou trique . Mais de même que pour l'aspect précedemment évoque, des que la vitesse de rotation excède quelques milliers de tours par minute des dispositifs mécaniques lourds et d'un emploi delicat doivent être mis en oeuvre arin de réduire la vitesse de rotation appliquée au générateur de couple resistant. Le dispositif invente est constitué di: *un ensemble électromagnétique composé de: -un aimant permanent. -un circuit magnétique -un bobinage enroulé sur le circuit magnétique. *un ensemble de mesure et controle composé de: -une résistance de charge variable. -un moyen de mesure de la fréquence du courant parcourant la résistance de charge. -un moyen de mesure de la puissance du courant parcourant la resistance de charge Constatant qu'une mesure de vitesse de rotation ou du moment du couple moteur d'un objet tournant est d'autant plus precise que le dispositif de mesure interfére d'autant moins avec le milieu mesure, constatant que la rotation d'un dipole magnétique au sein d'un circuit magnétique induit dans ledit circuit magnétique un champ magnetique oscillant, constatant que ledit champ magnétique oscillant induit sur un circuit électrique un champ électrique oscillant suivant le principe de Faraday , un but de l'invention est de caler sur l'axe de rotation dudit objet tournant un dipole magnétique dont l'axe magnétique est perpendiculaire audit axe, et dont la vitesse de rotation exprimée en tours par seconde est égale a la fréquence des oscillations dudit champ électrique Constatant que la valeur maximale dudit champ magnetique dépend de l'entrefer existant entre les pâles du dipôle magnétique et les extremites de ladite masse magnétique, constatant que, lors de la fermeture dudit circuit électrique, ledit champ electrique induit un courant électrique, constatant qu'ainsi la puissance dissipée dans ledit circuit électrique dépend de la valeur maximale dudit champ électrique, un but de l'invention est de faire varier ledit entrefer. Constatant que la mesure de la vitesse de rotation dudit objet est d'autant plus precise que le dispositif de mesure interfère d'autant moins avec le milieu mesure, constatant que la puissance dissipée dans ledit circuit électrique dépend de la valeur dudit entrefer, un but de l'invention est de faire varier ledit entrefer. Constatant que ladite puissance electrique n' est autre que la puissance d'un couple résistant généré sur l'axe dudit objet par voie electromagnétique, un but de l'invention est d'acceder a la valeur de cedit couple par la mesure de ladite puissance. Constatant que la puissance dissipée dans ledit circuit electrique dépend de la valeur dudit entrefer, constatant que ladite puissance électrique n'est autre que la puissance d'un couple resistant gendre sur l'axe dudit objet par voie électromagnétique, un but de l'invention est de faire varier ledit entrefer. Constatant que l'effet de self induit par un circuit électrique réalise un déphasage entre ledit champ electrique et ledit courant électrique, constatant que la puissance dudit courant électrique parcourant ledit circuit électrique est une fonction du cosinus dudit déphasage, constatant que la partie dudit circuit electrique enroule sur ledit circuit magnétique réalise un effet de self d'autant plus important que la vitesse de rotation dudit dipôle magnetique est élevée, un but de l'invention est de limiter le coéfficient de self induction dudit circuit électrique en adjoignant une resistance de charge afin de pouvoir générer un couple résistant significatif b un régime de rotation élevé, Constatant qu'à un régime de rotation donne dudit dipôle magnétique la puissance dudit courant électrique parcourant ledit circuit électrique est fonction de la resistance dudit circuit électrique, constatant que l'intensité dudit courant électrique est limite par des considerations constructives, constatant que le point nominal de fonctionnement de la réalisation pratique du dispositif inventé est caracterisé par la vitesse de rotation et la puissance dissipee dans ledit circuit électrique, un but de l'invention est de réaliser une résistance variable pour ledit circuit électrique. Constatant que le régime nominal de fonctionnement a une puissance nominale donnee est fonction de la valeur du océfficient de self induction dudit circuit électrique, un but de l'invention est de réaliser un coéfficient de self induction variable. Dans ce qui suit la présente invention est explicitée par un exemple concret de réalisation donné a titre non limitatif ni exhaustif des différentes réalisations pouvant utiliser l'esprit de ladite invention, et par un dessin annexe sur la planche 1/1, figure 1, representant le schéma general de l'invention Un aimant permanent bipolaire t1) en fer cheval est calé sur l'axe (2) de l'objet en rotation par l'intermédiaire d'une pièce d'adaptation (3), réalisée dans une matière fiiamagnetique, ici 9 titre d'exemple non restrictif l'AU4G. L'axe magnetique dudit aimant (1) est perpendiculaire audit axe (2). Le circuit magnetique comprend: -une masse magnétique (4) en forme de U, de section droite rectangulaire par rapport a l'axe neutre dudit U, constituée par un empilage de tulles magnetique. -un espace, appele entrefer, (5) compris entre les faces dudit aimant (1) et les extremites de ladite masse magnétique (4). Ladite masse magnétique (4) est solidaire d'un corps (6) réalise dans une matière diamagnétique, ici le polyamide. Ledit corps (e) possede un filetage interieure pouvant se visser sur un flasque (8) supportant le palier () de l'axe (2). L'action de visser (/dévisser) ledit corps (6) sur ledit flasque (8) diminue C/augmente) l'entrefer (5), Une bobine (10) est constituée par les 4 bobinages élémentaires (110), (111), (120) et (121) realisés par l'enroulement sur la dite masse magnetique (4) d'un fil de cuivre Isole. Les bornes desdites bobines élémentaires sont reliées à un moyen de sélection (17) permettant de mettre en serie au sens électrique et électromagnétique un nombre voulu desdites bobines élémentaires. Les bornes de ladite bobine t10) sont reliées 9 une resistance de charge variable (14). Un interrupteur (15) placé entre ladite bobine (10) et ladite résistance (14) permet d'ouvrir ou fermer le circuit électrique ainsi constitue. Ladite resistance (14) se présente sous la forme d'un ensemble de résistances de charge élémentaires calibrées, Un moyen de sélection (18) permet de mettre en série un nombre voulu desdites resistances élémentaires. Le moyen de mesure (13) est constitue ici, 9 titre d'exemple non restrictif, par un fréquencemètre, mesurant la fréquence de la tension aux bornes de ladite bobine (10), et par un wattmètre, mesurant la puissance dissipée dans le circuit électrique. La rotation de l'aimant (1) crée dans la masse magnétique (4) un champ magnetique oscillant dont la variation de flux b travers la bobine (10) induit une tension électrique, notée E, oscillant å une frequence, notée f, mesuree par le fréquencemètre et gale à la valeur de la vitesse de rotation de l'aimant (1) exprimee en tours par seconde, puisque, dans le dispositif décrit, l'aimant (1) est constitué par un dipôle magnétique; une variante du dispositif peut être conçue en utilisant un aimant multipolaire. Ainsi une mesure de la vitesse de rotation s'effectue par le fréquencemètre branché aux bornes de la bobine (10), le circuit electrique étant ouvert, la valeur de l'entrefer (5) etant suffisamment faible pour avoir une tenion significative aux bornes de la bobine (10). Une augmentation de la valeur de la résistance, notée R, du circuit électrique par action sur le selecteur (18) augmente le regime de puissance nomimale, augmente la tension aux bornes de la bobine (e0) et diminue l'intensité du courant parcourant le circuit électrique; et inversement pour une diminution de la valeur de R. Une augmentation de la valeur du coefficient de self induction, noté L, du circuit électrique par action sur le sélecteur (17) diminue le régime de puissance nominale sans affecter significativement la tension et l'intensité du courant dans le circuit électrique; et inversement pour une diminution de la valeur de L. La résistance R et le océfficient de self induction du circuit électrique etant connus et définis pour un fonctionnement nominal du dispositif, le wattmetre permet d'accéder a la valeur de la puissance parcourant le circuit électrique lorsque l'interrupteur (15) est fermé. L'action de visser le corps (s) sur le flasque (s) réduit l'entrefer (5). La valeur maximale du champ magnétique oscillant augmente ainsi que la valeur maximale de la tension E. Conséquemment la puissance dissipée dans le circuit électrique augmente comme le couple résistant exercé sur l'axe (2) de l'objet en rotation. La mesure du couple disponible sur l'axe (2) de l'objet en rotation, s'effectue indirectement par la mesure de la vitesse de rotation, a l'aide du fréquencemètre, et par la mesure de la puissance, a l'aide du wattmètre, l'interrupteur (15) étant ferme. Générer un couple résistant, note Cr, 9 un regime de rotation, note Wr et exprime en radians par secondes se réalise en vissant, ou dévissant, le corps (6) sur le flasque (8) afin d'afficher une valeur Wr/2/lTpour la fréquence lue sur le fréquencemétre, et une valeur Cr*Wr pour la puissance lue sur le wattmètre. REVENDICATIONS Revendication t: un agencement permettant ia mesure de la vitesse de rotation at/ou ia mesure du moment d'un couple sur un axe de rotation (2). et comportant: -un dispositif d'induction (1) d'un champ magnétique, d'axe magnétique perpendiculaire audit axe et calé sur ledit axe. -un circuit magnétique comprenant -une masse magnétique (4), constituee de toles magnétiques empiiees et refermant de maniere privilégiée le champ magnétique induit par ledit dispositif d'induction (1). -un entrefer (5) pouvant varier a l'aide d'un dispositif de transiation controlant la distance entre les faces polaires dudit dispositif d' induction (1) et les extrémitées du ladite masse magnétique (4). -un circuit electrique comprenant: -une bobine (LO) constituee par la mise en serie au sens électrique et électromagnétique à l'aide d'un dispositif selecteur C17) de tout ou partie d'un ensemble d'enroulements élémentaires de fil conducteur de l'électricité réalisant chacun une bobine elementaire de résistance et de coefficient de self induction connus, iesdites bobines élémentai e etant enrou 1 ees sur ladite masse magnétique (4) suivant un axe de même direction que celle du champ magnétique induit dans ladite masse magnétique (4). -une résistance variable de charge (14) constituée par ia mise en serie au sens électrique a l'aide d'un dispositif de sélection (18) de tout ou partie d'un ensemble de résistances élémentaires calibrées ayant un coefficient de self induction négligeable. -un dispositif interrupteur (15) ouvrant ou fermant ledit circuit électrique. -un dispositif de mesure (1v) permettant d'accéder a la fréquence du signal électrique parcourant ladite bobine (10), et d'accéder a la puissance du courant electrique parcourant la résistance de charge (14). ledit agencement étant caractérise- en ce que ledit entrefer (5) peut varier. Revendication 2': un agencement suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la résistance (14) est variable. Revendication 3: un agencement suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le coefficient de self induction de la bobine (10) est variable.