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Il est connu dans la technique d'utiliser la magnétostriction dans un arbre de matière ferromagnétique pour mesurer l'effort de torsion dans cet ar- bre . Suivant un procédé connu, la mesure est effectuée au moyen de deux noyaux magnétiques avec des enroulements qui engendrent des champs magnétiques à la sur- face de l'arbre, dont les directions coïncident avec les directions des efforts mécaniques principaux.
Lorsque l'arbre est soumis à un effort de torsion, sa per- méabilité dans le sens de l'un des efforts principaux augmente et elle diminue dans le sens de l'autre,, ce qui provoque une variation des inductances des enrou- lements -. La variation d'inductance est une mesure de l'effort de torsion dans l'arbre et elle est mesurée au moyen d'un pont de mesureo Par suite du fait que la plus grande partie de la réluctance se trouve dans 1 entrefers ce procédé de mesure offre cependant l'inconvénient de nécessiter un pont de mesure très pré- cis et d'être très sensible aux variations de l'entrefer.
Suivant un autre procédé de mesure connu, basé sur la caractéristique de magnétostriction de l'arbre; la mesure est effectuée au moyen de deux circuits magnétiques se recoupant l'un l'autre; dont les faces polaires se trouvent en re- gard de la surface de l'arbre. L'un des circuits magnétiques est excité par un courant alternatif et l'autre sert de dispositif de mesureo Lorsque l'arbre est soumis à un effort de torsion,
un flux de fuite est engendré et induit une ten- sion dans un enroulement encerclant le circuit magnétique de mesureo Cette ten- sion est utilisée en tant que mesure de l'effort de torsiono Ce procédé offre le désavantage que les différences d'homogénéité et les anisotropies irrégulières de l'arbre provoquent des variations de la tension de sortie du dispositif lors- que l'arbre est mis en rotationo Afin de maintenir ces variations de tension in- désirables aussi faibles que possible, la surface de base du dispositif de mesu- re doit être suffisamment grande pour que les défauts dans l'arbre n'influencent qu'une faible partie seulement de la surface active de l'arbre. La surface de base du dispositif de mesure doit, cependant, être pratiquement équilatérale,
ce qui amène son étendue axiale à devenir importanteo Ceci est un désavantage étant donné que l'on ne dispose en général que de faibles espaces axiauxo
La présente invention est essentiellement un perfectionnement du der- nier dispositif de mesure mentionnéo Grâce à l'invention, il devient possible de rendre 1 étendue axiale du dispositif de mesure plus faible et d'obtenir une mesure qui est moins dépendante des irrégularités dans l'arbre et les matières de l'arbre.
Suivant l'invention, un dispositif de mesure de l'effort de torsion dans un arbre de matière de magnétostriction comprend deux noyaux magnétiques pratiquement égaux présentant des pôles saillants en regard de l'arbre et qui sont disposés côte à côte dans la direction de cet arbre et décalés pratiquement d'un demi pas polaire l'un par rapport à l'autre;
l'un desdits noyaux magnétiques étant muni d'un enroulement d'excitation connecté à une source de courant alter- natif et l'autre noyau étant équipé d'un enroulement de mesure connecté à un dis- positif de mesure électriqueo
La présente invention procure un dispositif qui possède une très fai- ble étendue axiale et qui est très peu sensible à de faibles différences d'homo- généité et aux concentrations locales d'efforts dans ledit arbreo
Un dispositif avec deux noyaux seulement est cependant asymétrique du point de vue magnétique et est par conséquent influencé par les courants parasites engendrés lors de la rotation de l'arbre et par l'hysteresis de la matière de l'arbre. Afin d'éliminer ces perturbations,
le dispositif suivant l'invention est équipé de trois noyaux magnétiques pratiquement égaux présentant des pôles saillants en regard dudit arbre et qui sont disposés côte à côte à des distances axiales fixes l'un de l'autre, le noyau magnétique situé au milieu étant muni d'un enroulement d'excitation connecté à une source de courant alternatif et les deux autres noyaux étant équipés d'enroulements de mesure connectés à un disposi- tif électrique de mesure.
