FR2805608A1 - Dispositif de mesure pour relever sans contact un angle de rotation - Google Patents
Dispositif de mesure pour relever sans contact un angle de rotation Download PDFInfo
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Abstract
Un dispositif de mesure destiné à relever sans contact, un angle de rotation, comprend un rotor, le rotor englobant un support d'aimant (20) et un aimant (22), ainsi qu'un élément (12) sensible au champ magnétique pour engendrer un signal de mesure. Le support d'aimant (20) s'appuie de manière élastique sur un support de guidage (16).
Description
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L'invention concerne un dispositif de mesure destiné à relever sans contact, un angle de rotation, et comprenant un rotor, le rotor englobant un support d'aimant et un aimant, ainsi qu'un élément sensible au
champ magnétique pour engendrer un signal de mesure.
Un dispositif de mesure du type de celui décrit en introduction est connu d'après le document DE 197 53 775.8 Al. Il repose sur le principe de la mesure de la position angulaire relative d'un aimant, qui fait partie d'un rotor, par rapport à un élément sensible au champ magnétique. Si l'élément sensible au champ magnétique se présente pratiquement sous la forme d'une sonde de Hall, et si les lignes de champ magnétique de l'aimant se propagent sensiblement de manière diamétrale par rapport à l'axe de rotation, le champ magnétique mesuré par la sonde de Hall varie conformément à la composante normale des lignes de champ magnétique relativement à la sonde de Hall. Le signal de sortie de la sonde de Hall constitue ainsi une mesure
pour la position angulaire du rotor.
Le problème qui se pose dans la réalisation mécanique du dispositif de mesure réside dans le positionnement fiable et précis du rotor, à savoir de l'aimant par rapport à l'élément sensible au champ magnétique. Un jeu de palier ou un déport dans l'espace, non prévu à l'avance, des composants, peuvent par exemple avoir des répercussions négatives sur la précision de mesure. Si le rotor est par exemple monté directement sur un arbre dont la position angulaire doit être mesurée, des dommages ou des variations de l'arbre
ont des répercussions sur le résultat de mesure.
Le but de l'invention consiste donc à remédier
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à ces inconvénients.
Conformément à l'invention, ce but est atteint pour un dispositif de mesure du type de celui mentionné en introduction, par le fait que le support d'aimant
s'appuie de manière élastique sur un support de guidage.
L'appui élastique du support d'aimant permet de conférer à l'aimant une position relativement définie par rapport à l'élément sensible au champ magnétique. Ainsi, un jeu de palier ou un déport dans l'espace, non intentionnel, de l'arbre à mesurer, ne se répercutent pas de manière négative sur la qualité de mesure. Par ailleurs, l'appui élastique constitue une base pour un montage simple du
rotor sur le corps de guidage.
Le support d'aimant est de préférence de configuration élastique. L'appui élastique est par exemple produit par des plaques ou lames élastiques du support d'aimant. Il est ainsi possible de conférer au support de guidage une réalisation rigide, et de fournir
ainsi une surface d'appui définie pour le rotor.
De manière préférée, le support d'aimant entoure au moins partiellement le support de guidage. Le support d'aimant s'étend donc sur la surface extérieure d'un support de guidage de préférence cylindrique. Si le support de guidage n'est entouré que partiellement par le support d'aimant, cela peut signifier qu'entre deux plaques ou lames élastiques du support d'aimant il reste un interstice, de sorte que le support d'aimant peut être aisément retiré du support de guidage ou emmanché sur celui-ci. Si le support d'aimant entoure complètement le support de guidage, cela peut également s'avérer avantageux. Cette mesure permet en effet d'empêcher un démontage non souhaité du dispositif de mesure.
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Il peut s'avérer avantageux que le support d'aimant soit encliqueté élastiquement sur le support de guidage. Cela rend possible un assemblage particulièrement simple du dispositif de mesure. D'après un autre mode de réalisation, il s'est avéré avantageux que le support de guidage entoure au moins partiellement le support d'aimant. Le rotor a ainsi un appui élastique sur le côté intérieur du support de guidage, ce qui, suivant les conditions mécaniques additionnelles, représente une possibilité
utile de construction.
