FR2886448A1 - Potentiometre - Google Patents

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Abstract

Potentiomètre du type sans contact, à grande résolution de détection d'ampleur de rotation, applicable à un nombre sans fin de rotations. Le potentiomètre comprend un premier arbre (112a) à rotation sans fin, un premier système de détection (110a) qui détecte magnétiquement, sans contact, un angle de rotation du premier arbre (112a), un second arbre (112b) à rotation sans fin, un second système de détection (110b) qui détecte magnétiquement, sans contact, un angle de rotation du second arbre (112b), un système de transmission (400) qui réduit la vitesse de rotation du premier arbre (112a) et transmet la rotation au second arbre (112b), et un système de sortie (602, 604, 606) qui délivre un signal électrique proportionnel à une ampleur de rotation du premier arbre (112a) d'après des signaux de détection délivrés par le premier système de détection (110a) et le second système de détection (1 10b).

Description

POTENTIOMETRE
La présente invention est relative à un potentiomètre et, plus particulièrement, à un potentiomètre qui génère un signal électrique correspondant à une ampleur de rotation d'un arbre.
On utilise un potentiomètre lorsqu'un signal électrique indiquant l'ampleur de déplacement d'un objet est nécessaire. Le potentiomètre comprend un arbre qui tourne sous l'effet d'une force extérieure et un convertisseur qui convertit en signal électrique une ampleur de rotation de l'arbre.
Dans un potentiomètre utilisant une résistance à glissière pour la conversion en signal électrique d'une ampleur de rotation, comme, avec le temps, l'abrasion d'une partie formant glissière amoindrit les performances et réduit la stabilité du fonctionnement, un potentiomètre du type sans contact est employé afin d'éviter ces inconvénients.
Un potentiomètre du type sans contact utilisant le magnétisme est connu dans la technique. Le potentiomètre de ce type comprend un aimant fixé à une extrémité d'un arbre, et un détecteur servant à détecter comme signal électrique un flux magnétique de l'aimant. On utilise comme détecteur un dispositif à effet Hall ou un dispositif à inductance (se reporter par exemple respectivement aux documents de brevets 1 et 2).
Comme potentiomètre dans lequel le nombre de rotations d'arbre est converti en signal électrique d'une manière sans contact, on connaît un potentiomètre dans lequel un élément fileté destiné à se déplacer de manière linéaire d'une manière correspondant à la rotation de l'arbre est disposé à l'intérieur de l'arbre et la position de l'extrémité de l'élément fileté est détectée magnétiquement (cf., par exemple, document de brevet 3).
[Document de brevet 1] Brevet des E.U.A. n 4 395 695 (colonnes 2-4, figures 1-3) [Document de brevet 2] Brevet des E.U.A. n 3 988 710 (colonnes 1-3, figures 1-2) [Document de brevet 3] Brevet des E.U.A. n 6 411 082 (colonnes 2-3, Fig. 1) Dans les constructions décrites dans les documents de brevets 1 et 2, seulement une ampleur de rotation pour une seule rotation d'arbre ou moins d'une 35 rotation est détectée. En outre, la résolution de la détection d'ampleur de rotation est faible. Dans la construction décrite dans le document de brevet 3, une ampleur de rotation pour plusieurs rotations d'arbre peut être détectée, cependant l'ampleur maximale de rotation est limitée.
Par conséquent, la présente invention vise à réaliser un potentiomètre du type sans contact applicable à un nombre infini de rotations, avec une grande résolution de détection de l'ampleur de la rotation.
Pour résoudre le problème ci-dessus, la présente invention propose un potentiomètre comprenant: un premier arbre à rotation sans fin; un premier moyen 1 o de détection servant à détecter magnétiquement, sans contact, un angle de rotation dudit premier arbre; un second arbre à rotation sans fin; un second moyen de détection servant à détecter magnétiquement, sans contact, un angle de rotation dudit second arbre; un moyen de transmission pour accroître la vitesse de rotation dudit premier arbre et transmettre la rotation audit second arbre; et un moyen de sortie afin de sortir un signal électrique proportionnel à une ampleur de rotation dudit premier arbre d'après un signal de détection fourni par ledit premier moyen de détection et un signal de détection fourni par ledit second moyen de détection.
