FR3072773A1 - Capteur de couple pour element en rotation utilisant un couplage mecanique a friction - Google Patents
Capteur de couple pour element en rotation utilisant un couplage mecanique a friction Download PDFInfo
- Publication number
- FR3072773A1 FR3072773A1 FR1760025A FR1760025A FR3072773A1 FR 3072773 A1 FR3072773 A1 FR 3072773A1 FR 1760025 A FR1760025 A FR 1760025A FR 1760025 A FR1760025 A FR 1760025A FR 3072773 A1 FR3072773 A1 FR 3072773A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- rotating element
- substrate
- torque sensor
- layer
- adhesive material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 114
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 62
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 53
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 53
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 24
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 40
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 7
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 206010001488 Aggression Diseases 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- MWCLLHOVUTZFKS-UHFFFAOYSA-N Methyl cyanoacrylate Chemical compound COC(=O)C(=C)C#N MWCLLHOVUTZFKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000016571 aggressive behavior Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
- G01L1/2231—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction
Abstract
La présente invention concerne un capteur de couple (1) destiné à être monté sur un élément en rotation (2) dans un véhicule automobile, le capteur de couple (1) comportant au moins une jauge de contrainte (3) déposée sur une couche de matériau adhésif (4). La couche de verre (4) repose sur une face d'un substrat (5) en un matériau rigide apte à garantir un maintien par friction contre l'élément en rotation (2) par sa face opposée à celle portant la couche de verre (4), le capteur de couple (1) comprenant des moyens de pression (6a, 6b) amovibles et réglables entourant la couche de verre (4) et le substrat (5), les moyens de pression (6a, 6b) amovibles et réglables étant destinés à entourer l'élément en rotation (2) et à presser la face opposée du substrat (5) contre l'élément en rotation (2).
Description
La présente invention concerne un capteur de couple pour la mesure du couple d’un élément en rotation utilisant un couplage mécanique à friction. L’invention concerne aussi un ensemble d’un élément en rotation avec un tel capteur de couple et un procédé de montage d’un capteur de couple sur un élément en rotation.
D’une manière générale, un capteur de couple comporte au moins une jauge de contrainte déposée sur une couche de matériau adhésif. Ladite au moins une jauge de contrainte émet un signal électrique fonction de la torsion que subit l’élément en rotation sous l’effet d’un couple de force. Une réception et une émission du signal électrique par des moyens électroniques permettent de mesurer le couple de l’élément en rotation.
La mesure du couple de torsion d’un arbre de transmission pris comme exemple en tant qu’élément en rotation, ce qui n’est pas limitatif, peut être réalisée de nombreuses manières.
L’un des procédés les plus répandus consiste à attacher et/ou à coller des jauges en déformation le plus souvent de type linéaires métalliques directement sur l’arbre en question. Celles-ci sont alors placées avec un angle de +/- 45° en comparaison avec l’axe de l’arbre afin d’être sensibles aux déformations issues de la torsion. Il suffit ensuite de connecter ces jauges à une unité de traitement électronique adéquate pour en récupérer un signal image du couple imposé à l’élément en rotation qu’est l’arbre de transmission.
Un procédé dérivé consiste à ne pas coller ces jauges sur l’arbre mais à les plaquer en force sur l’arbre afin de leur faire mesurer les déformations issues du couple. Ces déformations sont alors transmises aux jauges par effet de friction.
Pour les jauges collées, ce type d’assemblage s’accompagne en général de perte de précision due à la présence de la colle. Cette colle est, dans la grande majorité des cas, un matériau assez flexible et qui se déforme de manière non linéaire, la limite élastique étant rapidement franchie d’où l’apparition de fortes erreurs d’hystérésis.
La colle en question est aussi, en général, un composé chimique peu stable dans le temps et qui va avoir tendance à se dégrader, sécher, perdre en élasticité pour finir souvent et progressivement par s’affaiblir et casser.
Enfin, la présence et le contact avec d’autres éléments chimiques comme des huiles de transmission peuvent endommager cette colle ou les jauges elles-mêmes ou du moins accélérer leur vieillissement.