Des avantages peuvent également être obtenus lorsqu'une surface d'appui du support de guidage est de configuration élastique. Dans ce cas, l'effet d'élasticité est donc au moins partiellement produit par le support de guidage. Cela présente l'avantage de permettre, en cas de besoin, de réaliser un support d'aimant rigide, ne présentant donc pas d'effet d'élasticité. De manière particulièrement préférée, le support d'aimant, en coupe radiale, s'appuie en trois points sur le support de guidage. Un tel appui permet de définir exactement la position relative du support d'aimant et de l'aimant par rapport au support de
guidage et à l'élément sensible au champ magnétique.
L'aimant est en conséquence maintenu sur sa trajectoire de déplacement de consigne. Cela conduit à des résultats
de mesure fiables.
Selon un mode de construction mécanique préféré, l'élément sensible au champ magnétique est disposé sur une plaque de circuit imprimé, l'élément
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sensible au champ magnétique, la plaque de circuit imprimé et le support de guidage étant reliés par un matériau de scellement. De cette manière il est possible de garantir une bonne stabilité mécanique. Par ailleurs, le matériau de scellement peut protéger à l'encontre de la corrosion et des courts-circuits, la liaison électrique entre l'élément sensible au champ magnétique
et la plaque de circuit imprimé.
La plaque de circuit imprimé est avantageusement intégrée à un composant de boîtier. En ce qui concerne ce composant de boîtier, il peut s'agir d'un corps de boîtier ou bien également d'un couvercle de boîtier. Dans tous les cas, l'intégration permet d'obtenir un mode de construction stable et peu encombrant. D'après un mode de réalisation préféré, sur le rotor est prévu un entraîneur pour capter le mouvement de rotation à relever. Cet entraîneur peut avantageusement s'engager dans une zone sinon difficilement accessible, par exemple d'un arbre, et capter le mouvement de rotation. L'entraîneur peut être réalisé sous forme de simple languette rectiligne ou
coudée de manière quelconque différente.
Il peut s'avérer utile que le rotor capte le mouvement de rotation à relever, par l'intermédiaire d'une bille ou rotule. Un mode de construction avec une bille ou rotule et un cône ou avec une bille ou rotule et un coussinet sphérique, permet la réalisation d'un couplage mécanique pouvant absorber un éventuel jeu des composants. Il peut s'avérer particulièrement avantageux que l'élément sensible au champ magnétique soit disposé
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de manière excentrique relativement au mouvement de rotation du rotor. Dans le cas d'une disposition centrée de l'élément sensible au champ magnétique, on obtient une loi de variation de forme sinusoïdale de l'intensité du signal de mesure. Toutefois, en vue de pouvoir associer sans équivoque possible les différents états de rotation du rotor à un signal de mesure, il peut s'avérer utile que la courbe caractéristique (intensité du signal de mesure par rapport à la position angulaire du rotor) présente des zones avec des formes de courbe caractéristiques. Cela peut être obtenu par le fait de disposer l'élément sensible au champ magnétique, de manière excentrique, parce que l'on obtient alors entre un maximum et un minimum de la courbe caractéristique, une allure de courbe très en pente, tandis que l'allure de la courbe entre le minimum et le maximum suivant est
plutôt plate.
L'élément sensible au champ magnétique est de préférence une sonde de Hall. Les sondes Hall ont fait leurs preuves dans la technique de mesure de la "composante normale" d'un champ magnétique. Comme la présente invention repose sur le principe de mesure qui exploite la variation de la composante normale, l'utilisation d'une sonde de Hall s'avère
particulièrement utile.
Le support d'aimant peut avantageusement être réalisé en un matériau non conducteur sur le plan magnétique. L'on est donc très libre en ce qui concerne le choix du matériau, parce qu'il n'est pas nécessaire de véhiculer le flux magnétique de l'aimant vers l'élément sensible au champ magnétique, par
l'intermédiaire de matière.
