Brevet FR2889309A1 — publié le 20070202

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE D'UN ROTOR A AILETTES L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la mesure d'un mouvement rotatif, en particulier pour des mesures effectuées sur des ailettes d'un compresseur. Des procédés sont connus pour mesurer des mouvements rotatifs. D'une part, on connaît des procédés qui travaillent avec des aimants permanents, sur une base magnéto-inductive ou magnéto-résistive (capteurs à effet Hall). Par ailleurs, il est connu de mesurer la modification d'une fréquence d'un circuit oscillant constitué par trois circuits oscillants décalés à 120 , en utilisant une partie mécanique tournant avec une roue à ailettes. D'autre part, le document FR-A-2 767 918 décrit un procédé de mesure de mouvement rotatif. Ce procédé fournit un saut de tension à un circuit électrique à un taux de répétition élevé par rapport à la fréquence de rotation d'un élément rotatif. Ce circuit présente une résistance ohmique et une réactance, la réactance étant disposée à proximité de l'élément rotatif. L'élément rotatif est muni d'un matériau conducteur réparti par tronçons sur toute sa périphérie. La durée entre le début du saut de tension et l'arrivée à un niveau prédéterminé de tension aux bornes de la résistance ohmique est mesurée. Cette durée permet d'obtenir une information sur la position angulaire de l'élément rotatif. La fréquence du mouvement rotatif est établie à partir de la mesure de cette durée. Ce type de mesure présente des inconvénients. D'une part, la mesure de fréquence de rotation peut être faussée lors d'un endommagement de l'élément rotatif. Certaines positions angulaires de l'élément rotatif peuvent ainsi ne pas être détectées. La fréquence de rotation extrapolée peut ainsi être inférieure à la fréquence réelle. Cette mesure erronée peut conduire à une erreur dans une boucle de régulation, ce qui peut aboutir à la destruction de l'élément rotatif, en particulier lorsqu'il s'agit d'une roue de turbocompresseur atteignant des fréquences de rotation très élevées. D'autre part, il existe un besoin pour un dispositif de mesure fournissant plus d'informations sur l'évolution du fonctionnement de l'élément rotatif. L'invention vise à résoudre un plusieurs de ces inconvénients. L'invention propose ainsi un dispositif de mesure, comprenant: - un rotor muni d'ailettes métalliques réparties autour de son axe de rotation; un circuit électrique fixé à un stator, comprenant. - une source de sauts de tension à une fréquence 25 supérieure à la fréquence de rotation prévue pour le rotor; et - une résistance ohmique et une réactance alimentée par la source, disposée à proximité d'une surface de révolution décrite par la périphérie des 30 ailettes et dont les propriétés électriques sont influencées par la distance séparant cette réactance de l'ailette la plus proche; - un organe mesurant une première durée séparant le début d'un saut de tension et le franchissement d'un 5 premier seuil de tension aux bornes de la résistance ohmique; - un circuit logique déterminant la présence ou l'absence d'une ailette à proximité de la réactance en fonction du temps mesuré, déterminant une seconde durée séparant la présence de deux ailettes successives et générant un premier signal d'erreur lorsque la seconde durée dépasse un second seuil. L'invention porte également sur un véhicule comprenant un tel dispositif de mesure. L'invention porte encore sur un procédé de détermination de détérioration d'une ailette métallique d'un rotor, comprenant les étapes suivantes: mettre un rotor muni de plusieurs ailettes métalliques en rotation; alimenter un circuit électrique fixé à un stator par une source de sauts de tension à une fréquence supérieure à la fréquence de rotation du rotor, le circuit électrique présentant une résistance ohmique et une réactance alimentée par la source et disposée à proximité d'une surface de révolution décrite par la périphérie des ailettes; - mesurer une première durée séparant le début d'un saut de tension et le franchissement d'un premier seuil de tension aux bornes de la résistance ohmique; - déterminer la présence ou l'absence d'une ailette à proximité de la réactance en fonction du temps mesuré et déterminer une seconde durée séparant la détermination de deux ailettes successives et générer un premier signal d'erreur lorsque la seconde durée dépasse un second seuil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui 10 en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 illustre l'invention appliquée à une roue d'admission d'un turbocompresseur représenté en 15 coupe; - la figure 2 illustre schématiquement le principe de détermination de la présence d'une ailette à proximité d'une réactance d'un dispositif de mesure; - la figure 3 illustre schématiquement le principe de 20 détermination d'un balourd; -la figure 4 illustre schématiquement une roue d'admission d'une variante de turbocompresseur. L'invention propose d'extrapoler des informations concernant le fonctionnement de l'élément rotatif en fonction d'une mesure de temps séparant le début d'une impulsion du franchissement d'un seuil de tension. Un circuit électrique est fixé à un stator. Ce circuit électrique comprend une source de sauts de tension présentant