EP0243254A1 - Capteur à potentiomètre rotatif pour le repérage de la position ou du déplacement angulaire d'un arbre tournant - Google Patents

Capteur à potentiomètre rotatif pour le repérage de la position ou du déplacement angulaire d'un arbre tournant Download PDF

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Abstract

Le capteur comporte: un joint du type Oldham avec, d'une part, trois pièces tournantes, à savoir une première pièce (10) portée et entrainée en rotation par l'arbre (2), une deuxième pièce (16) apte à tourner à l'intérieur du capteur (1) dont elle constitue la partie tournante et une troisième pièce, dite pièce intermédiaire (15), disposée entre la première et la deuxième pièces, et, d'autre part, des moyens (23a, 23b, 24, 25) prévus sur ces trois pièces, pour assurer l'entrainement en rotation homocinètique de la pièce intermédiaire par la première pièce et de la deuxième pièce par la pièce intermédiaire, tout en permettant un dèbattement angulaire; et un boîtier (3) de forme générale cylindrique contenant ledit arbre tournant et les trois pièces tournantes du joint, ce boitier présentant deux faces latérales dont l'une est complètement fermée par un couvercle (4) solidaire du boîtier et dont l'autre (6) est traversée par un tube circulaire (7) solidaire du boîtier et dont l'alésage injerne reçoit l'première pièce qui coiffe l'extrémité libre (2a) de l'arbre et dont la surface périphérique est entourée par la deuxième pièce et la pièce intermédiaire.