L'invention met à profit le concept surprenant
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selon lequel l'appui élastique d'un support d'aimant sur un support de guidage permet d'obtenir des résultats de mesure particulièrement fiables. Le jeu de palier et des déports d'une position d'arbre à mesurer n'ont pas de répercussions sur le signal du capteur. Grâce au mode de construction simple du module de capteur, on est en mesure d'obtenir des solutions économiques pour des capteurs intégrés ou indépendants. En outre, en raison du mode de construction compact, l'espace d'implantation nécessaire est réduit. Dans le cas d'arbres présentant un faux-rond, par exemple en raison d'un gauchissement de l'arbre, il ne se produit pas de coincement du montage de palier du capteur, ni de variation du signal du capteur; en effet, en raison de l'appui élastique, l'aimant est toujours maintenu sur sa trajectoire de déplacement de consigne. Le dispositif de mesure conforme à l'invention peut par exemple être utilisé dans le cas de capteurs de pédale, de capteurs de papillon de commande ou de volet de réglage, de capteurs
de niveau de remplissage et dans des transmissions.
Toutefois, pratiquement aucune limite n'est fixée quant à l'utilisation, lorsqu'il s'agit de relever ou mesurer
un angle de rotation.
Dans la suite, l'invention va être explicitée plus en détail, à titre d'exemple, en se référant à des modes de réalisation préférés et au regard des dessins annexés. La figure 1 montre une vue de côté en coupe, d'un
dispositif de mesure conforme à l'invention.
La figure 2 montre une vue de face sur le plan de coupe
désigné par II sur la figure 1.
La figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un
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dispositif de meure conforme à l'invention, selon une direction d'observation correspondant à celle de la
figure 2.
La figure 4 montre différents modes de réalisation de
supports d'aimant.
La figure 5 montre un autre mode de réalisation d'un
dispositif de mesure conforme à l'invention.
La figure 6 montre une vue de face sur le plan de coupe
désigne par VI sur la figure 5.
La figure 7 est une vue en coupe d'un mode de
réalisation d'un rotor.
La figure 8 est une vue coupe d'un autre mode de
réalisation d'un rotor.
La figure 9 est une vue en perspective d'un autre mode
de réalisation d'un rotor.
La figure 10 est une vue de côté en coupe, d'un dispositif de mesure conforme à l'invention, comprenant
un arbre dont on doit mesurer l'angle de rotation.
La figure 1 montre une vue de côté en coupe d'un dispositif de mesure conforme à l'invention. Sur une plaque de circuit imprimé 10 est monté un élément 12 sensible au champ magnétique, par exemple une sonde de Hall, par l'intermédiaire d'un contact 14. L'élément 12 sensible au champ magnétique est entouré par un support de guidage 16. Le support de guidage 16, la plaque de circuit imprimé 10, ainsi que l'élément sensible au champ magnétique, sont reliés ensemble par un matériau de scellement 18. Le matériau de scellement 18 sert à la
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stabilisation mécanique. Par ailleurs il protège le contact 14 à l'encontre de courts-circuits et de la corrosion. La plaque de circuit imprimé 10 est ici conçue pour une connexion enfichable. Sur la figure 1 sont en outre représentés, un support d'aimant 20 et un aimant 22, dont l'agencement sera explicité plus en
détail au regard de la figure 2.
La figure 2 est une vue en coupe du plan de coupe désigné par II sur la figure 1, la direction d'observation étant perpendiculaire à la direction d'observation latérale de la figure 1. On voit à nouveau la plaque de circuit imprimé 10 sur laquelle sont disposés les composants. L'élément 12 sensible au champ magnétique se trouve à l'intérieur du support de guidage 16 cylindrique. Le support d'aimant 20 est encliqueté élastiquement sur le support de guidage 16. De cette manière, l'aimant 22 possède une position définie par rapport à l'élément sensible au champ magnétique. La force élastique, qui confère son maintien au support d'aimant 20 sur le support de guidage est appliquée par les plaques ou lames élastiques 24, qui sont formées d'un seul tenant avec le support d'aimant 20. Le rotor qui est composé par le support d'aimant 20 et l'aimant 22 peut ainsi se déplacer le long de la surface de portée 26, autour du support de guidage 16. Le support d'aimant 20 est ici toujours en appui sur le support de guidage 16 le long de trois lignes de contact, qui dans la présente représentation en coupe apparaissent en tant que points de contact. La force élastique F agit ici toujours en direction du support de guidage. Le support d'aimant 20 possède, dans le mode de réalisation représenté, des plaques ou lames élastiques 24, qui laissent libre un interstice; cela rend particulièrement simple le montage du support d'aimant 20 sur le support de guidage 16. Le support d'aimant 20 peut également
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être retiré de manière simple du support de guidage 16.