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Suivant l'invention, les noyaux magnétiques peuvent soit avoir des
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formes analogues à celles de noyaux de stator avec les pôles dirigés radialement vers l'intérieur et être prévus pour encercler l'arbre ou avoir une forme analo- gue à des noyaux de rotor avec les pôles dirigés radialement vers l'extérieur et être prévus pour être introduits dans un arbre creux.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue en coupe axiale d'une forme de réalisation de l'invention avec deux noyaux magnétiques en forme de stator.
La figure 2 est une vue en coupe du dispositif représenté à la figu- re 1.
La figure 3 est un schéma du circuit du dispositif de mesure des figu- res 1 et 20
La figure 4 est une vue en plan de la surface de l'arbre sous les pô- les du dispositif de mesure des figures 1, 2 et 3 et représente la position des pôles ainsi que les efforts principaux dans la surface de l'arbre.
La figure 5 est une vue en coupe axiale d'une forme de réalisation de l'invention avec deux noyaux en forme de rotor pour la mesure à l'intérieur d'un arbre creux.
La figure 6 est une vue en coupe d'un dispositif suivant l'invention équipé de trois noyaux en forme de stator.
La figure 7 est un schéma du circuit d'un dispositif de mesure suivant la figure 60
La figure 8 est une vue en plan de la surface de l'arbre en dessous des pôles du dispositif de mesure des figures 6 et 7.
Des éléments correspondants des différentes figures portent les mêmes indices de référence.
Aux figures 1 et 2, la référence 9 désigne un arbre dont l'effort de torsion doit être mesuré. L'arbre 9 est encerclé par deux noyaux magnétiques feuilletés 10 et 20, munis de pôles 11-14 et 21-24 respectivement, qui sont diri- gés vers ledit arbre et se trouvent à une courte distance de celui-ci. Les pôles 11-14 et 21-24 sont munis de bobines 15-18 et 25-28, respectivement. Le disposi- tif ressemble, par conséquent, à deux stators avec des pôles saillantso Les bobi- nes 15-18 du noyau magnétique 10 sont connectées en série ou en parallèle à une source de courant alternatif et ont des directions d'enroulement alternées, de telle sorte que les pôles 11-14 ont des polarités magnétiques alternées.
Les bo- bines 25-28 sur le noyau magnétique 20 sont, d'une façon analogue, connectées à un dispositif de mesure électrique, constitué dans le présent exemple par un in- strument de mesure,. Le schéma de circuit du dispositif de mesure est représenté à la figure 3, dans laquelle la figure 40 désigne la force du courant alternatif et la référence 41 l'instrument de mesureo
Les deux noyaux magnétiques 10 et 20 sont placés fixes à une petite distance axiale l'un de l'autre et sont décalés d'un demi pas polaire par rapport l'un à l'autre.
Les pôles 11-14 et 21-24 des noyaux magnétiques 10 et 20 ont par conséquent une position relative telle que représentée à la figure 40
Les pôles 11-14 ont des polarités alternées et produisent par paires des champs magnétiques coïncidant dans la surface de l'arbre aussi longtemps que cet arbre 9 n'est pas soumis à un effort quelconque Par suite du fait que les pôles 21-24 sont décalés d'un demi pas polaire par rapport aux pôles 11-14, ils se trouveront au-dessus de points ayant le même potentiel magnétiqueo De ce fait, aucun flux magnétique provenant de l'arbre 9 ne circule dans le noyau 20 et, par conséquent, aucune tension n'est induite dans les bobines 25-28 connectées à
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l'instrument de mesure 41.