Description

  • La présente invention est relative aux capteurs à potentiomètre rotatif destinés à repérer la position ou le déplacement angulaire d'un arbre tournant.
  • On utilise fréquemment dans les dispositifs et appareils industriels, en particulier dans les automobiles, de tels capteurs afin de déterminer la position ou le déplacement d'un arbre tournant, notamment afin de recopier cette position ou ce déplacement à distance.
  • La précision des indications fournies par un capteur potentiométrique sur la position ou le déplacement angulaire d'un arbre tournant est généralement limitée par l'erreur de concentricité entre cet arbre et le capteur. En effet, entre la partie tournante ou rotor du capteur et l'arbre dont on veut connaître la position ou le déplacement, on doit prévoir un joint homocinétique, ce qui a pour inconvénient d'exiger de la place, de compliquer le montage entre l'arbre et le capteur et d'exposer aux poussières et aux projections diverses ce joint, notamment dans le cas où le capteur potentiométrique est disposé sous le capot d'une d'automobile, d'où une usure prématurée; on a bien pensé à protéger le joint, mais ceci exige des pièces supplémentaires qui augmentent le coût et l'encombrement.
  • L'invention vise à pallier les inconvénients précités en disposant le joint entre l'arbre, dont on veut connaître la position ou le déplacement, et la partie tournante du capteur, autour de l'extrémité libre dudit arbre, ce qui réduit l'encombrement, en logeant ladite extrémité de l'arbre et le joint tournant lui-même à l'intérieur du boîtier du capteur, ce qui assure la protection du joint sans coût supplémentaire.
  • Le capteur selon l'invention permet, notamment dans son application aux automobiles, d'obtenir une précision angulaire très grande, par exemple inférieure à 1', sans usinage de précision et sans nécessiter des pièces supplémentaires coûteuses.
  • Plus précisément l'invention a pour objet un capteur à potentiomètre rotatif pour le repérage de la position ou du déplacement angulaire d'un arbre tournant, qui comporte, pour la transmission homocinétique de la rotation dudit arbre à la partie tournante ou rotor du capteur, un joint du type Oldham avec, d'une part, trois pièces tournantes, à savoir une première pièce portée et entraînée en rotation par ledit arbre, une deuxième pièce apte à tourner à l'intérieur du capteur dont elle constitue la partie tournante ou rotor et une troisième pièce, dite pièce intermédiaire, disposée entre la première et la deuxième pièces, et, d'autre part, des moyens, prévus sur ces trois pièces, pour assurer l'entrainement en rotation homocinétique de la pièce intermédiaire par la première pièce et de la deuxième pièce par la pièce intermédiaire, tout en permettant un débattement angulaire entre l'axe dudit arbre et l'axe de la partie tournante ou rotor du capteur, capteur caractérisé en ce qu'il comporte un boltier de forme générale cylindrique contenant l'extrémité libre dudit arbre tournant et les trois pièces tournantes dudit joint, ce boitier présentant deux faces latérales dont l'une est complètement fermée par un couvercle solidaire du boitier et dont l'autre est traversée par un tube circulaire solidaire du boitier et dont l'alésage interne reçoit, avec un jeu au moins égal à l'erreur de concentricité maximale raisonnablement envisageable, ladite première pièce tournante qui coiffe ladite extrémité libre dudit arbre et dont la surface périphérique est entourée, avec le jeu précité, par ladite deuxième pièce tournante et ladite pièce intermédiaire tournante. Avantageusement :
    • - la première pièce tournante comporte une portion tubulaire qui entoure l'extrémité libre de l'arbre tournant et qui peut tourner à frottement doux à l'intérieur dudit tube circulaire;
    • - la deuxième pièce tournante comporte une portion tubulaire, qui peut tourner à frottement doux autour dudit tube circulaire, et un élément porte-balais, dont les balais frottent sur une piste conductrice disposée sur une partie de la surface latérale interne du boîtier;
    • - le couvercle du boîtier porte le connecteur du capteur;
    • - le boîtier comporte, du côté de la face latérale qui porte ledit tube circulaire, une collerette circulaire concentrique audit tube et disposée à l'extérieur et à distance de celui-ci, cette collerette servant au centrage du boîtier dans un alésage traversé par ledit arbre;
    • - la pièce intermédiaire est une couronne circulaire plate, tandis que lesdites première et deuxième pièces tournantes comportent des couronnes circulaires plates, et les moyens d'entrainement en rotation homocinétique des trois pièces tournantes, avec possibilité de débattement angulaire, sont constituées par quatre encoches radiales prévues sur la périphérie de la pièce intermédiaire, à 90* chacune de la précédente dans le sens périphérique, et par deux paires de tétons portées par les couronnes circulaires plates de respectivement ladite première et ladite deuxième pièce tournante sur leur face dirigée vers la pièce intermédiaire, les deux tétons d'une même paire étant diamétralement opposés et la droite réunissant les centres des deux tétons de la paire de la première pièce tournante étant orthogonale à la droite réunissant les centres des deux tétons de la paire de la deuxième pièce tournante;
    • - la première pièce tournante porte une protubérance centrale contre sa face qui est dirigée du côté du couvercle du boîtier;
    • - l'extrémité libre de l'arbre tournant comporte une portion plane qui coopère avec une portion plane que comporte à son intérieur la portion tubulaire de la première pièce tournante.
  • Afin d'assurer la coopération efficace entre les trois pièces tournantes, on peut prévoir :
    • - dans un premier mode de réalisation, un ressort hélicoïdal de rappel disposé, à l'intérieur du boîtier, entre la surface interne de la face latérale du boîtier portant ledit tube circulaire et la deuxième pièce tournante pour appliquer cette deuxième pièce contre la pièce intermédiaire, cette pièce intermédiaire contre la première pièce tournante et cette première pièce contre le couvercle du boîtier;
    • - dans un second mode de réalisation des languettes faisant partie intégrante de la pièce intermédiaire et maintenant lesdites paires de tétons en contact chacune avec la face en regard de la pièce intermédiaire;
  • L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
