FR2845473A1 - Capteur de couple - Google Patents
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Abstract
Dans un capteur de couple, une barre de torsion (7) accouple des premier et second arbres (5, 6) coaxiaux, et convertit en un déplacement en torsion un couple appliqué entre les deux arbres. Un aimant multipolaire (8) est fixé au premier arbre et un jeu de culasses magnétiques (9) sont fixées au second arbre, dans un champ magnétique généré par l'aimant multipolaire. Un jeu d'anneaux de collecte de flux (10) sont disposés le long d'une surface extérieure du jeu de culasses, en étant mutuellement en regard avec interposition d'un entrefer dans une direction axiale. Un capteur magnétique (11) est incorporé pour détecter la densité de flux magnétique générée dans l'entrefer. Une surface cylindrique extérieure du jeu d'anneaux de collecte de flux est entourée par un blindage magnétique (18).
Description
CAPTEUR DE COUPLE
Cette invention concerne un capteur de couple détectant un couple d'arbre appliqué à un arbre tournant, sous la forme d'un changement de densité de flux magnétique (c'est-à-dire d'intensité de champ magnétique). En ce qui concerne une technique classique, la Demande de Brevet du Japon ouverte à l'examen du public n0 2003-149062 (figure 15)
décrit un capteur de couple.
Ce capteur de couple est utilisé, par exemple, pour un dispositif 10 de direction assistée entraîné par un moteur électrique. Comme représenté sur la figure 11, un arbre d'entrée 100 et un arbre de sortie 110 sont accouplés de façon coaxiale par une barre de torsion 120. Un aimant multipolaire 130 est fixé sur l'arbre d'entrée 100. Un jeu de culasses magnétiques 140, fixé sur l'arbre de sortie 110, est disposé dans un champ ma15 gnétique généré par l'aimant multipolaire 130. Un jeu d'anneaux de collecte de flux 150 collecte des flux magnétiques générés par les culasses magnétiques 140. Un capteur magnétique 160 détecte la densité de flux magnétique qui est générée dans un entrefer entre les anneaux de collecte de flux 150 opposés.
Si le capteur de couple classique décrit ci-dessus est positionné
à proximité d'un haut-parleur d'automobile ou d'un organe magnétique comparable, il peut générer un signal erroné à cause de l'influence du champ magnétique généré par cet organe magnétique. Par conséquent, conformément au document de l'art antérieur ci-dessus, le capteur de 25 couple est enfermé par un matériau magnétique 170 remplissant la fonction d'un blindage magnétique, pour éliminer une détection erronée occasionnée par les influences nuisibles du géomagnétisme ou du champ magnétique généré autour du capteur de couple.
Cependant, dans le cas du blindage magnétique décrit dans le document de l'art antérieur mentionné ci-dessus, un circuit magnétique du capteur de couple est entièrement enfermé par le matériau magnétique 170. Le diamètre extérieur du capteur de couple devient grand, et par 5 conséquent la commodité d'installation du capteur de couple sur un véhicule automobile devient plus mauvaise. En d'autres termes, le capteur de couple classique décrit ci-dessus n'est pas applicable en pratique pour la production de masse. En outre, la manière selon laquelle ce capteur de
couple est installé n'apparaît pas clairement.
Compte tenu des problèmes décrits ci-dessus, un des buts de la présente invention est de procurer un capteur de couple ayant une structure de blindage magnétique, pouvant préférablement être employée pour
la production de masse.