Pour les jauges pressées si ce principe résout les soucis issus de l’utilisation d’une colle car non nécessaire ici, ces jauges peuvent toujours être endommagées par les huiles et liquides agressifs d’une transmission. Or, les jauges de contrainte sont des éléments qui peuvent facilement être endommagés et les soumettre à une friction n’est pas conseillé.
La friction mise en œuvre avec ce principe amène en général à une dégradation progressive, cette fois mécanique, des jauges de contrainte.
Les problèmes rencontrés par les procédés de l’état de la technique sont principalement des problèmes de dégradation de la performance de la mesure due à la colle, une durée insuffisante de vie du système de mesure ainsi qu’une faible robustesse aux milieux agressifs.
Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un capteur de couple intégrant au moins une jauge de contrainte pour une mesure de couple sur un élément en rotation qui puisse assurer un contact optimal de la ou des jauges de contrainte avec l’élément, ce contact devant être résistant dans la durée et la ou les jauges de contrainte devant être protégées des agressions extérieures.
A cet effet la présente invention concerne un capteur de couple destiné à être monté sur un élément en rotation dans un véhicule automobile, le capteur de couple comportant au moins une jauge de contrainte déposée sur une couche de matériau adhésif, ladite au moins une jauge de contrainte émettant un signal électrique fonction de la torsion que subit l’élément en rotation sous l’effet d’un couple de force, une réception et une émission du signal électrique permettant de mesurer le couple de l’élément en rotation après traitement par des moyens de transmission, remarquable en ce que la couche de matériau adhésif repose sur une face d’un substrat en un matériau rigide apte à garantir un maintien par friction contre l’élément en rotation par sa face opposée à celle portant la couche de matériau adhésif, le capteur de couple comprenant des moyens de pression amovibles et réglables entourant la couche de matériau adhésif et le substrat, les moyens de pression amovibles et réglables étant destinés à entourer l’élément en rotation et à presser la face opposée du substrat contre l’élément en rotation.
Par rapport à l’état de la technique d’une ou de jauges de contrainte collées, la présente invention évite tout problème dû à un tel collage, c’est-à-dire le problème de décollement de la ou des jauges de contrainte, le problème de vieillissement de la colle et le problème du manque de réception de chaque jauge de contrainte de la torsion exercée sur l’élément en rotation du fait de l’interposition de la couche de colle.
Selon l’invention, il n’y a donc pas d’utilisation de colle ou d’un quelconque élément adhésif de fixation pour les bénéfices suivants qui sont une absence d’hystérésis ajouté au signal, un moindre vieillissement ou un vieillissement mieux contrôlé pour une tenue des performances meilleure dans le temps. De plus, du fait des moyens de pression amovibles et réglables, il est possible de retirer sans difficulté le capteur afin, par exemple, de le remplacer en cas de défaillance.
Par rapport à l’état de la technique d’une ou de jauges de contrainte directement mises en contact avec l’élément en rotation, la présente invention évite l’usure créant un endommagement des jauges de contrainte directement soumises à la torsion de l’élément en rotation par contact direct avec cet élément. La ou les jauges de contrainte ne sont pas mises en contact direct avec l’élément en rotation pour une durée de vie accrue de la ou des jauges car non soumises à l’abrasion par friction.
Le substrat effectue une action d’interposition entre, d’une part, la ou les jauges de contrainte, et, d’autre part, l’élément en rotation. Le substrat est assez rigide pour résister à la friction avec l’élément en rotation et transmet la torsion aux jauges de contrainte. Le substrat protège donc les jauges de contrainte d’une usure due aux frottements sur l’élément en rotation. Ceci constitue un premier effet obtenu pour un capteur de couple selon la présente invention.