    • La figure 1 est une coupe d'un capteur à potentiomètre rotatif, montrant les dispositions selon l'invention.
    • Les figures 2, 3 et 4 représentent les trois pièces tournantes du joint de type Oldham que comporte ce capteur, à savoir respectivement ladite deuxième pièce, ladite pièce intermédiaire et ladite première pièce.
    • La figure 5 est une vue éclatée du capteur de la figure 1.
    • La figure 6, enfin, illustre en vue éclatée partielle une variante du capteur.
  • Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, auquel il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, de réaliser un capteur à potentiomètre rotatif pour le repérage de la position ou du déplacement d'un arbre tournant, on s'y prend comme suit ou d'une manière analogue.
  • Un capteur 1 selon l'invention, destiné à repérer la position ou le déplacement d'un arbre tournant 2, comporte tout d'abord un boîtier 3 de forme générale cylindrique, dont une des faces est fermée par un couvercle 4 qui est soudé, serti ou collé sur le corps 3a du boitier, ce couvercle 4 portant le connecteur 5 du capteur, et dont l'autre face latérale 6, qui fait partie intégrante du corps 3a du boîtier, porte un tube circulaire 7 qui est entouré par une collerette circulaire 8 concentrique au tube 7 et disposée à l'extérieur et à distance de celui-ci, cette collerette 7 servant au centrage du boîtier 3 dans un alésage 9 qui est traversé par l'arbre 2.
  • Une première pièce tournante 10, qui est une pièce d'entraînement, est solidaire en rotation de l'arbre 2. Cette pièce tournante 10 comporte une couronne circulaire plate 11 et une bague de centrage tubulaire 12 qui peut tourner, avec un jeu au moins égal à l'erreur de concentricité maximale raisonnablement envisageable, dans le tube circulaire 7. L'entraînement en rotation de la pièce tournante 10 par l'arbre 2 est assuré par exemple en prévoyant à l'intérieur de la bague de centrage 12 une portion plane 13 qui coopère avec une portion plane correspondante 14 ménagée sur l'extrémité libre 2a de l'arbre 2.
  • La pièce tournante 10 constitue le premier élément d'un joint de Oldham qui comporte deux autres pièces tournantes, à savoir une pièce intermédiaire 15 constituée par une couronne circulaire plate et une deuxième pièce tournante 16, qui est une pièce entraînée, constitue le rotor ou partie tournante du capteur.
  • La pièce 16 comprend une couronne circulaire plate 17 qui porte, d'une part, une portion tubulaire 18, qui peut tourner à frottement doux autour du tube circulaire 7, et, d'autre part, un élément porte-balais 19 dont les balais 20 frottent sur une piste conductrice 21 disposée sur une partie 22 de la surface latérale interne du boitier 3.
  • La solidarisation en rotation entre les trois éléments 10, 15 et 16 du joint d'Oldham, tout en permettant un débattement angulaire entre l'axe de l'arbre 2 et l'axe de la partie tournante ou rotor du capteur, est assurée de la manière suivante :
    • - la pièce intermédiaire 15 présente deux encoches 23a et deux encoches 23b disposées à 90' chacune de la précédente, dans le sens périphérique, les deux encoches 23a, d'une part, et 23b, d'autre part, étant diamétralement opposées;
    • - la première pièce tournante 10 comporte deux tétons 24, diamétralement opposés, portés par la face de la couronne circulaire 11 de cette pièce 10 qui est dirigée du côté de la pièce intermédiaire 15, ces tétons 24 pénétrant dans les encoches 23a de la pièce intermédiaire 15; et
    • - la deuxième pièce tournante 16 comporte deux tétons 25, diamétralement opposés, portés par la face de la couronne circulaire plate 17 de cette pièce 16 qui est dirigée du côté de la pièce intermédiaire 15, ces tétons 25 pénétrant dans les encoches 23b de cette pièce 15.
  • Un ressort hélicoidal de rappel 26 est disposé, à l'intérieur du boîtier 3,entre la surface interne 27 de la face latérale 6 du boitier portant le tuyau 7 et la couronne 17 de la deuxième pièce tournante 16 pour assurer le rattrapage du jeu de rotation entre les pièces 2, 10, 15, 16 en exerçant un couple de rappel qui assure, à l'arrêt ou pendant la rotation de l'arbre 2, l'application de la portion plane 14 de l'arbre tournant 2 sur la portion plane interne 13 de la première pièce tournante 10, des tétons 24 sur les encoches 23a de la pièce intermédiaire 15, des encoches 23b sur les tétons 25 de la deuxième pièce tournante 16.
  • Une protubérance centrale 28,portée par la face 29 de la couronne circulaire 11 qui est en regard du couvercle 4,assure le contact,avec possibilité de débattement, entre la couronne circulaire 11 de la première pièce tournante 10 et le couvercle 4 en réduisant le frottement.
  • Le fonctionnement du capteur potentiométrique se- ion l'invention est le suivant.
  • La rotation de l'arbre 2 entraine, par les surfaces planes 13 et 14, la rotation de la première pièce tournante 10 dont les tétons 24, en coopérant avec les encoches 23a de la pièce intermédiaire 15, entraînent celle-ci en rotation, tandis que la coopération des tétons 25 de la deuxième pièce tournante 16 et des encoches 23b assure l'entraînement en rotation de la deuxième pièce tournante 16. De ce fait la rotation de l'arbre 2 entraine d'une manière homocinétique la rotation de la deuxième pièce tournante 16 et donc du porte-balais 19 dont les balais 20 se déplacent sur la piste conductrice fixe 21 portée par le boîtier 3.
  • A la manière connue, la position des balais 20 sur la piste conductrice 21 est traitée dans le connecteur 5 du capteur et utilisée comme désiré, notamment pour assurer la recopie à distance de la position ou du déplacement de l'arbre tournant 2.'
  • Dans une variante illustrée sur la figure 6 (sur laquelle on retrouve le boîtier 3 et les trois pièces tournantes 10, 15 et 16, ainsi que les tétons 24 de la pièce 10 et 25 de la pièce 16, et les encoches 23a, 23b de la pièce 15), on a remplacé le ressort 26 du mode de réalisation des figures 1 à 5 par quatre languettes 15a faisant partie intégrante de la pièce intermédiaire 15 et qui maintiennent les tétons 24 et 25 en contact avec la face en regard de cette pièce 15.
  • On réalise ainsi, selon l'invention - et notamment selon les deux modes de réalisation (figures 1-5 et figure 6) particulièrement décrits - un capteur compact, bien à l'abri des poussières et qui permet d'obtenir une précision très grande du repérage de la position ou du déplacement d'un arbre tournant, par exemple une précision inférieure à 1.
  • Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.