Il est préférable que ledit moyen de transmission comporte un mécanisme d'engrenage dans le but de transmettre la rotation avec un rapport de rotation précis.
Il est préférable que ledit moyen de sortie délivre un signal analogique dans le but d'obtenir un signal analogique indiquant une ampleur de rotation.
Il est préférable que ledit moyen de sortie délivre un signal numérique afin d'obtenir un signal numérique indiquant une ampleur de rotation.
Il est préférable que ledit moyen de sortie délivre un signal analogique et un signal numérique afin d'obtenir un signal analogique et un signal numérique indiquant une ampleur de rotation.
Il est préférable que le potentiomètre comprenne en outre un boîtier contenant au moins une partie dudit premier arbre, ledit second arbre, ledit premier moyen de détection, ledit second moyen de détection, ledit moyen de transmission et ledit moyen de sortie, dans le but de mettre facilement en oeuvre un potentiomètre contenu dans celui-ci.
Grâce à la présente invention, , on peut réaliser un potentiomètre sans contact ayant une grande résolution de détection d'ampleur de rotation, applicable à un nombre infini de rotations.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est un schéma représentant la structure d'un exemple d'un mode de 5 mise en oeuvre de l'invention; la Fig. 2 est un schéma représentant la structure du codeur rotatif d'un mode de réalisation de mise en oeuvre de l'invention; la Fig. 3 est un schéma représentant la structure du mécanisme d'engrenage dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention; et la Fig. 4 est un schéma représentant la structure électrique d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention.
Ci-après, on décrira en détail, en référence aux dessins, un mode de mise en oeuvre de l'invention. On notera que la présente invention ne se limite pas à ce mode de mise en oeuvre de l'invention. La Fig. 1 représente schématiquement la structure d'un potentiomètre. La structure du dispositif illustre un exemple du meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention dans le cas d'un potentiomètre.
Comme représenté sur la Fig. 1, le dispositif comprend un arbre 100. L'arbre 100 est fixé de manière rotative à un boîtier 300 à l'aide d'un palier 200. L'arbre 100 peut tourner sans fin. Une première extrémité de l'arbre 100 est à l'extérieur du boîtier 300 à partir du palier 200, et l'autre extrémité, à l'intérieur du boîtier 300. Le boîtier 300 est un exemple du boîtier selon la présente invention.
Deux codeurs rotatifs 110a et 110b sont logés dans le boîtier 300. Le codeur rotatif 110a comprend un aimant 114a fixé à une extrémité d'un arbre de rotation 112a et un détecteur 116a en regard, sans contact, de l'aimant. Le codeur rotatif 110a est un exemple du premier moyen de détection selon la présente invention. Le codeur rotatif 110b comprend un aimant 114b fixé à une extrémité d'un arbre de rotation 112b et un détecteur en regard, sans contact, de l'aimant. Le codeur rotatif 110b est un exemple du second moyen de détection selon la présente invention.
La Fig. 2 représente la structure du codeur rotatif L'aimant 114 est un aimant permanent, en forme de colonne, aimanté dans une seule direction sur son diamètre. Le détecteur 116 est un boîtier ASIC comprenant un dispositif à effet Hall et ses circuits électroniques auxiliaires.
Le détecteur 116 délivre un signal électrique indiquant une position de 35 rotation de l'aimant 114. Le signal électrique est par exemple un signal électrique indiquant l'angle de rotation sur 360 de l'aimant 114 sous la forme de 1024 pas. Le codeur rotatif est commercialisé.
L'arbre de rotation 112a du codeur rotatif 110a est fixé de manière coaxiale à l'extrémité de l'arbre 100. L'arbre de rotation 112b du codeur rotatif 110b est accouplé avec l'extrémité de l'arbre 100 par l'intermédiaire d'un mécanisme d'engrenage 400.