une fréquence supérieure à la fréquence de rotation prévue pour le rotor du dispositif. Le circuit électrique présente une résistance ohmique et une réactance alimentée par la source. Le rotor présente plusieurs ailettes métalliques réparties autour de son axe de rotation. Lorsque le rotor est mis en rotation, les ailettes passent successivement à proximité de la réactance et modifient alors ses propriétés électriques en fonction de leur rapprochement. La réactance se trouve ainsi à proximité d'une surface de révolution décrite par la périphérie des ailettes durant leur rotation. Un organe mesure la durée séparant le début d'un saut de tension et le franchissement d'un premier seuil de tension aux bornes de la résistance ohmique. Un circuit logique détermine alors l'absence ou la présence d'une ailette à proximité de la réactance. En déterminant la durée séparant deux détermination de présence successives et comparant cette durée à un seuil attendu, on peut déterminer si une ailette est endommagée ou brisée pour générer le cas échéant un signal d'erreur. Un tel dispositif de mesure est relativement aisé à 20 fabriquer en grande série et à intégrer dans un véhicule automobile. La figure 1 représente l'application particulière de l'invention à une roue de turbocompresseur. L'invention pourrait cependant s'appliquer à tout élément rotatif muni d'ailettes, tel qu'un compresseur. Le turbocompresseur 1 présente une roue d'admission 2 munie de plusieurs ailettes 21, 22 réparties autour de son axe de rotation. Une roue de turbocompresseur peut présenter de façon connue en soi plus d'une dizaine d'ailettes. La roue 2 est disposée dans une admission d'air 23 délimitée par un carter 24, recevant de l'air à la pression atmosphérique. Lorsque la roue est mise en rotation, l'air de l'admission est refoulé à une pression supérieure au niveau de l'orifice de sortie 25. La roue 2 est fixée de façon connue en soi à l'extrémité d'un arbre 3 monté rotatif par rapport à un carter. Une seconde roue 4 est fixée à une autre extrémité de l'arbre 3. La roue 4 présente plusieurs ailettes et est entraînée par les gaz d'échappement entrant par l'orifice 42. Les gaz d'échappement sont refoulés par l'orifice de sortie 41. Le turbocompresseur inclut un dispositif de mesure. Ce dispositif de mesure fait notamment appel à un circuit électrique (non représenté) logé dans un boîtier 27 et incluant une réactance 26. La réactance 26 est disposée à proximité de la surface de révolution décrite par la périphérie des ailettes 21 et 22 lors de la rotation de la roue 2. La réactance est avantageusement disposée à une distance inférieure à 1 millimètre de la surface de révolution décrite par la périphérie des ailettes. La réactance 26 est disposée en série avec une résistance ohmique et est alimentée par une source de sauts de tension non illustrée. Les sauts de tension sont générés à une fréquence supérieure à la fréquence de rotation maximale prévue pour le rotor. Cette fréquence de rotation est bien déterminée au préalable, notamment pour un turbocompresseur destiné à alimenter un moteur à combustion interne. Plus précisément, les sauts de tension sont générés à une fréquence f supérieure au nombre d'ailettes nb de la roue 2 multiplié par sa fréquence fr de rotation. De préférence, la fréquence f des sauts de tension sera avantageusement de l'ordre de 1 à 2 MHz. Dans une application à un turbocompresseur automobile, la fréquence des sauts de tension peut typiquement être de l'ordre de 1 MHz. Les propriétés électriques de la réactance sont modifiées en fonction de la distance entre cette réactance et l'ailette métallique la plus proche. Ainsi, si la réactance 26 est une inductance, celle-ci va induire des courants de Foucault dans l'ailette par couplage électromagnétique. L'amplitude de ces courants varie en fonction de la distance entre l'ailette et l'inductance. Ainsi, plus une ailette sera proche de l'inductance, plus la charge vue par le circuit électrique sera élevée (variation de la valeur de l'inductance vue par le circuit). Cette variation de la charge du circuit électrique peut ainsi être utilisée pour déterminer la présence ou l'absence d'une ailette à proximité de la réactance. Une ailette peut par exemple être considérée comme présente à proximité de la réactance si sa périphérie intersecte une ligne partant de la réactance jusqu'à l'axe de rotation de la roue 2. La figure 2 représente un diagramme de la tension aux bornes de la charge ohmique lors d'un saut de tension. A un instant t, une chute de tension débute, marquant le début du saut de tension. Une remontée de tension est ensuite appliquée. La durée de remontée de la tension est fonction de la charge du circuit électrique. Ainsi la courbe en trait discontinu correspond à une remontée de tension en l'absence d'ailette à proximité de la réactance, la courbe en trait plein correspondant à une remontée de tension en présence d'une ailette à proximité de la réactance. Le dispositif de mesure mesure une durée séparant le début de la baisse de tension et le franchissement à la hausse d'un seuil de tension Vs par la tension aux bornes de la résistance. Cette durée prendra respectivement les valeur t1 et t2 en absence ou en présence d'une ailette à proximité de la réactance 26. On peut