Dans la position de rotation représentée sur la figure 2, les lignes de champ issues de l'aimant 22 traversent sensiblement de manière perpendiculaire le plan de l'élément 12 sensible au champ magnétique. En conséquence, notamment dans le cas d'une sonde de Hall, on mesure un champ magnétique maximal. Si le rotor avec le support d'aimant 20 et l'aimant 22 sont à présent tournés de 90 autour du support de guidage 16 et de l'élément 12 sensible au champ magnétique, les lignes de champ magnétique s'étendent parallèlement au plan de l'élément 12 sensible au champ magnétique. En conséquence on va mesurer un champ magnétique minimum, dans le cas idéal un champ magnétique de 0. L'intensité du signal d'identification de l'élément 12 sensible au champ magnétique présente donc une loi de variation ondulatoire pour une rotation du rotor autour du support de guidage 16. Dans le cas d'une disposition centrale de l'élément 12 sensible au champ magnétique, par rapport à la trajectoire de révolution de l'aimant 22, la loi de variation de l'intensité du signal d'identification, est sinusoïdale. En-dehors de l'appui en trois points représenté, le support d'aimant 20 peut également être de forme circulaire ou être d'une configuration polygonale. Sur la figure 3 est représenté un mode de réalisation du dispositif de mesure conforme à l'invention, qui mis à part la configuration du support d'aimant 20, est identique au mode de réalisation représenté sur la figure 2. Dans le cas présent, le support d'aimant 20 est réalisé avec une configuration à plaques ou lames élastiques 24 reliées entre-elles, sans
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laisser d'interstice comme précédemment. Le support d'aimant 20 du présent mode de réalisation selon la figure 3 peut donc à nouveau être simplement encliqueté élastiquement sur le support de guidage 16, puisque le montage s'effectue dans la direction de l'axe, par l'intermédiaire d'un cône ou d'un chanfrein, conformément à la figure 1, repère 16a. L'élément élastique ou ressort de forme triangulaire est simplement évasé. De plus, ce mode de réalisation présente l'avantage d'une fixation plus sûre du support d'aimant 20 sur le support de guidage 16, de sorte que
l'on empêche un démontage involontaire.
Sur la figure 4 sont représentés d'autres modes de réalisation de supports d'aimant 20, la même direction d'observation que sur les figures 2 et 3 ayant été choisie. Les supports d'aimant 20 selon la figure 4 présentent la particularité commune de ne pas former de ligne fermée en section transversale, les extrémités des lignes se chevauchant toutefois. On a ici représenté trois exemples. En principe, aucune limite n'est toutefois fixée à la fantaisie pour d'autres exemples de réalisation. D'une part, les supports d'aimant 20 selon la figure 4 peuvent, en raison de leur structure ouverte, être aisément engagés sur un support de guidage 16. D'autre part, le chevauchement offre une certaine sécurité à l'encontre d'un démontage involontaire du
support d'aimant 20 du support de guidage 16.
La figure 5 montre un dispositif de mesure conforme à l'invention, dans un autre mode de réalisation. Sur une plaque de circuit imprimé 10 sont à nouveau montés un élément 12 sensible au champ magnétique, par l'intermédiaire d'un contact 14, et un support de guidage 16. Le support d'aimant 20 et l'aimant 22 sont toutefois disposés à l'intérieur du
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support de guidage 16 sensiblement de forme cylindrique.
En vue de conférer la tenue nécessaire au support d'aimant 20, une force élastique agit vers l'extérieur, c'est à dire sur la surface intérieure du support de guidage 16, servant de surface de portée 26. Sur la figure 6 est représenté le dispositif de mesure selon la figure 5, dans une vue en coupe sur le plan de coupe désigné par VI sur la figure 5. La direction d'observation est perpendiculaire à la direction d'observation latérale de la figure 5. Les zones élastiques 24 du support d'aimant 20 exercent une force F vers l'extérieur, sur la surface de portée 26 du support de guidage 16. De cette manière est réalisé l'appui élastique conforme à l'invention, du support
d'aimant 20 contre le support de guidage 16.