Une partie comprenant l'arbre 100 et l'arbre de rotation 112a constitue un exemple du premier arbre selon la présente invention. L'arbre de rotation 112b constitue un exemple du second arbre selon la présente invention. Le mécanisme d'engrenage 400 constitue un exemple du moyen de transmission selon la présente invention, et un exemple du mécanisme d'engrenage. La rotation de l'arbre 100 peut être transmise à l'arbre de rotation 112b, dans un rapport de rotation précis, à l'aide du mécanisme d'engrenage.
La Fig. 3 représente le mécanisme d'engrenage 400 vu de la direction de l'arbre de rotation. Le mécanisme d'engrenage 400 comprend par exemple six pignons 401 à 406. Le pignon 401 est fixé de manière coaxiale à l'extrémité de l'arbre 100. Les pignons 402 à 406 sont supportés par des paliers appropriés (non représentés).
Le pignon 401 engrène avec le pignon 402. Le rapport de démultiplication entre les pignons 401 et 402 est de 1/A (>1). Le pignon 403 est fixé de manière coaxiale au pignon 402. Le pignon 403 engrène avec le pignon 404. Le rapport de démultiplication entre les pignons 403 et 404 est de 1/B (>1). Le pignon 405 est fixé de manière coaxiale au pignon 404. Le pignon 405 engrène avec le pignon 406. Le rapport de démultiplication entre les pignons 405 et 406 est de 1/C (> 1). L'arbre de rotation 112b du codeur rotatif 110b est fixé de manière coaxiale au pignon 406.
L'arbre de rotation 112a du codeur rotatif 110a tourne dans un rapport de 1/1 par rapport à la rotation de l'arbre 100. L'arbre de rotation 112b du codeur rotatif 110b tourne dans un rapport de N/1 (N> 1) par rapport à la vitesse de l'arbre 100. Ainsi, le mécanisme d'engrenage 400 est un mécanisme d'engrenage réducteur de vitesse.
Dans le présent agencement, l'arbre de rotation 112b du codeur rotatif 110b tourne sans fin à raison de 1 rotation pour N rotations de l'arbre de rotation 112a du codeur rotatif 110a. La valeur de N est par exemple de 10, cependant la valeur ne se limite pas à cette valeur mais peut être une valeur appropriée. Ainsi, un signal de détection représentant 1 rotation de l'arbre 100, par exemple 1024 pas, et un signal de détection représentant 10 rotations de l'arbre 100, par exemple 1024 pas, peuvent être obtenus à l'aide du codeur rotatif 110a et du codeur rotatif 110b d'après cette relation.
Des cartes 502 à 506 de circuits imprimés sont disposées dans le boîtier 300. Les cartes 502 à 506 de circuits imprimés sont supportées à l'aide de moyens de support (non représentés), et sont connectées électriquement l'une à l'autre par des lignes (non représentées) de signaux. Le boîtier 300 comporte une borne (non représentée) afin de connecter l'alimentation électrique à ces cartes de circuits imprimés et, de l'extérieur, réaliser une émission/réception de signaux vers/depuis les cartes de circuits imprimés.
l0 Les détecteurs 116a et 116b des codeurs rotatifs 110a et 110b sont disposés respectivement sur les cartes de circuits imprimés 502 et 504. Un processeur 602 servant à traiter les signaux de sortie des détecteurs 116a et 116b et ses interfaces 604 et 606 sont présents sur la carte de circuit imprimé 504. On emploie par exemple, comme processeur 602, un système de traitement numérique de signaux. Un circuit d'alimentation électrique 612 et des circuits auxiliaires 614 et 616 sont présents sur la carte de circuit imprimé 506.
La Fig. 4 représente un schéma de principe de la structure électrique du présent dispositif. Les détecteurs 116a et 116b des codeurs rotatifs 110a et 110b appliquent les signaux de détection respectifs au processeur 602 d'après un signal d'horloge fourni depuis le processeur 602. Les signaux de détection sont entrés sous la forme de signaux numériques.