De plus, un contact par friction entre le substrat et l’élément en rotation avec un matériau du substrat sélectionné confère au substrat un rôle de mini-amplificateur de surface et améliore la détection de la torsion. La surface de contact du substrat avec l’élément en rotation est plus grande que ne le serait la surface de contact de la ou des jauges de contrainte avec l’élément en rotation. Néanmoins, avoir cette surface la plus petite possible permet d’augmenter la pression et ainsi d’améliorer la friction d’où une meilleure détection de la torsion de l’élément en rotation.
Il est possible de sélectionner un substrat avec un matériau et un traitement de surface spécifiques qui procurent une meilleure friction entre le substrat et l’élément en rotation alors qu’une telle possibilité n’existe pas sur le matériau de la ou des jauges de contrainte qui est prédéfini par le constructeur des jauges de contrainte. Ceci constitue un deuxième effet obtenu pour un capteur de couple selon la présente invention.
La combinaison d’un substrat avec une couche de matériau adhésif avec de plus des moyens de pression amovibles et réglables entourant au moins partiellement la partie de détection formée par la ou les jauges de contrainte permet de protéger la ou les jauges de contrainte d’agression extérieure comme des projections d’huile. Ceci constitue un troisième effet obtenu pour un capteur de couple selon la présente invention.
La friction entre le substrat et l’élément en rotation est avantageusement réglable par les moyens de pression amovibles et réglables, notamment par serrage des moyens de pression en deux parties l’une contre l’autre. Il y a donc une grande liberté de réglage de cette friction. Les moyens de pression amovibles et réglables peuvent être enlevés, ce qui permet un montage et un démontage facilités du capteur de couple, ce qui ne peut être obtenu avec des jauges de contrainte collées. Les moyens de pression entourant au moins partiellement le substrat et la couche de matériau adhésif contribuent à la protection de la ou des jauges de contrainte déposées sur la couche de matériau adhésif.
Il s’ensuit que, pour la présente invention, il existe une forte synergie entre la ou les jauges de contrainte déposées sur une couche de matériau adhésif, un substrat de friction avec l’élément en rotation et les moyens de pression concourant à obtenir une protection maximale de l’intérieur du capteur de couple et particulièrement de la ou des jauges de contrainte tout en permettant un réglage optimal de la friction entre l’élément en rotation et le capteur de couple.
La longévité de la ou des jauges de contrainte est augmentée, une meilleure protection de la ou des jauges de contrainte combinée à une meilleure accessibilité lors de la fabrication à la ou aux jauges de contrainte, ce qui est de prime abord inconciliable, sont obtenues.
Un gain environnemental est obtenu du fait de la suppression de la colle qui pouvait comprendre des composants dangereux pour l’environnement.
De par les moyens de pression réglables pour procurer une friction optimale entre le substrat et la portion de l’élément en rotation recevant le substrat et de par la sélection d’un substrat spécifique, il existe de multiples possibilités d’adaptation du capteur à une grande plage de valeurs de couple à mesurer, du fait de l’ajustement du niveau des contraintes observées par la ou les jauges, au travers de la modification de la configuration du substrat et notamment de son épaisseur, et de la pression exercée par les moyens de pression sur le substrat.
Avantageusement, les moyens de pression amovibles et réglables sont formés de deux portions de coquille se prolongeant l’une et l’autre pour former une coquille complète, des moyens de fixation du type tige filetée solidarisant les deux portions de coquille entre elles, les deux portions de coquille logeant le substrat et la couche de matériau adhésif en leur intérieur.
L’appellation « portions de coquille >> ne signifie pas obligatoirement que les deux portions sont équivalentes mais qu’elles sont complémentaires pour former une coquille complète quand mises bout à bout. Les portions de coquille protègent le substrat et la couche de matériau adhésif en les entourant. Leur introduction autour de l’élément en rotation et le reste du capteur de couple est facilitée du fait que les moyens de pression qu’elles forment sont en deux portions de coquille se trouvant disposées symétriquement par rapport à l’élément en rotation.
Avantageusement, les deux portions de coquille sont de dimension différente, le substrat et la couche de matériau adhésif étant logés dans la portion de coquille de plus grande dimension. Il se peut aussi que les portions de coquille soient de 180° d’angle, ce qui permet d’avoir les vis de serrage dans un axe judicieux.