Lorsque l'arbre 9 est soumis à un effort de torsion, les efforts ma- gnétiques dans l'arbre peuvent être divisés en deux efforts principaux perpendi- culaires # et - # l'un étant un effort de tension 5- et l'autre un ef- fort de compression - # dont les directions font un angle de 45 avec l'axe de l'arbre. Les efforts principaux # et - # sont représentés à la figure 4.
Par suite des qualités de magnétostriction de la matière de l'arbre la perméabi- lité à la surface dudit arbre augmente dans la direction de l'un des efforts principaux # et diminue dans la direction de l'effort principal perpendicu- laire - Ceci provoque la déformation du champ magnétique du noyau magnéti- que 10, de telle sorte que la différence dans le potentiel magnétique entre les paires de pôles 12, 22; 13, 23 ; 14, 24 ; 11, 21 diminue et elle augmente entre les paires de pôles 11, 22; 12, 23 ; 13, 24 ; 14, 25.
Par conséquent, les pôles 21-24 du noyau 20 seront situés au-dessus de point ayant des potentiels magnétiques dif- férents, de telle sorte qu'un flux magnétique circule dans ces pôles 21-24 et in- duit une tension dans les enroulements correspondants 25-28, ce qui provoque la circulation d'un courant dans l'instrument de mesure 41. Un effort de torsion dans l'arbre a par conséquent le même effet sur l'instrument de mesure 41 qu'un déplacement du noyau 20 par rapport au noyau 10. Dans les limites de la gamme de mesure du dispositif, la déviation de l'instrument 41 est proportionnelle à l'ef- fort de torsion existant dans l'arbre 9.
Il est évident d'après les dessins que le dispositif de mesure sui- vant l'invention peut avoir une très faible longueur axiale malgré le fait qu'il encercle complètement l'arbre. A cause du fait que tous les efforts mécaniques dans un circuit annulaire fermé de la surface de l'arbre prennent part en perma- nence à la mesure, de faible différences d'homogénéité et des concentrations d'ef-b forts resteront dans la zone de mesure lorsque l'arbre tourne,'ce qui amène leur influence néfaste sur la mesure à devenir beaucoup plus faibles que dans les dis- positifs de mesure connus jusqu'à présent Le dispositif de mesure suivant l'in- vention a en outre une construction extrêmement simple et rigide
Si l'arbre 9 est creux,
les efforts de torsion peuvent également être mesurés à partir de la surface interne de cet arbreo Afin d'exécuter une telle mesure, le dispositif en forme de stator décrit ci-avant est remplacé par un dis- positif de mesure en forme de rotor ayant une construction et un mode de fonction- nement analogueso Un tel dispositif est représenté à la figure 5, dans laquelle les indices de référence des figures 1 à 4 ont reçu l'addition d'un indice primeo
Etant donné que le dispositif décrit ci-avant, avec deux noyaux magné- tiques, est asymétrique du point de vue magnétique, une influence indésirable est exercée par l'hystérésis de la matière de l'arbre et par les courants parasiteso Cette influence peut être évitée si le dispositif est équipé de trois noyaux, de telle sorte qu'il devienne symétrique,
comme représenté aux figures- 6, 7 et 80
La figure 6 représente trois noyaux en forme de stator'10, 20 et 30, qui entourent un arbre. Ces noyaux magnétiques 10, 20 et 30 sont munis chacun de quatre pâles, 11-14, 21-24 et 31-34 respectivement. Les pôles 11-14, 21-24 et 31-34 se trouvent à une faible distance de l'arbre et sont munis de bobines 15-18, 25-28 et 35-38, respectivement.