Le signal d'entrée fourni par le détecteur 116a a, par exemple, une résolution de 1024 pour 1 rotation de l'arbre 100. Le signal d'entrée fourni par le détecteur 116b a par exemple une résolution de 1024 pour 10 rotations de l'arbre 100.
Le processeur 602 traite les signaux d'entrée pour obtenir des données indiquant l'ampleur de rotation de l'arbre 100 avec, par exemple, une résolution de 1 048 576 (220) pour 10 rotations. Les données sont délivrées respectivement sous la forme d'un signal de modulation de durée d'impulsion et de données numériques.
Le signal de modulation de durée d'impulsion est délivré sous la forme d'un signal analogique traversant un filtre 604, et les données numériques sont délivrées sous la forme de données série par l'intermédiaire d'un émetteur-récepteur 606. On notera qu'il peut être fait en sorte que seul le signal analogique ou seules les données série soient délivrés. Un organe comprenant le processeur 602, le filtre 604 et l'émetteur-récepteur 606 constitue un exemple du moyen de sortie selon la présente invention.
Les détecteurs 116a et 116b, le processeur 602, le filtre 604 et l'émetteur-récepteur 606 sont alimentés en courant électrique soumis à une conversion de tension pour passer de 12 V à 3,3 V, provenant d'une source d'alimentation extérieure, via un circuit d'alimentation électrique 612.
Le signal délivré par le présent dispositif indique l'ampleur de rotation de l'arbre 100 avec par exemple une résolution de 1 048 576 (220) pour 10 rotations. Dans cet agencement, le présent dispositif est un potentiomètre du type sans contact qui délivre un signal indiquant avec une grande résolution l'ampleur de la rotation de l'arbre 100. En outre, comme l'arbre 100 peut tourner sans fin, le dispositif est applicable à un nombre illimité de rotations.
Par ailleurs, comme le processeur 602 est programmable, une position de rotation de référence, à savoir la position zéro de l'arbre 100, peut être établie à volonté.
Par ailleurs, comme tous les éléments constitutifs sont logés dans le boîtier, le présent dispositif peut être réalisé sous la forme d'un organe miniaturisé et compact. Comme ce dispositif compact permet une sortie analogique, le potentiomètre de type analogique selon la technique antérieure peut facilement être remplacé par le présent dispositif.
Légendes des repères de la Fig. 4 116ab détecteur 602 processeur 604 filtre 606 émetteur-récepteur 612 circuit d'alimentation électrique

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Potentiomètre, comprenant: un premier arbre (112a) à rotation sans fin; un premier système de détection (110a) servant à détecter magnétiquement, sans contact, un angle de rotation dudit premier arbre (112a) ; un second arbre (112b) à rotation sans fin; un second système de détection (110b) servant à détecter magnétiquement, sans contact, un angle de rotation dudit second arbre (112b) ; lo un système de transmission (400) servant à accroître la vitesse de rotation dudit premier arbre (112a) et à transmettre la rotation audit second arbre (112b) ; et un système de sortie (602, 604, 606) servant à délivrer un signal électrique proportionnel à une ampleur de rotation dudit premier arbre (112a) d'après un signal de détection délivré par ledit premier système de détection (110a) et un signal de détection délivré par ledit second système de détection (110b).
2. Potentiomètre selon la revendication 1, dans lequel ledit système de transmission (400) comporte un mécanisme d'engrenage.
3. Potentiomètre selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit système de sortie (602, 604) délivre un signal analogique.
4. Potentiomètre selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit système de sortie (602, 606) délivre un signal numérique.
5. Potentiomètre selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit système de sortie (302, 604, 606) délivre un signal analogique et un signal numérique.
6. Potentiomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre un boîtier (300) qui contient au moins une partie dudit premier arbre (112a), ledit second arbre (112b), ledit premier système de détection (110a), ledit second système de détection (110b), ledit système de transmission (400) et ledit système de sortie (602, 604, 606).
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