Détecteur électromagnétique de vitesse de rotation d'un organe tournant

Domaine technique de l'invention

L'invention concerne un dispositif à reluctance variable multivoies pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant couplée à une roue dentée et notamment pour mesurer la vitesse de rotation d'un moteur d'aéronef.

Arrière-plan de l'invention Un capteur de vitesse à reluctance variable est un détecteur dont le circuit magnétique inclut une roue dentée en matériau ferromagnétique couplée à un organe tournant dont on désire mesurer la vitesse de rotation.

Un capteur de ce genre, connu par exemple par le brevet français FR2369565 déposé au nom de la demanderesse, est illustré de manière schématique à la figure 3 qui montre un ensemble multivoies 100 comportant trois sondes 102 à reluctance variable. En effet, pour contrôler le bon fonctionnement d'une machine tournante 104 nécessitant une grande sécurité de fonctionnement, en particulier un moteur d'aéronef, il est essentiel de disposer d'au moins deux sondes à reluctance variable afin de fournir des signaux indépendants à des moyens de contrôle 106.

Chaque sonde 102 à reluctance variable comporte une bobine 108 entourée autour d'une pièce polaire 110 fixée à un aimant permanent cylindrique droit 112. La pièce polaire est montée en regard d'une roue dentée 114 en matériau ferromagnétique avec un entrefer déterminé. Lorsque la roue dentée tourne, la bobine qui est soumise au flux de l'aimant permanent, est excitée par le passage des dents de la roue, délivrant alors aux moyens de contrôle un courant électrique alternatif dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation de cette roue.

Cependant, un tel assemblage de trois sondes indépendantes à reluctance variable présente des dimensions non négligeables surtout pour un montage dans un environnement local encombrant et difficile tel qu'un moteur d'aéronef.

Objet et résumé de l'invention

L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients grâce à un dispositif à reluctance variable multivoies pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant couplé à une roue dentée en matériau ferromagnétique, le dispositif comportant une pluralité d'éléments de détection et un élément commun d'excitation magnétique comportant une pièce polaire en matériau ferromagnétique et un aimant permanent, caractérisé en ce que ledit aimant permanent comporte plusieurs alvéoles munies de plots centraux destinés à supporter ladite pluralité d'éléments de détection.

Ainsi, le dispositif obtenu présente un encombrement particulièrement réduit, une masse faible et donc un coût de réalisation moindre.

De préférence, ledit aimant permanent est un aimant cylindrique droit dont une extrémité disposée en regard de la roue dentée avec un entrefer déterminé est recouverte par ladite pièce polaire.

Cette géométrie élémentaire facilite la fabrication de l'aimant permanent.

Selon un exemple de réalisation de l'invention, lesdits éléments de détection comportent chacun une bobine de détection enroulée autour d'un noyau isolant, chacun desdits noyaux isolants étant monté à coulissement sur un desdits plots centraux desdites alvéoles de l'aimant permanent.

Ainsi, Ie module de détection peut être monté et démonté simplement pour permettre sa réparation en cas de défectuosité,

Selon une particularité de l'invention, le dispositif comporte un tube protecteur amagnétique soudé sur ladite pièce polaire et dont le diamètre intérieur est ajusté au diamètre dudit aimant permanent de façon à créer un réceptacle de protection pour cet aimant. Avantageusement, ledit aimant permanent est du type aimant terre rare à fort champs coercitifs et lesdites alvéoles sont réalisées par électroérosion, carottage, usinage ou moulage.

L'invention vise aussi un système de contrôle de la vitesse de rotation d'un moteur, notamment d'aéronef, et un moteur d'aéronef comportant un dispositif à reluctance variable multivoies selon les caractéristiques ci-dessus.

Brève description des dessins

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite, ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

-la figure 1 est une vue illustrant un exemple de réalisation d'un dispositif à reluctance variable multivoies selon l'invention ;

-la figure 2 est une vue de détail illustrant l'aimant permanent utilisé dans le dispositif à reluctance variable multivoies de la figure 1 ; et

-la figure 3 est une vue schématique illustrant un capteur à reluctance variable selon l'art antérieur.

Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 illustre un dispositif à reluctance variable multivoies selon l'invention. Le dispositif décrit est du type à flux ouvert, c'est-à-dire que les lignes de force du circuit magnétique passant par la pièce polaire, l'aimant et une dent de la roue phonique associée à l'organe tournant dont la vitesse de rotation est à mesurer se referment dans l'air ambiant.

Selon l'invention, le dispositif à reluctance variable multivoies 10 comporte un module de détection 12 et un élément d'excitation magnétique 14 intégrés tous deux dans un boîtier cylindrique dont une extrémité est disposé en regard d'une roue phonique 16 avec un entrefer déterminé et de préférence le plus faible possible. La roue phonique est une roue codeuse ou dentée en matériau ferromagnétique doux couplée à, ou constitué par l'organe tournant du moteur (non représenté) dont on souhaite connaître la vitesse de rotation. En effet, la roue phonique peut être elle-même constituée par l'organe tournant, par exemple un engrenage du moteur. Par ailleurs, l'organe tournant peut être l'arbre du moteur et dans ce cas, la roue dentée est solidaire en rotation de cet arbre dont la vitesse de rotation est à mesurer.