La figure 7 montre un mode de réalisation spécial d'un rotor, qui est formé par un support d'aimant 20 et un aimant 22. Dans ce mode de réalisation, l'aimant 22 est serré sur le support d'aimant par l'intermédiaire d'un appendice en forme de crochet. Le support d'aimant 20 est de forme circulaire
en section transversale.
La figure 8 montre un autre mode de réalisation d'un rotor. L'aimant 22 se trouve dans une
chambre en forme de boîtier sur le support d'aimant 20.
Le support d'aimant 20 est à nouveau de forme circulaire
en section transversale.
La figure 9 montre que l'aimant 22 peut également être placé sur le côté extérieur du support d'aimant 20, par exemple par collage. Le support d'aimant selon la figure 9 présente une autre particularité, à savoir la présence d'un entraîneur 28,
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par l'intermédiaire duquel le mouvement de rotation à
relever est transmis au rotor.
Les possibilités de fixation de l'aimant 22 au support d'aimant 20, représentées sur les figures 7, 8 et 9 ne constituent que des exemples. L'aimant peut être fixé par collage, peut être noyé par injection, noyé au moulage, surmoulé, ou être maintenu de manière élastique, des combinaisons diverses quelconques de ces possibilités de mode de fixation pouvant naturellement être envisagées. En principe, toutes les possibilités de fixation conférant à l'aimant 22 une tenue suffisante
sur le support d'aimant 20, sont adaptées.
Sur la figure 10 est représenté comment, par exemple, le mouvement de rotation d'un arbre 30 peut être transmis au rotor. Un bras 32 d'une pièce dans laquelle est maintenue de manière fixe en rotation, l'arbre 30, surmonte et s'engage par-dessus une zone du rotor, ici la zone o se trouve l'aimant 22. Le bras 32 exerce une force élastique F sur le rotor, qui est transmise par l'intermédiaire d'une bille ou rotule et d'un cône ou d'une bille ou rotule et d'un coussinet sphérique 34. La rotation de l'arbre 30 entraîne donc le rotor, par l'intermédiaire du bras 32, ce qui permet
d'effectuer la mesure de l'angle de rotation.
La description précédente des exemples de
réalisation selon la présente invention, ne sert qu'à des fins d'illustration de l'invention, mais non à des fins de limitation de celleci. Différentes variantes et modifications sont possibles dans la réalisation de l'invention, sans quitter le cadre de celle-ci ni de
ses équivalences.
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Claims (15)
1. Dispositif de mesure destiné à relever sans contact, un angle de rotation, comprenant un rotor, le rotor englobant un support d'aimant (20) et un aimant (22), ainsi qu'un élément (12) sensible au champ magnétique pour engendrer un signal de mesure, caractérisé en ce que le support d'aimant (20) s'appuie
de manière élastique sur un support de guidage (16).
2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support d'aimant (20) est de
configuration élastique.
3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support d'aimant (20) entoure au moins partiellement le support de guidage (16).
4. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le support
de guidage (16) entoure au moins partiellement le
support d'aimant (20).
5. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le
support d'aimant (20) est encliqueté élastiquement sur
le support de guidage (16).
6. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une
surface d'appui du support de guidage (16) est de
configuration élastique.
7. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le
support d'aimant (20), en coupe radiale, s'appuie en
trois points sur le support de guidage (16).
8. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'élément (12) sensible au champ magnétique est disposé sur une plaque de circuit imprimé (10), l'élément (12) sensible au champ magnétique, la plaque de circuit imprimé (10) et le support de guidage (16) étant reliés
par un matériau de scellement (18).
9. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la
plaque de circuit imprimé (10) est intégrée à un
composant de boîtier.
10. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que sur le
rotor est prévu un entraîneur (28) pour capter le
mouvement de rotation à relever.
11. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le
rotor capte le mouvement de rotation à relever, par
l'intermédiaire d'une bille ou rotule.
12. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'élément (12) sensible au champ magnétique est disposé de manière excentrique relativement au mouvement de
rotation du rotor.
13. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'élément
(12) sensible au champ magnétique est disposé de manière
centrée relativement au mouvement de rotation du rotor.
14. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'élément (12) sensible au champ magnétique est une
sonde de Hall.
15. Dispositif de mesure selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le
support d'aimant (20) est réalisé en un matériau non
conducteur sur le plan magnétique.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20081031 |