Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un capteur angulaire pour déterminer l'angle de rotation d'un organe rotatif, tel qu'un capteur d'angle de direction pour déterminer l'angle de direction ou de braquage d'une colonne de direction d'un véhicule automobile. L'invention se rapporte également à un pignon ou une roue dentée équipant un tel capteur angulaire et son procédé de fabrication. Etat de la technique On connaît des capteurs angulaires destinés à mesurer en mesure absolue, l'angle d'un organe ou corps rotatif, mais aussi l'angle d'un corps au repos. Un tel capteur angulaire est décrit dans le document DE 195 06 938 Al. Selon ce document, un organe rotatif, tel que par exemple la colonne de direction d'un véhicule, est équipé d'un premier pignon ou roue dentée qui peut tourner avec l'organe rotatif d'un angle de plus de 360°. Deux pignons ou roues dentées de mesure sont en prise avec ce pignon ou cette roue dentée et le nombre des dents des pignons de mesure est plus petit que celui du pignon équipant l'organe rotatif ; le nombre de dents des deux pignons de mesure, diffère par exemple d'une unité. A partir des angles mesurés par les deux pignons dentés, on pourra déterminer l'angle du premier pignon et ainsi celui de l'organe rotatif, en effectuant une mesure absolue. Pour pouvoir déterminer l'angle des pignons de mesure, les capteurs angulaires usuels comportent des pastilles magnétiques. Ces pastilles magnétiques sont réalisées en un matériau aimanté, tel que par exemple du NdFeB (Néodyme-Fer-Bore) ou d'un matériau de matrice susceptible d'être moulé et dans lequel sont intégrées les particules de NdFeB. On fixe solidairement une pastille magnétique au pignon de mesure. La pastille magnétique peut par exemple être enclipée dans le pignon ou roue dentée. En variante, pour réaliser l'ensemble du pignon denté, on peut partir d'une pastille magnétique comme noyau autour duquel on surmoule par injection la partie restante du pignon par un procédé d'injection.
L'orientation du champ magnétique généré par la pastille magnétique se détecte à l'aide d'un capteur de champ magnétique installé au voisinage de la surface frontale du pignon de mesure. A partir de cette orientation du champ magnétique, on détermine l'orientation du pignon de mesure respectif et connaissant les deux orientations, celle de chacun des deux pignons de mesure, on obtient finalement l'orientation ou l'angle de rotation de l'organe rotatif. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un capteur angulaire ainsi qu'un pignon pour un tel capteur angulaire et un procédé de fabrication permettant d'obtenir un capteur angulaire de construction simple et assurant néanmoins une détermination précise de l'angle de rotation de l'organe rotatif. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un pignon denté de capteur angulaire, le pignon ayant un ensemble de dents réparties le long de la périphérie du pignon, et caractérisé en ce qu'il est réalisé en totalité en un matériau susceptible d'être aimanté, et une aimantation est développée dans le pignon qui est plus forte dans la zone centrale du pignon que dans la zone du bord où se trouvent les dents. L'invention a également pour objet un capteur angulaire équipé d'au moins un pignon et de préférence d'au moins deux pignons constituant les pignons de mesure, ainsi que d'un ou plusieurs capteurs de champ magnétique associés à l'unique pignon ou aux différents pignons. Le pignon coopère avec l'organe rotation dont on veut déterminer l'angle de rotation de façon que la rotation de cet organe produise la rotation du pignon autour de son axe. Le pignon est conçu pour générer un champ magnétique essentiellement homogène dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation et dont le capteur de champ magnétique détermine la direction. Selon l'invention, le pignon est réalisé totalement en un matériau susceptible d'être aimanté. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un pignon denté de capteur angulaire, ce procédé étant caractérisé par les étapes suivantes : réaliser l'ensemble du pignon denté en un matériau susceptible d'être aimanté, aimanter le pignon de façon à y induire une aimantation plus forte dans la zone centrale du pignon que dans la zone du bord là où se trouvent les dents du pignon. Des considérations et des idées concernant les aspects de l'invention et formes de réalisation seront présentées brièvement ci-après avec les caractéristiques et les avantages des modes de réalisation de l'invention.