également prévoir de mesurer la durée séparant les franchissements à la baisse et à la hausse d'un même seuil de tension Vs, afin de simplifier le circuit électrique mis en uvre. Le début du saut de tension est alors considéré comme étant le franchissement à la baisse du seuil de tension Vs. Un circuit logique détermine l'absence ou la présence d'une ailette à proximité de la réactance 26 en comparant la durée mesurée à un seuil défini préalablement. Lorsque le circuit logique détermine la présence d'une ailette, il calcule la durée séparant la présence de cette ailette de la précédente détermination de présence d'ailette. Si cette durée entre les présences d'ailettes successives dépasse un seuil, défini au préalable, un signal d'erreur est généré pour signaler la détérioration ou l'arrachement d'une ailette de la roue 2. Le seuil de durée à partir duquel un signal d'erreur est généré peut être déterminé de la façon suivante: on mesure une ou plusieurs durées séparant des présences successives d'ailettes, pour en déduire de façon connue en soi la fréquence de rotation du rotor. On détermine alors une durée maximale acceptable entre deux présences d'ailettes successives, par exemple à partir du ralentissement maximal envisageable entre deux ailettes successives à cette fréquence de rotation. Le seuil de génération de signal d'erreur est alors fixé à cette valeur de durée maximale. Des seuils de valeur peuvent également être définis préalablement en fonction des fréquences de rotation, par des calibrages effectués en usine. Le signal d'erreur est avantageusement utilisé pour prévenir une avarie du rotor. Dans un véhicule automobile, le signal d'erreur peut notamment commander une limitation de la pression de suralimentation ou l'activation d'un rupteur empêchant le moteur de dépasser une certaine fréquence de rotation. Toute mesure adéquate peut être prise pour empêcher la rupture du turbocompresseur ou un incident risquant de mettre le conducteur en danger. Dans l'application de l'invention à une roue d'entrée de turbocompresseur, la réactance est avantageusement disposée au niveau d'une demi longueur de l'ailette ou de la surface de révolution formée. En effet, la réactance est alors sensible aux détériorations ou arrachements d'ailettes les plus fréquents, dus à l'entrée d'un corps étranger dans l'admission d'air 23, tout en présentant un risque moindre d'être endommagée, par rapport à une réactance disposée proche de l'extrémité de la roue la plus proche de l'admission d'air. La mesure de fréquence de rotation d'un rotor étant généralement exploitée dans des boucles de régulation, le signal d'erreur correspondant à la détérioration ou à l'arrachement d'une ailette est avantageusement utilisé pour corriger le calcul de la fréquence de rotation du rotor. Une fréquence de rotation corrigée est alors générée et utilisée. On peut noter que si une détérioration d'une ailette ne génère pas de signal d'erreur, cette détérioration ne faussera pas la détermination de la fréquence de rotation et la fréquence de rotation corrigée n'aura pas à être utilisée. L'invention permet également de déterminer une évolution des propriétés de rotation du rotor. L'invention permet notamment de détecter l'augmentation d'un balourd, l'évolution du jeu radial, ou une détérioration de la circularité de rotation. Pour cela, on détermine au préalable la présence ou l'absence d'une ailette à proximité de la réactance. Comme illustré à la figure 3, on peut définir au préalable des durées minimale et maximale allant du début du saut de tension au franchissement du seuil de tension. La durée maximale est associée à la distance minimale à respecter entre une ailette à proximité et la réactance. La durée minimale est associée à une distance maximale à respecter entre une ailette à proximité et la réactance. Si la durée mesurée n'est pas comprise entre ces durées limites, un signal d'erreur peut être généré. Ces durées limites peuvent être définies au préalable pour permettre une rotation acceptable du rotor, par exemple à partir de données extraites d'un banc d'essai. Ces durées limites peuvent être mémorisées dans une mémoire non volatile du dispositif de mesure. On peut également prévoir que le signal d'erreur n'est généré que si différentes durées mesurées franchissent respectivement la limite supérieure et la limite inférieure. Les franchissements de limites successifs peuvent également être analysés pour déterminer si l'axe de rotation de la roue se déplace selon une cycloïde hors d'un domaine acceptable. On peut encore prévoir que le signal d'erreur ne soit généré que si ces limites sont franchies de façon répétée sur plusieurs cycles de rotation. Les limites peuvent également être variables en fonction de la fréquence de rotation du rotor. Le cas échéant, la fréquence corrigée peut être utilisée pour déterminer ces limites. En fonction des résultats tirés de l'analyse des paramètres de rotation, le seuil de durée conduisant à déterminer une erreur de détérioration ou d'arrachement d'ailette peut également être modifié. On évite ainsi de déterminer de façon erronée l'absence d'une ailette à proximité de la réactance. Un certain nombre de perfectionnements de l'invention sont envisageables. Ainsi, on privilégiera l'utilisation d'ailettes