Ceci permet de loger le substrat et la couche de matériau adhésif portant une ou des jauges de contrainte dans une portion de coquille étant la plus grande portion. Pour économie de matière, l’autre des deux portions de coquille n’a pas besoin d’avoir une dimension aussi grande que la portion de coquille de logement du reste du capteur de couple.
Avantageusement, les deux portions de coquille solidarisées entre elles présentent une périphérie externe circulaire sur laquelle est fixée une première couronne incomplète ou non présentant un diamètre externe supérieur ou non à la périphérie externe des deux portions de coquille, les portions de coquille et la première couronne incomplète ou non étant destinées à être entraînées en rotation avec l’élément.
La première couronne peut être sous la forme d’une portion de couronne en étant incomplète car non fermée pour, par exemple, entourer uniquement la périphérie externe circulaire d’une des portions de coquille.
Cette première couronne est avantageusement non fermée afin de permettre un montage de l’ensemble latéralement à un arbre de rotation, par opposition à un montage par l’une des extrémités longitudinales de l’arbre qui demanderait alors forcément la dépose de l’un des éléments de transmission en lien avec l’arbre.
La première couronne peut aussi être complète en entourant complètement les portions de coquille. Cette première couronne est en communication filaire avec les moyens de transmission du capteur de couple au voisinage de la ou des jauges de contrainte et sert avantageusement à une communication électromagnétique avec le reste des moyens électroniques de traitement du signal disposés à distance du capteur de couple.
La première couronne, les moyens de transmission et la ou les jauges de contrainte sont solidaires en rotation, d’où la possibilité d’une liaison filaire entre eux.
Avantageusement, la première couronne incomplète ou non comprend un pourtour extérieur raccordé à au moins une des portions de coquille par des nervures, chacune des nervures présentant une extrémité recourbée en vis-à-vis de ladite au moins une des portions de coquille pour être appliquée au moins partiellement contre la périphérie externe et être fixée sur la périphérie externe par au moins un élément de liaison, la première couronne présentant des moyens de réception du signal transmis en filaire par les moyens de transmission et des moyens d’émission électromagnétique du signal.
Les nervures avec leur bord recourbé respectif permettent de fixer en plusieurs points la première couronne incomplète ou non sur au moins une portion de coquille, cette portion de coquille étant la plus grande en dimension des deux portions de coquille.
Etant donné que cette première couronne, incomplète ou non, est destinée à être entraînée en rotation par l’élément en rotation, sa solidarisation avec au moins une des portions de coquille doit être suffisante pour vaincre la force centrifuge qui va s’exercer sur la première couronne lors de la rotation. Une solidarisation en plusieurs points est donc très favorable pour le maintien de la première couronne incomplète ou non sur au moins une des portions de coquille.
La communication entre moyens de transmission et première couronne se fait en filaire car la première couronne est solidaire du capteur et tourne avec le capteur. Par contre, une unité incluse dans la première couronne en comprenant des moyens d’émission électromagnétique du signal sert à une communication électromagnétique avec une unité extérieure de traitement du signal, avantageusement celle d’une deuxième couronne qui, elle, est fixe.
Avantageusement, des moyens électroniques de réception et de traitement du signal émis par les moyens d’émission électromagnétique de la première couronne sont logés dans une deuxième couronne en vis-à-vis de la première couronne incomplète ou non, les deux couronnes présentant un diamètre similaire ou non en étant espacées l’une de l’autre d’un intervalle. La deuxième couronne peut être fixe tandis que la première couronne est tournante car l’émission entre première et deuxième couronnes est électromagnétique et non filaire.
Dans une autre variante, les deux couronnes peuvent aussi être de diamètre différent, la deuxième couronne venant entourer la première couronne. Le vis-à-vis n’est alors plus axial mais radial. Dans ce cas, les bobines d’émission ou d’excitation sont situées non plus sur la face des couronnes mais sur leur périphérie. La partie des moyens électroniques logés dans la deuxième couronne peuvent être sous forme d’une carte de circuit imprimé. Une carte de circuit imprimé présente un encombrement moindre propice à son intégration dans la deuxième couronne.