On a constaté que la fabrication de pignons ou de roues dentées destinées à des capteurs angulaires utilisant une pastille magnétique installée dans ou sur le pignon comme décrit ci-dessus nécessitait un travail important. Généralement, on fabrique tout d'abord une pastille en un matériau susceptible d'être aimanté, par exemple par injection. Ensuite, on aimante la pastille diamétralement de façon que le champ magnétique qu'elle génère soit très largement homogène au moins dans la zone centrale dans un plan parallèle à la surface de la pastille. Cette opération d'aimantation est faite en général sur la pastille injectée, terminée. Ensuite, on enclipse la pastille aimantée soit dans un corps de pignon ou de roue dentée réalisée séparément ou encore on presse la pastille dans le corps du pignon. En variante, on peut enrober la pastille avec le corps du pignon ou de la roue dentée par une nouvelle étape d'injection. Pour fabriquer les pignons dentés générant un champ magnétique dont l'orientation se détecte avec un détecteur ou capteur de champ magnétique, pour simplifier cette fabrication, l'invention propose de supprimer la fabrication distincte d'une pastille magnétique. Selon l'invention, on a constaté qu'au lieu de réaliser les pignons en plusieurs pièces comme cela est connu, il convenait de les réaliser en une seule pièce, tout le pignon étant en un matériau susceptible d'être aimanté et un tel pignon pouvait équiper un capteur angulaire. La réalisation du pignon en une seule pièce en un matériau susceptible d'être aimanté, simplifie considérablement le procédé de fabrication. Pour réaliser un pignon denté en une seule pièce générant un champ magnétique dont l'orientation peut être déterminée avec une précision suffisante par un capteur de champ magnétique, il faut que le pignon denté soit plus fortement aimanté dans la zone centrale que dans sa zone de bord ou zone périphérique. La zone centrale selon l'invention désigne la zone située à proximité de l'axe de rotation du pignon ou de la roue dentée, par exemple à l'intérieur du diamètre du cercle primitif. Le détecteur de champ magnétique du capteur angulaire peut alors être installé au voisinage de cette zone centrale. Le pignon n'est pas aimanté transversalement par une aimantation diamétrale régulière comme les pastilles magnétiques usuelles, mais le pignon est aimanté de façon à avoir une plus forte aimantation dans sa zone centrale que dans sa zone de bord, on évite que l'aimantation des dents dans la zone de bord du pignon, crée une influence gênante sur l'homogénéité du champ magnétique généré par le pignon.
Pour pouvoir déterminer de manière plus précise l'orientation du pignon à l'aide du détecteur de champ magnétique, on cherche à ce que le pignon génère dans la zone centrale, un champ magnétique essentiellement homogène dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du pignon denté. L'expression "homogène" signifie que les lignes de champ sont parallèles. L'expression "principalement homogène" signifie que le champ magnétique est suffisamment homogène pour permettre de déterminer l'orientation du champ magnétique avec un détecteur de champ magnétique à la précision souhaitée pour l'application choisie. Par exemple, les écarts de parallélisme des lignes de champ magnétique, doivent être inférieurs à 5° et de préférence inférieurs à 2°. Pour cela, on effectue une aimantation par le côté frontal dans le pignon. Un pignon ainsi aimanté est également appelé pignon à aimantation en surface. Comme cela sera détaillé ultérieurement, pour obtenir une telle aimantation frontale, on n'expose pas tout le pignon denté à un champ magnétique homogène comme une aimantation diamétrale usuelle. Au lieu de cela, pendant l'aimantation du matériau susceptible d'être aimanté, on expose le pignon à un champ magnétique non homogène qui pénètre dans le pignon principalement par une face frontale du pignon et qui grâce à cette non-homogénéité, fait que le pignon est plus fortement aimanté dans la zone centrale que dans la zone marginale ou zone du