réalisées en matériau paramagnétique, tel qu'un alliage d'aluminium, pour favoriser la génération de courant de Foucault dans les ailettes. La figure 4 illustre schématiquement une roue 2 de turbocompresseur présentant de façon connue en soi une alternance de deux types d'ailettes 21 et 28 autour de l'axe de rotation. Ces deux types d'ailettes ont sensiblement la même forme mais les ailettes 28 sont plus courtes que les ailettes 21, l'extrémité la plus proche de l'admission d'air étant en retrait par rapport à l'extrémité correspondante des ailettes 21. La réactance 26 est alors disposée à proximité de la surface de révolution commune formée par les périphéries des ailettes 21 et 28. Des signaux d'erreurs peuvent alors être généré par le dispositif de mesure pour les deux types d'ailettes. La réactance 26 sera de préférence disposée à un niveau où la courbure des ailettes forme un angle de 45 avec l'axe de rotation. Le circuit électrique présentera avantageusement une constante de temps réduite pour accroître la fréquence 15 des sauts de tension. 13 REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend: - un rotor (2) muni d'ailettes métalliques (21, 22) réparties autour de son axe de rotation; - un circuit électrique fixé à un stator, comprenant: - une source de sauts de tension à une fréquence supérieure à la fréquence de rotation prévue pour le rotor; et une résistance ohmique et une réactance (26) alimentée par la source, disposée à proximité d'une surface de révolution décrite par la périphérie des ailettes et dont les propriétés électriques sont influencées par la distance séparant cette réactance de l'ailette la plus proche - un organe mesurant une première durée séparant le début d'un saut de tension et le franchissement d'un premier seuil de tension aux bornes de la résistance ohmique; - un circuit logique déterminant la présence ou l'absence d'une ailette à proximité de la réactance en fonction du temps mesuré, déterminant une seconde durée séparant la présence de deux ailettes successives et générant un premier signal d'erreur lorsque la seconde durée dépasse un second seuil. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, dans lequel le circuit logique détermine préalablement la fréquence de rotation du rotor (2) en mesurant une troisième durée séparant la présence de deux ailettes (21, 22) successives, puis définit le second seuil en fonction de la troisième durée. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit logique détermine une fréquence de rotation du rotor (2) en fonction d'un nombre de présences d'ailettes déterminées et détermine une fréquence de rotation corrigée du rotor lorsqu'un premier signal d'erreur est généré. 4. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit logique détermine la présence d'une ailette et détermine que la première durée n'appartient pas à une plage de valeurs prédéfinie. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 4, 15 comprenant une mémoire non volatile mémorisant la plage de valeurs prédéfinie. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ailettes sont réparties régulièrement autour de l'axe du rotor. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la réactance (26) est une inductance. 8. Véhicule comprenant un dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rotor est une roue d'admission (2) d'un turbocompresseur (1). 9. Véhicule selon la revendication 8, dans lequel la réactance du circuit électrique est disposée sensiblement au milieu de la longueur de ladite surface de révolution. 10. Véhicule selon la revendication 8 ou 9, dans lequel: - le rotor (2) présente une alternance de premières et de secondes ailettes autour de l'axe du rotor, les 5 deuxièmes ailettes étant plus courtes que les premières ailettes suivant l'axe du rotor; - les périphéries des premières et des secondes ailettes forment respectivement des première et seconde surfaces de révolution dont une partie est commune; - la réactance est disposée à proximité de la partie commune des surfaces de révolution. 11. Procédé de détermination de détérioration d'une ailette métallique (21, 22) d'un rotor, comprenant les étapes suivantes. - mettre un rotor (2) muni de plusieurs ailettes métalliques en rotation; - alimenter un circuit électrique fixé à un stator par une source de sauts de tension à une fréquence supérieure à la fréquence de rotation du rotor, le circuit électrique présentant une résistance ohmique et une réactance (26) alimentée par la source et disposée à proximité d'une surface de révolution décrite par la périphérie des ailettes; -mesurer une première durée séparant le début d'un 25 saut de tension et le franchissement d'un premier seuil de tension aux bornes de la résistance ohmique; - déterminer la présence ou l'absence d'une ailette à proximité de la réactance en fonction du temps mesuré et déterminer une seconde durée séparant la détermination de deux ailettes successives et générer un premier signal d'erreur lorsque la seconde durée dépasse un second seuil. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel une troisième durée séparant la présence de deux ailettes successives est déterminée au préalable et dans lequel on définit le second seuil en fonction de la troisième durée et de la fréquence de rotation du rotor.