Pour atteindre les buts ci-dessus et d'autres buts connexes, la 15 présente invention procure un capteur de couple incluant un premier arbre et un second arbre accouplés de façon coaxiale, une barre de torsion convertissant un couple appliqué entre le premier arbre et le second arbre en un déplacement en torsion, et un aimant multipolaire fixé au premier arbre ou à une extrémité de la barre de torsion. Un jeu de culasses ma20 gnétiques est fixé au second arbre ou à l'autre extrémité de la barre de torsion et est disposé dans un champ magnétique généré par l'aimant multipolaire. Un jeu d'anneaux de collecte de flux sont disposés le long d'une surface extérieure des culasses magnétiques et sont mutuellement en regard, avec interposition d'entrefer dans une direction axiale. Un cap25 teur magnétique est incorporé pour détecter la densité de flux magnétique qui est générée dans l'entrefer. En outre, une surface cylindrique extérieure du jeu d'anneaux de collecte de flux est entourée par un blindage magnétique. Le capteur magnétique détecte la densité de flux magnétique 30 qui est générée dans l'entrefer des anneaux de collecte de flux disposés en regard. Lorsque les anneaux de collecte de flux sont influencés par le champ magnétique externe, le capteur magnétique produit une erreur dans la valeur de détection. Par conséquent, un recouvrement de la surface cylindrique extérieure du jeu d'anneaux de collecte de flux permet 35 d'éliminer effectivement l'influence nuisible occasionnée par les champs magnétiques qui sont produits par des organes magnétiques externes,
incluant des haut-parleurs d'automobile.
En outre, le blindage magnétique ne recouvre pas tout le circuit magnétique du capteur de couple. Le blindage magnétique recouvre seu5 lement la surface cylindrique extérieure du jeu d'anneaux de collecte de
flux. La configuration du blindage magnétique peut être simplifiée. L'installation du blindage magnétique devient aisée.
Le blindage magnétique comporte de préférence une partie latérale recouvrant une surface latérale du jeu d'anneaux de collecte de flux. 10 Le fait de fournir la partie latérale du blindage magnétique est efficace pour éliminer l'influence nuisible occasionnée par les champs magnétiques produits par des organes magnétiques externes, incluant des haut-parleurs d'automobile. L'erreur de détection du capteur magnétique
peut être réduite davantage.
Le blindage magnétique est de préférence intégré au jeu d'anneaux de collecte de flux, par moulage résine.
Du fait que les anneaux de collecte de flux sont disposés mutuellement en regard en étant séparés par l'entrefer, l'intégration des anneaux de collecte de flux avec le blindage magnétique, par moulage avec 20 une résine, permet de simplifier l'installation. Cette structure de blindage magnétique peut être employée de préférence pour la production de masse. De préférence, le blindage magnétique recouvre directement la
surface cylindrique extérieure du jeu d'anneaux de collecte de flux.
Conformément à cette structure, le blindage magnétique ne recouvre pas tout le circuit magnétique du capteur de couple. Le blindage magnétique recouvre directement seulement la surface cylindrique extérieure du jeu d'anneaux de collecte de flux. La configuration du blindage magnétique peut être simplifiée. L'installation du blindage magnétique de30 vient aisée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront
mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre, se réfèrant aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue en perspective éclatée montrant un cap35 teur de couple conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est une coupe montrant une structure d'ensemble du capteur de couple conforme au premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 3A est une vue en plan montrant une culasse magnétique conforme au premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 3B est une vue de côté montrant la culasse magnétique conforme au premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 4 est une coupe montrant un jeu de culasses magnéti10 ques positionnées par une entretoise et intégrées par moulage résine, conformes au premier mode de réalisation de la présente invention; Les figures 5A à 5C sont des représentations expliquant le fonctionnement du capteur de couple conforme au premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 6A est une vue en plan montrant des anneaux de collecte de flux moulés résine, conformes au premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 6B est une vue de côté montrant les anneaux de collecte de flux moulés résine, conformes au premier mode de réalisation de 20 la présente invention; La figure 6C est une coupe montrant les anneaux de collecte de flux moulés résine, conformes au premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 7A est une vue en plan montrant un blindage magnéti25 que conforme au premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 7B est une vue de côté montrant le blindage magnétique conforme au premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 8 est une représentation schématique montrant une structure d'ensemble d'un dispositif de direction assistée entraîné par un 30 moteur électrique; La figure 9 est une vue en perspective montrant un jeu d'anneaux de collecte de flux intégrés par moulage résine et assemblés avec un blindage magnétique, selon un second mode de réalisation de la présente invention;
La figure 10A est une vue de côté montrant le blindage magné-
tique conforme au second mode de réalisation de la présente invention; La figure 1OB est une coupe selon une ligne A-A de la figure A, montrant le blindage magnétique conforme au second mode de réalisation de la présente invention; et La figure 11 est une coupe montrant une structure d'ensemble
d'un capteur de couple classique.