bord. L'aimantation du côté frontal peut être une aimantation bipolaire, accentuée. En variante, on peut également utiliser des aimantations à 4 pôles, 6 pôles ou de manière générale à 2n-pôles (n = 1, 2, 3, ...). Le pignon denté peut être réalisé en un matériau susceptible d'être aimanté avec des particules susceptibles d'être aimantées, intégrées dans un matériau de matrice mis en forme ou moulé. Le matériau de la matrice est par exemple un matériau appliqué to par injection ou travaillé à la presse. Cela permet de fabriquer le pignon de manière simple au cours d'une seule étape de mise en forme. Comme matériau pour des particules susceptibles d'être aimantées, il est avantageux d'utiliser une ferrite dure. Ce matériau est d'une fabrication économique et son aimantation se fait de manière 15 avantageuse. Pour fabriquer le pignon ou la roue dentée, on peut l'injecter ou le réaliser à la presse et il est avantageux d'aimanter le pignon denté directement dans le moule servant à sa fabrication. Comme le pignon denté est réalisé en une seule pièce par une opération 20 de mise en forme, toute l'opération de fabrication y compris l'aimantation, se fera dans un seul dispositif. On peut par exemple utiliser le fait que l'aimantation se fasse pendant le durcissement ou la prise de la matière injectée pour obtenir un champ magnétique plus intense dans le pignon que pour une aimantation du pignon faite 25 ensuite lorsque le pignon est déjà durci. L'aimantation peut être faite à l'aide d'aimants permanents et/ou d'électro-aimants installés au voisinage de la face frontale du pignon. Cette mise en place d'aimants permet de réaliser de manière simple, l'aimantation frontale souhaitée du pignon. En 30 particulier, si l'on utilise une ferrite dans le matériau susceptible d'être aimanté, comme l'aimantation est simple, il suffit d'aimants permanents économiques sans avoir à utiliser d'électro-aimants coûteux. Il est à remarquer que l'invention a été présentée ci-35 dessus en relation avec un capteur angulaire ou un pignon ou roue dentée de capteur angulaire, ainsi que par un procédé de fabrication d'un tel pignon sans que cette présentation ne soit limitative. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un pignon denté et d'un capteur angulaire ainsi que d'un procédé de fabrication d'un tel pignon denté, représentés dans les dessins annexés dans lesquels les figures sont seulement schématiques et non faites à l'échelle. Ainsi, - la figure 1 est une vue de dessus d'un capteur angulaire selon l'invention, - la figure 2 est une section d'un capteur angulaire selon l'invention, - la figure 3 est une section d'un pignon selon l'invention correspondant à un exemple d'aimantation frontale bipolaire, - la figure 4 est une vue de dessus d'un pignon selon l'invention pour expliciter un exemple d'une aimantation frontale bipolaire, - la figure 5 montre un pignon explicitant une aimantation diamétrale, la figure 6 montre un dispositif pour la réalisation selon l'invention d'un pignon. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est une vue de dessus schématique d'un capteur angulaire 1 selon l'invention. Un organe rotatif 5 tel que par exemple l'axe d'une colonne de direction équipant un véhicule, porte solidairement un grand pignon denté 2. Deux pignons dentés plus petits 3, 4 sont en prise avec le grand pignon denté 2 pour tourner avec le mouvement du grand pignon denté 2. Le nombre des dents des deux petits pignons dentés 3, 4 diffère d'au moins une dent. Les petits pignons dentés 3, 4 sont réalisés complètement en un matériau aimanté. Les pignons dentés sont aimantés de façon que le champ magnétique parallèle à la surface frontale des pignons dentés 3, 4 soit très largement homogène. Comme le montre la figure 1 ainsi que la vue en coupe de la figure 2, schématique, au-dessus de la surface frontale 8 de chacun des pignons ou roues dentées 3, 4, il y a un capteur de champ magnétique 6. Ce capteur de champ magnétique 6 permet de détecter l'orientation du champ magnétique 11 généré par le pignon aimanté 3.