Bien entendu, le boîtier est monté par des moyens de fixation (non représentés) sur un support fixe, par exemple un carter intermédiaire interne au moteur (également non représenté), par rapport à la roue dentée de façon à être positionné en regard de la roue dentée avec un entrefer contrôlé. En outre, il peut être positionné sensiblement perpendiculairement à la roue dentée (comme illustré) ou sensiblement dans le plan de cette roue dentée. L'élément d'excitation magnétique 14 disposé à proximité du module de détection 12 est constitué par un aimant permanent cylindrique droit de forte puissance 18 (de type ALNICO ou Terres Rares) associé à une masse ou pièce polaire 20 en matériau ferromagnétique doux recouvrant une face de l'aimant en regard de la roue phonique. L'aimant permanent est protégé par un tube protecteur amagnétique 21 (par exemple en inox-8X9) dont le diamètre intérieur est ajusté au diamètre de l'aimant et qui est soudé sur la pièce polaire 20 de façon à créer un réceptacle de protection pour l'aimant. Ce tube constitue avantageusement le boîtier cylindrique précité intégrant le module de détection et l'élément d'excitation.

La géométrie particulière de l'aimant permanent cylindrique droit est illustrée à la figure 2.

Cet aimant comporte trois alvéoles équidistantes toriques non débouchantes 180, 182, 184 sur la face recouverte par la pièce polaire 20 et donc la plus proche en regard de la roue phonique, de manière à créer en leurs centres des plots résiduels 18A, 18B, 18C servant de support magnétique aux éléments de détection, plus précisément aux noyaux polaires des bobines de détection de ces éléments. Chaque plot constitue ainsi un aimant individuel très stable de part sa forme allongée, le cloisonnement créé entre chaque alvéole permettant en outre un parfait découplage électromagnétique entre chaque élément de détection. Le matériau de l'aimant est choisi de manière à garantir une tenue mécanique de chaque plot, par exemple une terre rare à fort champ coercitif, et les alvéoles sont réalisées avantageusement par électroérosîon, par carottage, par usinage ou encore par moulage.

Revenons à la figure 1. Le module de détection 12 comprend une pluralité d'éléments de détection indépendants délivrant une pluralité de voies de détection (ou de mesure). Ainsi, dans l'exemple illustré, le module de détection comprend trois éléments de détection 12A, 12B, 12C disposés parallèlement les uns aux autres et espacés entre eux d'une même faible distance, et formés chacun par une bobine 22A, 22B, 22C enroulée autour d'un noyau isolant 32A, 32B, 32C. Le noyau de chaque bobine comporte un logement 32Aa, 32Ba, 32Ca pour être monté à coulissement sur chaque plot de l'aimant permanent de façon à en faciliter le montage. La fixation de l'ensemble peut être assurée par collage.

L'utilisation d'une résine de remplissage 42 coulée dans la partie arrière du tube protecteur 21 permet d'améliorer la tenue mécanique de l'ensemble.

L'ensemble ainsi constitué par le module de détection 12, l'élément d'excitation magnétique 14 et la roue dentée 16 forme un circuit

magnétique à entrefer variable en fonction de la fréquence de défilement des dents de cette roue dentée.

Le flux magnétique émanent de l'élément d'excitation magnétique 14 traverse la denture de la roue dentée 16 et le défilement des dents provoque une variation du flux magnétique dans la masse polaire 20 à la fréquence de défilement de ces dents. Ainsi, lorsque la roue dentée est en rotation, les variations du flux magnétique correspondant au passage des dents provoquent des variations identiques du moment magnétique des éléments de détection et plus particulièrement de chaque axe magnétique des bobines 22A, 22b, 22C. Il en résulte aux bornes de chaque élément de détection une force électromotrice proportionnelle à la variation du flux magnétique et donc à la vitesse de rotation de la roue dentée de sorte que chaque bobine recueille un signal électrique représentatif de la vitesse de rotation de l'organe tournant. Les signaux recueillis sont alors acheminés par des câbles de liaison électrique respectifs (non représentés) vers des moyens de contrôle 40 qui comportent des circuits de traitement et d'exploitation de ces signaux. En particulier, le signal électrique recueilli aux bornes de chaque bobine 22A, 22B, 22C est un signal sensiblement sinusoïdal dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation de l'organe tournant.

On notera que la force électromotrice créée dans chaque élément de détection 12A, 12B, 12C dépend de la valeur des entrefers et elle diminue rapidement avec l'augmentation de cette valeur qui ne peut donc en général dépasser quelques millimètres. A titre d'exemple, le dispositif à reluctance variable multivoies de l'invention, mesurant la vitesse de rotation d'un arbre de turbine basse pression de moteur à turbine à gaz d'un aéronef, comporte trois voies indépendantes de mesure de vitesse, deux voies de mesure redondante destinées à un circuit de commande de pleine autorité (FADEC) du moteur et une voie supplémentaire destinée à fournir une information de vitesse

au poste de pilotage. Bien entendu, le dispositif à reluctance variable multivoies de l'invention n'est pas limité à trois voies et l'adjonction d'une voie indépendante de mesure supplémentaire reste possible en adjoignant dans le boîtier un quatrième élément de détection et en modifiant en conséquence la structure de l'élément d'excitation magnétique avec la réalisation d'une alvéole torique supplémentaire, le découplage électromagnétique entre chaque élément de détection étant assuré par l'aimant permanent qui constitue un écran magnétique entre chaque alvéole. Tout en fournissant trois ou quatre voies, le dispositif à reluctance multivoies de l'invention présente des dimensions notablement réduites par rapport à un assemblage de trois quatre capteurs de vitesse selon l'art antérieur. Il en résulte une faible masse mais aussi un coût de réalisation très faible comparé à ces dispositifs antérieurs.