Premier Mode de réalisation La figure 1 est une vue en perspective éclatée montrant un capteur de couple 1 conforme à un mode de réalisation préféré de la pré10 sente invention. Par exemple, le capteur de couple 1 de ce mode de réalisation est utilisé pour un dispositif de direction assistée entraîné par un moteur représenté sur la figure 8. Le capteur de couple 1 détecte une force de direction (c'est-à-dire un couple d'arbre) d'un volant 2, et envoie la force de direction détectée à une unité de commande électronique 15 (UCE) 3. L'UCE 3 commande la sortie d'un moteur 4 entraîné par moteur
en fonction de la force de direction détectée par le capteur de couple 1.
Le capteur de couple 1 est placé entre un arbre d'entrée 5 et un
arbre de sortie 6 qui constituent en coopération une colonne de direction.
Comme représenté sur la figure 1, le capteur de couple 1 comprend une 20 barre de torsion 7, un aimant multipolaire 8, un jeu de culasses magnétiques 9, un jeu d'anneaux de collecte de flux 10 et un capteur magnétique i1. Comme représenté sur la figure 2, la barre de torsion 7 est un
organe formant un barreau élastique dont une extrémité est accouplée à 25 l'arbre d'entrée 5 par l'intermédiaire d'une goupille 12 et dont l'autre extrémité est accouplée à l'arbre de sortie 6 par l'intermédiaire d'une goupille 12. Lorsqu'un couple de direction est appliqué à la colonne de direction, la barre de torsion 7 donne lieu à un déplacement en torsion en fonction de la grandeur du couple de direction appliqué.
L'aimant multipolaire 8 a une forme annulaire et est aimanté
avec des pôles N et des pôles S alternés disposés dans une direction circonférencielle. Un collet 13 est intégré à l'aimant multipolaire 8 (voir la figure 1). L'aimant multipolaire 8 est ajusté avec serrage sur l'arbre d'entrée 5 (ou l'arbre de sortie 6) par l'intermédiaire du collet 13.
Chacune des culasses magnétiques 9 est constituée d'un maté-
riau magnétique doux et, comme représenté sur les figures 3A et 3B, comporte une multiplicité de pôles 9a semblables à des griffes disposés à
des intervalles égaux dans la direction circonférencielle.
Comme représenté sur la figure 4, deux culasses magnétiques 9 5 sont couplées sous la forme d'un jeu de culasses magnétiques de façon que leur pôles à griffes 9a s'interpénètrent. Une entretoise 14, intercalée entre les culasses magnétiques 9 couplées, a pour fonction de positionner les culasses magnétiques 9 dans la condition assemblée. Les culasses magnétiques 9 et l'entretoise 14 sont intégrées par une résine de moulage 10 15. Un jeu de culasses magnétiques 9 étant ainsi assemblé est ajusté
avec serrage sur l'arbre de sortie 6 (ou l'arbre d'entrée 5) par l'intermédiaire d'un collet 16 fixé à la résine de moulage 15.
L'aimant multipolaire 8 et les culasses magnétiques 9 assemblées sont disposés d'une manière telle que le centre de chaque pôle à 15 griffe 9a des culasses magnétiques 9 concide avec une ligne frontière
d'aimantation (c'est-à-dire une frontière entre un pôle N et un pôle S), pour obtenir un point neutre auquel la grandeur de sortie (tension) du capteur magnétique 11 devient zéro dans la condition dans laquelle la barre de torsion 7 ne donne lieu à aucune torsion (c'est-à-dire lorsque 20 aucune force de direction n'est appliquée entre l'arbre d'entrée 5 et l'arbre de sortie 6), comme représenté sur la figure 5B.
Les anneaux de collecte de flux 10 ont une fonction qui est de collecter le flux magnétique généré par les culasses magnétiques 9. Les anneaux de collecte de flux 10 sont constitués du matériau magnétique 25 doux qui est utilisé pour former les culasses magnétiques 9. Chacun des
anneaux de collecte de flux 10 est équipé d'une partie de collecte de flux 10a à laquelle on a donné la configuration d'une plaquette et qui est disposée localement dans une partie dans la direction de la circonférence.