Pour cela, on utilise par exemple des capteurs XMR dont la résistance change directement sous l'influence d'un flux magnétique et sont, pour cette raison, appelés "détecteurs ou capteurs magnétorésistants X". On peut utiliser par exemple des capteurs GMR appliquant l'effet "magnétorésistant géant GMR" ou des capteurs AMR utilisant l'effet "magnétorésistance anisotropique" L'information obtenue de cette manière pour l'orientation des pignons ou roues dentées 3, 4 est transmise à une unité d'exploitation 7. En fonction des orientations mesurées et de la connaissance du nombre différent de dents des deux pignons dentés 3, 4, cette unité d'exploitation détermine de manière absolue l'angle de rotation du grand pignon denté 2 relié aux deux petits. Comme cela est très schématiquement présenté à la figure 2, le champ magnétique 11 généré par le pignon denté 3, est saisi par le détecteur de champ magnétique 6 uniquement dans la zone centrale 9 du pignon denté. A l'extérieur de la zone centrale 9 et notamment dans la zone marginale 10, là où se trouvent les dents, on ne mesure pas le champ magnétique généré 11. Dans le cas des pignons ou roues dentées de mesure, usuels pour les capteurs angulaires, on a installé une pastille aimantée uniquement au centre de la roue ou du pignon denté 3 en solidarisant la pastille à la roue dentée. Les roues ou pignons dentés 3, 4 tels que proposés, qui sont réalisés en totalité en un matériau aimanté, ont montré qu'une forte aimantation dans la zone de bord 10 peut avoir une influence négative sur la précision de la mesure avec laquelle le capteur de champ magnétique 6 peut déterminer l'orientation du pignon 3, 4. Pour minimiser une telle influence négative dans le cas de pignons dentés 3, 4 réalisés en totalité en un matériau aimanté, on introduit une aimantation qui est beaucoup plus forte dans la zone centrale 9 que dans la zone du bord 10. L'intensité du champ magnétique dans la zone centrale 9, peut être par exemple l'intensité de champ maximale qui est supérieure d'un coefficient de 5à 10 à l'intensité maximale du champ dans la zone de bord 10. Pour arriver à une telle répartition du champ magnétique concentrée dans la zone centrale 9, il est avantageux d'aimanter le
s pignon denté 3, 4 par une aimantation du côté frontal, multipolaire, qui peut également ètre appelée "aimantation multipolaire en surface". Les figures 3 et 4 montrent schématiquement une vue en coupe et une vue de dessus du pignon 3 avec une telle aimantation. La section de la figure 3 a été faite suivant la ligne A-A de la figure 4. La figure 5 montre en revanche une aimantation diamétrale usuelle. Dans le cas de l'aimantation frontale bipolaire présentée à titre d'exemple aux figures 3 et 4, un champ magnétique explicité par les lignes de champ 11, pénètre par la face frontale 8 du pignon 3 dans le volume du pignon 3 et assure l'aimantation de la matière magnétique rencontrée, avec une intensité de champ magnétique suffisante. Le champ magnétique 11 passe du pôle Sud S au pôle Nord N d'un aimant permanent ou électro-aimant non représenté, voisin de la surface frontale du pignon 3. Dans le plan transversal au plan du pignon 3 comme représenté à la figure 3, le champ magnétique 11 est fortement non-homogène et il aimante le pignon 3 principalement dans sa zone centrale 9. Dans un plan parallèle à la surface frontale 8 du pignon 3, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 12 du pignon 3, comme cela est présenté à la figure 4, le champ magnétique 11 est en revanche très homogène, c'est-à-dire que les lignes de champ (flèches en forme de vecteur) sont très largement parallèles. Alors que tout le pignon 3 peut avoir par exemple plusieurs centimètres, le champ magnétique 11 du capteur de champ magnétique 6 sera détecté uniquement dans une petite zone de mesure 13 à l'intérieur de la zone centrale 9. Dans cette zone de mesure 13, le champ magnétique 11 généré est très homogène et convient ainsi pour déterminer de manière précise l'orientation du pignon 3. La figure 5 montre une aimantation diamétrale, usuelle, uniquement pour permettre la comparaison. Pendant l'opération d'aimantation, un champ magnétique homogène 11' traverse tout le pignon 3'. Toutes les zones du pignon 3' seront ainsi aimantées avec une intensité pratiquement identique. On a constaté qu'avec une telle aimantation diamétrale, il n'était pas possible de déterminer l'orientation du pignon denté 3' à l'aide du champ magnétique 11' qu'il génère ou encore que cette détermination de l'orientation manquait de précision. On a par exemple observé que pour des paramètres d'aimantation par ailleurs analogues avec un pignon à aimantation diamétrale à l'emplacement du capteur de champ magnétique, on obtenait une densité de flux magnétique insuffisante pour déterminer l'angle de manière fiable alors qu'avec une aimantation en surface ou une aimantation frontale, on obtient une densité de flux suffisante pour permettre une détermination angulaire fiable. La figure 6 est une vue en coupe d'un dispositif 21 utilisé pour réaliser un pignon denté 3 selon l'invention. Suivant une représentation très schématique, le dispositif 21 a une forme 22 en deux parties avec une cavité 24 dans laquelle on réalise le pignon ou roue dentée 3 par un procédé d'injection. Pour cela, on introduit un matériau magnétique susceptible d'être injecté, à l'état liquide ou visqueux dans la cavité 24 pour ensuite faire durcir et obtenir finalement le pignon 3. En variante, on peut également réaliser le pignon 3 par pressage. Comme matériau susceptible d'être aimanté, on peut utiliser un mélange de poudre magnétique et de granulés de matière plastique comme cela est usuel pour la fabrication d'aimants liés par de la matière plastique. La poudre magnétique qui contient de petites particules susceptibles d'être aimantées, peut être répartie régulièrement dans une matrice de matière plastique après mise à l'état liquide puis figeage consécutif des granulés de matière plastique. La poudre magnétique peut être notamment une poudre de ferrites dures, par exemple une ferrite dure 16/ 21 p selon la norme DIN IEC 60401-8-1. Cette poudre magnétique est relativement bon marché. En variante, on peut également utiliser une poudre magnétique de NdFeB comme celle utilisée pour les pastilles magnétiques usuelles. Cette poudre magnétique peut en principe être aimantée plus fortement, mais elle est beaucoup plus chère et plus difficile à aimanter que la ferrite dure. Pour aimanter le pignon 3 déjà pendant l'opération d'injection, le dispositif 21 est équipé en plus d'un aimant permanent 23. L'aimant permanent 23 génère un champ magnétique 11 comme cela a été décrit ci-dessus en référence aux figures 3 et 4. L'aimant permanent 23 est adjacent à la cavité dans laquelle on moule le pignon 3. Le champ magnétique Il peut ainsi agir sur le matériau susceptible d'être aimanté utilisé pour former le pignon 3, aussi longtemps que ce matériau n'est pas durci. Le champ magnétique 11 peut agir pendant toute la phase de durcissement qui, pour les procédés d'injection usuels s a une durée par exemple de l'ordre de 10-20 s. On a observé que de cette manière, l'aimantation générée dans le pignon 3, était plus forte et plus stable que dans le cas d'une aimantation faite postérieurement lorsque le pignon est complètement durci. Grâce à ce meilleur effet d'aimantation, on peut également utiliser pour le pignon 3, un matériau 10 contenant de la ferrite dure bien que de manière générale la ferrite dure puisse être aimantée moins fortement que le mélange NdFeB. On a également observé que la ferrite dure s'aimantait déjà pour des intensités de champ magnétique plus faibles que NdFeB, de sorte que pour l'aimantation on peut utiliser des aimants permanents qui 15 développent de manière générale des intensités de champ magnétique plus faibles que celles des électro-aimants. 20 Il NOMENCLATURE
1 capteur angulaire 2 grand pignon denté/grande roue dentée 3 petit pignon/petite roue dentée 3' pignon denté 4 petit pignon/petite roue dentée 5 organe rotatif 6 capteur de champ magnétique 8 surface frontale des pignons 3, 4 11 champ magnétique généré par un pignon 11' champ magnétique homogène 13 petite plage de mesure 21 dispositif pour fabriquer un pignon 22 moule en deux parties 24 cavité du moule 23 aiment permanent20