Les bobines 15-18 sur le noyau magnétique 10 sont connectées en série ou en parallèle à une source de courant alternatif et ont des directions d'enroulement alternées, de telle sortie que les pôles 11-14 ont des polarités magnétiques alternéeso Les bobines 25-28 sur le noyau magnétique 20 et 35-38 sur le noyau magnétique 30 sont, d'une façon analogue, connectées à un dispositif de mesureo Le schéma du circuit du dispositif est représenté à la figure 7, par laquelle la référence 40 désigne la source de courant alternatif et la référence 41 l'instrument de mesureo Les noyaux magnétiques 10, 20 et 30 sont disposés à une faible distance axiale l'un de l'autre et les noyaux 20 et 30 sont décalés d'un demi pas polaire par rapport au noyau 100 La position rela- tive des pôles est représentée à la figure 8.
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Le dispositif suivant les figures 6, 7 et 8 fonctionne essentiellement de la même façon que le dispositif des figures 1,2, 3 et 4. Lorsque l'arbre n'est soumis à aucun effort,îles pôles 21-24 et 31-34 se trouvent au-dessus de points ayant le même potentiel magnétique, avec pour résultat qu'aucun flux magnétique ne circule dans les noyaux magnétiques 20 et 30 etpar conséquent, aucune ten- sion n'est induite dans les enroulements 25-28 et 35-38 connectés à l'instrument de mesure 41.
Lorsque l'arbre est soumis à un effort de torsion, le champ magnétique provenant du noyau magnétique 10 est déformé par suite d'efforts mécaniques # et - # et des qualités de magnétostriction de la matière de l'arbre, de telle sorte que la différence de potentiel magnétique entre les paires de pôles 11, 21 ; 12, 22; 13, 23 ; 14, 24 ; Il,34, 12, 31 ; 13,32; 14, 33 diminue et qu'elle aug- mente entre les paires de pôles 11, 24 ; 12, 21 ; 13, 22 ; 14, 23 ; Il,31, 12,32; 13,33;
14,34. De ce fait, les pôles 21-24 et 31-34 des noyaux 20 et 30, respecti- vement, seront placés par paires au-dessus de point ayant des potentiels magnéti- ques différents, de telle sorte qu'un flux circule à travers les pôles et induit une tension. dans les enroulements 25-28 et 34-38, ce qui provoque la circulation d'un courant dans l'instrument de mesure 41. Dans les limites de la gamme de me- sure du dispositif, la déviation de l'instrument 41 est proportionnelle à l'effort de torsion dans l'arbre 9, si l'excitation provenant des pôles 11-14 a une valeur appropriée.
Un dispositif avec trois noyaux magnétiques peut évidemment également être construit suivant la figure 5 avec des noyaux en forme de rotor prévus pour être introduits dans un arbre creux.
Les formés de réalisation de l'invention représentées aux dessins sont particulièrement avantageuses, mais diverses autres formes de réalisation sont également possibles. Il n'est, par exemple, pas nécessaire que les noyaux magnétiques encerclent entièrement l'arbre, mais la mesure peut être effectuée par des segments des noyaux, pour autant que les segments de noyau 10 comporte au moins trois pôles et que le segment des noyaux 20 et 30, respectivement, compor- tent au moins deux pèles chacun. Les noyaux magnétiques peuvent évidemment être divisés en deux ou plusieurs parties afin d'obtenir un assemblage plus simple et le nombre de pôles peut être modifié sans changer le mode de fonctionnement du dispositif.
Afin de rendre le dispositif insensible à des champs magnétiques ex- térieurs, aux masses de fer, etc., il doit être muni d'un écran magnétique'.
REVENDICATIONS.
1. - Dispositif pour la mesure d'un effort de torsion dans un arbre de matière à magnétostriction, caractérisé en ce qu'il comprend deux noyaux ma- gnétiques pratiquement égaux présentant des pôles saillants dirigés vers ledit ar- bre et placés côte à eôte à une distance axiale fixe l'un par rapport à l'autre, lesdits noyaux étant décalés l'un par rapport à l'autre pratiquement d'un demi pas polaire, l'un desdits noyaux étant équipé d'un enroulement d'excitation connecté à une source de courant alternatif et l'autre noyau étant équipé d'un enroulement de mesure connecté à un dispositif de mesure électrique.