Comme représenté sur la figure 1, deux anneaux de collecte de 30 flux 10 sont disposés mutuellement en regard dans leur partie de collecte de flux 10a, avec interposition d'un entrefer. Les anneaux de collecte de flux 10 sont moulés ensemble en une seule pièce par un organe de moulage 17 (voir les figures 6A à 6C). La surface cylindrique extérieure de
l'organe de moulage 17 est entourée par un blindage magnétique 18.
Le blindage magnétique 18 consiste par exemple en une plaque d'acier ou en un organe magnétique comparable. De façon plus spécifique, une plaque d'acier semblable à une bande, ayant une largeur D pratiquement identique à celle de l'organe de moulage 17, est enroulée autour d'une surface cylindrique extérieure de l'organe de moulage 17, et est 5 fixée pour constituer le blindage magnétique 18. Comme représenté sur la figure 7A, une ouverture 18a est partiellement ouverte dans une partie prédéterminée du blindage magnétique 18. La partie de collecte de flux
a d'anneaux de collecte de flux 10 respectifs sort par l'ouverture 18a.
Le jeu d'anneaux de collecte de flux 10 qui est ainsi entouré par 10 le blindage magnétique 18 est disposé au voisinage de la surface cylindrique extérieure des culasses magnétiques 9, comme représenté sur la
figure 2.
Le capteur magnétique 11 est par exemple un circuit intégré (Cl) de capteur de Hall et il est inséré dans l'entrefer des parties de col15 lecte de flux en regard 10a des anneaux de collecte de flux 10. Le Cl de
capteur de Hall est un circuit intégré qui intègre un élément à effet Hall (c'est-à-dire un élément de détection de magnétisme) et un circuit d'amplification. Le capteur magnétique 11 émet un signal représentant la densité de flux magnétique qui est générée dans l'entrefer des parties de col20 lecte de flux 10a en regard.
Le capteur magnétique 11 est composé de deux capteurs séparés qui sont disposés parallèlement l'un à l'autre par rapport à la direction du flux magnétique, et ont des sens de détection de magnétisme mutuellement opposés, avec une différence angulaire de 1800.
Le capteur de couple du mode de réalisation décrit ci-dessus
fonctionne de la manière suivante.
Dans la condition dans laquelle aucun couple de direction n'est appliqué à la barre de torsion 7, c'est-à-dire lorsque la barre de torsion 7 n'occasionne aucun déplacement en torsion, le centre de chaque pôle à 30 griffe 9a des culasses magnétiques 9 concide avec la ligne frontière d'aimantation de l'aimant multipolaire 8, comme représenté sur la figure 5B. Dans ce cas, la valeur des flux magnétiques entrant à partir du pôle N de l'aimant multipolaire 8 dans le pôle à griffe 9a des culasses magnétiques 9, est identique à la valeur des flux magnétiques entrant à partir du 35 pôle S de l'aimant multipolaire 8 dans le pôle à griffe 9a des culasses
magnétiques 9. Par conséquent, les flux magnétiques forment une boucle fermée dans chacune des culasses magnétiques 9a et 9b. Aucun flux magnétique ne fuit dans l'entrefer entre les culasses magnétiques 9. Le signal de sortie du capteur magnétique 11 devient égal à zéro.
Lorsqu'un couple de direction est transmis à la barre de torsion 7 pour provoquer un déplacement en torsion, la position mutuelle entre l'aimant multipolaire 8 et les culasses magnétiques 9 couplées est changée dans la direction de la circonférence. Par conséquent, comme représenté sur la figure 5A ou la figure 5C, le centre de chaque pôle à griffe 9a 10 des culasses magnétiques 9 s'écarte de la ligne frontière d'aimantation de l'aimant multipolaire 8 dans la direction de la circonférence. Les flux magnétiques ayant une polarité augmentent dans l'une des culasses magnétiques 9a et 9b, tandis que les flux magnétiques ayant la polarité opposée augmentent dans l'autre culasse magnétique. Il en résulte que des flux 15. magnétiques positif et négatif sont générés entre les culasses magnétiques 9. Les anneaux de collecte de flux 10 captent ces flux magnétiques positif et négatif et les collectent dans leurs parties de collecte de flux 1Oa. Le capteur magnétique 11 détecte la densité de flux magnétique qui
est générée entre les parties de collecte 10a en regard.