Claims (10)

1. Capteur à potentiomètre rotatif pour le repérage de la position ou du déplacement d'un arbre tournant, qui comporte, pour la transmission homocinétique de la rotation dudit arbre à la partie tournante ou rotor du capteur, un joint du type Oldham avec, d'une part, trois pièces tournantes, à savoir une première pièce (10) portée et entraînée en rotation par ledit arbre (2), une deuxième pièce (16) apte à tourner à l'intérieur du capteur (1) dont elle constitue la partie tournante ou rotor et une troisième pièce, dite pièce intermédiaire (15), disposée entre la première et la deuxième pièces, et, d'autre part, des moyens (23a, 23b, 24, 25) prévus sur ces trois pièces, pour assurer l'entraînement en rotation homocinétique de la pièce intermédiaire par la première pièce et de la deuxième pièce par la pièce intermédiaire, tout en permettant un débattement angulaire entre l'axe dudit arbre et l'axe de la partie tournante ou rotor du capteur, capteur caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (3) de forme générale cylindrique contenant ledit arbre tournant et les trois pièces tournantes du joint, ce boîtier présentant deux faces latérales dont l'une est complètement fermée par un couvercle (4) solidaire du boîtier et dont l'autre (6) est traversée par un tube circulaire (7) solidaire du boîtier et dont l'alésage interne reçoit, avec un jeu au moins égal à l'erreur de concentricité maximale raisonnablement envisageable, ladite première pièce tournante qui coiffe l'extrémité libre (2a) dudit arbre et dont la surface périphérique est entourée, avec le jeu précité, par ladite deuxième pièce tournante et ladite pièce intermédiaire tournante.
2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première pièce tournante (10) comporte une portion tubulaire (12) qui entoure l'extrémité libre (2a) de l'arbre tournant (2) et qui peut tourner, avec le jeu précité, à l'intérieur dudit tube circulaire (7).
3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième pièce tournante (16) comporte une portion tubulaire (17), qui peut tourner à frottement doux autour dudit tube circulaire (7), et un élément porte-balais (19), dont les balais (20) frottent sur une piste conductrice (21) disposée sur une partie (22) de la surface latérale interne du boltier (3).
4. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle (4) du boitier (3) porte le connecteur (5) du capteur.
5. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boltier (3) comporte, du côté de la face latérale (6) qui porte ledit tube circulaire (7), une collerette circulaire (8) concentrique audit tube et disposée à l'extérieur et à distance de celui-ci, cette collerette servant au centrage du boitier dans un alésage (9) traversé par ledit arbre (2).
6. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire (15) est une couronne circulaire plate, tandis que lesdites première et deuxième pièces tournantes (10; 16) comportent des couronnes circulaires plates (11; 17), et les moyens d'entrainement en rotation homocinétique des trois pièces tournantes, avec possibilité de débattement angulaire, sont constituées par quatre encoches radiales (23a, 23b) prévues sur la périphérie de la pièce intermédiaire, à 90* chacune de la précédente dans le sens périphérique, et par deux paires de tétons (24; 25) portées par les couronnes circulaires plates de respectivement ladite première et ladite deuxième pièce tournante sur leur face dirigée vers la pièce intermédiaire, les deux tétons d'une même paire étant diamétralement opposés et la droite réunissant les centres des deux tétons de la paire de la première pièce tournante étant orthogonale à la droite réunissant les centres des deux tétons de la paire de la deuxième pièce tournante.
7. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce tournante (10) porte une protubérance centrale (28) contre sa face (29) qui est dirigée du côté du couvercle (4) du boîtier (3).
8. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité libre de l'arbre tournant (2) comporte une portion plane (14) qui coopère avec une portion plane (13) que comporte à son intérieur la portion tubulaire (12) de la première pièce tournante (10).
9. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ressort hélicoidal de rappel (26) est disposé, à l'intérieur du boltier (3), entre la surface interne (27) de la face latérale (6) du bottier portant ledit tube circulaire (7) et la deuxième pièce tournante (16) pour appliquer cette deuxième pièce contre la pièce intermédiaire (15), cette pièce intermédiaire contre la première pièce tournante (10) et cette première pièce contre le couvercle (4) du boîtier (3), afin d'assurer la coopération efficace des trois pièces tournantes.
10. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire (15) comporte des languettes (15a) qui en font partie intégrante et maintiennent lesdites paires de tétons (24; 25) en contact chacune avec la face en regard de la pièce intermédiaire.
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