Brevet FR3052591A1 — publié le 20171215

L'invention porte sur l'amélioration d'un électroaimant de magnétisation à courant alternatif sinusoïdal utilisé dans le cadre des contrôles non destructifs suivant la technique de magnétoscopie. L'état de l'art actuel propose des électroaimants portables à courant alternatif alimenté par la tension sinusoïdale secteur de 110 à 230VAC de fréquence 50 ou 60Hz. Des électroaimants basse tension 42 - 48 VAC équipés d'une longue rallonge et alimentés à l'aide d'un lourd transformateur d'isolement lui-même branché sur une prise secteur standard sont disponibles pour réaliser, entre autres, les inspections dans des capacités métalliques et ainsi garantir la sécurité électrique de l'opérateur. L'ensemble de ces électroaimants possède ou non des pôles articulés ou des extensions adaptées à la géométrie de la pièce à inspecter. Par soucis de praticité les utilisateurs souhaitent fortement une version sur batterie car les zones à inspecter ne sont pas forcément équipées d'une source d'alimentation électrique. Des solutions sur batteries sont actuellement disponibles mais génèrent un champ magnétique continu qui n'est pas adapté à la détection de défauts surfaciques comme le demande les normes de contrôles en vigueur. Il existe aussi des versions sur batterie utilisant un convertisseur DC/AC qui génère une tension alternative AC 110 ou 220V. Ces solutions présentent un risque de choc électrique pour l'opérateur car ces dispositifs ne sont ni reliés à la terre ni équipés de disjoncteur différentiel. L'invention consiste en une solution sur batterie équipée d'un convertisseur courant continu vers courant alternatif (DC/AC) très basse tension (TBT) sans transformateur qui alimente l'électroaimant avec une tension alternative de fréquence comprise entre 40 et 70Hz et avec une tension inférieure à 48V. L'invention porte sur le développement d'un convertisseur DC/AC spécialement dédié à cette application ainsi que l'électroaimant équipé d'un bobinage adapté. Les électroaimants actuellement disponibles utilisent une bobine de type solénoïde alimentée par une tension alternative secteur ou via un transformateur. L'invention utilise une ou plusieurs bobines alimentées par une électronique de commutation de puissance en pont complet, communément appelé type H ou Push-pull piloté par des signaux carrés à modulation de largeur d'impulsion (MLI ou PWM Pulse Witdh Modulation). Les rapports cycliques sont paramétrés de façon à générer, après filtrage, un puissant champ magnétique sinusoïdal à la surface de la pièce à contrôler comme demandé par les normes de contrôles en vigueur (exemple : champ magnétique tangentiel efficace 2KA/m pour la norme 2 3052591 NF EN ISO 9934-3). Outre la sécurité de l'opérateur, ce dispositif électromagnétique offre l'avantage d'optimiser la consommation électrique, de réduire le poids des éléments, d'augmenter l'autonomie de l'équipement et de réduire la tension batterie dans des plages standard d'équipements électroportatifs (12-48VDC). 5 L'invention prévoit plusieurs modes de réalisation : > L'électronique de commutation peut être ou non intégrée dans la poignée de l'électro-aimant. > L'âme ferromagnétique de la pince peut servir de dissipateur thermique des composants de puissance. 10 > L'interrupteur poussoir d'activation de l'électroaimant coupe soit la puissance soit l'électronique de commutation. > Un disjoncteur thermique peut-être ajouté au circuit de commande de la puissance pour désactiver l'utilisation de la puissance tant que l'équipement est trop chaud. 15 Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente la vue d'ensemble de l'électroaimant qui extérieurement n'a rien de différentiant des électroaimants existant. La figure 2 représente un exemple d'organisation interne des éléments un demi-capotage démonté. 20 La figure 3 représente le schéma de principe de l'électronique. En référence à ces dessins l'électroaimant est constitué d'une âme métallique en U à pôles articulés (3) sur laquelle est bobiné un solénoïde (2) alimenté par un courant alternatif très basse tension par le biais de l'électronique (1). L'interrupteur (5) pilote le fonctionnement 25 de l'électronique (1). L'électronique (1) est schématisée en trois sous-ensembles, un étage de pilotage (1a), un étage de puissance (2b) et un étage de filtrage (3c). L'ensemble de ces éléments sont regroupés dans une poignée (4). Le câble d'alimentation (6) étant connecté à une batterie très basse tension standard non représentée qui est généralement portée à la ceinture de l'opérateur. 3 3052591 Dans la forme de réalisation de la figure 2 l'âme métallique en forme de U (3) est constituée de lames d'acier à transformateur phosphaté ou vernis pour limiter les pertes et les échauffements par courant de Foucault et assemblées par vissage ou rivetage. Cette âme métallique comporte des pôles articulés pour être parfaitement en contact de la surface à 5 contrôler. Le solénoïde (2) est constitué d'un enroulement à spires jointives de fils de cuivre vernis. Le solénoïde (2) complété d'un filtre passe bas (2c) de type LC est connecté au pont de puissance constitué de 4 transistors de puissance (2b). Le pont de puissance (2b) fixé sur l'âme métallique (3) pour en dissiper l'échauffement est alimenté directement par la tension batterie Lithium-Ion et par l'électronique de pilotage (1a). L'électronique de pilotage (1a) 10 comprend un microcontrôleur qui génère quatre signaux numériques. Deux signaux carrés de fréquence 50Hz déphasés de 180° et deux signaux à modulation de cycle de fréquence 5000Hz comprenant 50 variations de cycles représentatifs chacun d'une demi-période sinusoïdale. Ces deux signaux sont également déphasés de 180°. Les quatre signaux sont ensuite conditionnés par un circuit spécialisé dans le pilotage de transistor de puissance monté en 15 pont complet. Le microcontrôleur génère également un signal continu dès que celui-ci est stabilisé à sa mise en tension, ce signal est régulièrement mis à jour par surveillance interne de l'état du microcontrôleur. Ce signal est désactivé en cas de problème au niveau du microcontrôleur pour éviter que la puissance génère des signaux non adaptés qui pourraient endommager les transistors de puissance. Ce signal alimente une LED pour avertir l'opérateur 20 en cas de problème. Ce signal alimente également l'interrupteur (5) d'activation de la puissance via un bilame fixé sur l'âme métallique (3). Le bilame s'ouvre à une température de sécurité ce qui inhibe l'utilisation de la puissance temps que la température de l'âme métallique est trop élevée. L'activation de la puissance est réalisée via les entrées sommeil des deux circuits de pilotage des transistors de puissance. L'ensemble de ces éléments 25 constitue une chaine de sécurité permettant de garantir une grande pérennité de l'électronique tout en assurant une sécurité totale de l'utilisateur. L'électroaimant suivant l'invention est particulièrement destiné au contrôle non destructif suivant la technique de magnétoscopie. 4