Conformément au mode de réalisation décrit ci-dessus, le capteur de couple 1 a un jeu d'anneaux de collecte de flux 10 qui est intégré par moulage résine et est entouré par le blindage magnétique 18. Par conséquent, il devient possible d'éliminer efficacement une influence nuisible de haut-parleurs d'automobile ou de champs magnétiques externes. 25 L'erreur de détection du capteur magnétique 11 peut être réduite davantage.
En outre, le blindage magnétique 18 ne couvre pas la totalité du
circuit magnétique du capteur de couple 1. Ce mode de réalisation exige seulement d'enrouler et de fixer la plaque d'acier en forme de bande 30 (c'est-à-dire un élément magnétique) autour de la surface cylindrique extérieure de l'organe de moulage 17. L'installation du blindage magnétique 18 devient aisée. En outre, l'ajout du blindage magnétique 18 n'augmente pas notablement le diamètre extérieur du capteur de couple 1. Par conséquent, la commodité d'installation du capteur de couple dans un véhicule 35 automobile n'est pas dégradée.
Second Mode de Réalisation La figure 9 est une vue en perspective montrant un assemblage d'un jeu d'anneaux de collecte de flux 10 qui sont intégrés par moulage résine et assemblés avec un blindage magnétique 18 conformément à un autre mode de réalisation. Comme représenté sur la figure 10B, le blindage magnétique 18 de ce mode de réalisation comporte des parties latérales 18b aux deux extrémités en direction latérale axiale, de façon à avoir globalement la
configuration d'une forme en U, en coupe.
Comme représenté sur la figure 9, les parties latérales 18b du blindage magnétique 18 couvrent les surfaces latérales de l'organe de moulage 17. Par conséquent, il devient possible de réduire fortement l'influence nuisible occasionnée par le champ magnétique externe. L'erreur de détection du capteur magnétique 11 peut être réduite davantage. 15 Mode de Réalisation Modifié Conformément au premier mode de réalisation, le capteur magnétique 18 est fixé ultérieurement à l'assemblage du jeu d'anneaux de collecte de flux 10, après l'accomplissement de l'opération de moulage résine. Il est cependant possible d'intégrer le jeu d'anneaux de collecte 20 de flux 10 et le blindage magnétique 18 par moulage résine. L'intégration
du jeu d'anneaux de collecte de flux 10 et du blindage magnétique 18 permet de simplifier l'installation. Cette structure de blindage magnétique peut être employée de préférence pour la production de masse. Cette modification est également applicable au second mode de réalisation.
Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (4)
1. Capteur de couple comprenant: un premier arbre (5) et un second arbre (6) accouplés de façon coaxiale; une barre de torsion (7) convertissant en un déplacement en torsion un couple appliqué entre ledit 5 premier arbre et ledit second arbre; un aimant multipolaire (8) fixé audit
premier arbre ou à une extrémité de ladite barre de torsion; un jeu de culasses magnétiques (9) fixées audit second arbre ou à l'autre extrémité de ladite barre de torsion et disposées dans un champ magnétique généré par ledit aimant multipolaire; un jeu d'anneaux de collecte de flux (10) 10 disposés le long d'une surface extérieure dudit jeu de culasses magnétiques, et disposés mutuellement en regard avec interposition d'un entrefer dans une direction axiale; et un capteur magnétique (11) pour détecter la densité de flux magnétique générée dans ledit entrefer, caractérisé en ce qu'une surface cylindrique extérieure dudit jeu d'anneaux de collecte de 15 flux est entourée par un blindage magnétique (18).
2. Capteur de couple selon la revendication 1, dans lequel le blindage magnétique a des parties latérales (18b) couvrant des surfaces
latérales dudit jeu d'anneaux de collecte de flux.
3. Capteur de couple selon la revendication 1 ou 2, dans lequel 20 le blindage magnétique (18) est intégré audit jeu d'anneaux de collecte de
flux par moulage résine.
4. Capteur de couple selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, dans lequel le blindage magnétique (18) couvre directement la surface cylindrique extérieure dudit jeu d'anneaux de collecte de flux.
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