Avantageusement, la couche de matériau adhésif est une couche en verre fritté.
Avantageusement, ladite au moins une jauge de contrainte est sous la forme d’un microsystème électromécanique à cellules piézorésistives.
Avantageusement, le substrat est solidarisé de manière non amovible avec les moyens de pression en ne formant qu’une seule et unique pièce avec ces moyens de pression.
L’invention concerne aussi un ensemble d’un élément en rotation dans un véhicule automobile et d’un tel capteur de couple, remarquable en ce que les moyens de pression amovibles et réglables entourent une portion de l’élément en rotation et pressent une face du substrat opposée à celle portant la couche de matériau adhésif contre la portion entourée de l’élément en rotation pour établir un maintien par friction entre la face opposée du substrat et la portion entourée.
Selon l’état de la technique, des exigences étaient à respecter en ce qui concerne l’élément en rotation, par exemple son matériau qui devait être compatible pour le collage ou la friction, par exemple un certain type d’acier. De telles prescriptions n’existent plus dans le cadre de la présente invention avec une tolérance plus grande visà-vis de l’élément en rotation, les moyens de pression pouvant être réglés pour obtenir la friction désirée.
De plus, des exigences de localisation de positionnement du capteur de couple sur l’élément en rotation sont rendues inutiles, ces exigences de localisation ayant requis notamment une position centrale vis-à-vis de la zone active magnétisée sur l’élément du capteur de couple dans le cadre d’une détection de couple par magnétostriction.
Avantageusement, la portion entourée comprend un méplat recevant la face opposée du substrat, ladite au moins une jauge de contrainte s’étendant à 45° par rapport à une parallèle à un axe médian de rotation de l’élément en rotation dans un plan de la jauge de contrainte.
Le méplat sert à la réception du substrat par application sur l’élément en rotation de la face opposée à la face portant la couche de matériau adhésif, donc à améliorer le contact par friction entre le méplat et la face opposée du substrat.
Avantageusement, l’élément en rotation est un arbre ou un volant d’inertie.
L’invention concerne enfin un procédé de montage d’un capteur de couple sur un élément en rotation dans un véhicule automobile pour former un tel ensemble, remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
• positionnement du substrat supportant sur une face la couche de matériau adhésif sur laquelle est déposée ladite au moins une jauge de contrainte contre une portion de l’élément en rotation, le substrat étant appliqué contre la portion de l’élément en rotation par sa face opposée à celle supportant la couche de matériau adhésif, • positionnement de moyens de pression autour du substrat et de l’élément en rotation, • action sur les moyens de pression de sorte que la face opposée du substrat soit maintenue par friction contre la portion.
En alternative au positionnement du substrat contre une portion de l’élément en rotation, le positionnement du substrat contre l’élément en rotation peut être garanti par son logement dans les moyens de pression, avantageusement dans une portion de coquille faisant partie des moyens de pression. Cette forme de réalisation est préférée.
Pour le positionnement de moyens de pression autour du substrat et de l’élément en rotation, l’élément en rotation peut être introduit dans les moyens de pression avantageusement par séparation des moyens de pression en deux portions, par exemple en deux portions de coquille complémentaires. Dans une autre alternative, l’élément en rotation peut être introduit par coulissement à travers les moyens de pression.
L’action sur les moyens de pression permet de régler précisément la friction entre face opposée du substrat et portion en vis-à-vis de l’élément en rotation. Une action par serrage est préférée car elle est aisément mesurable. L’action de serrage étant fonction de la friction à obtenir, l’application d’un serrage donné mesuré, par exemple par une clé dynamométrique, permettra d’obtenir la friction voulue.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
- les figures 1a et 1b sont respectivement des représentations schématiques d’une vue de face d’un mode de réalisation d’un capteur de couple selon l’invention dont le contour est formée de deux portions de coquille au moins partiellement entourées d’une première couronne et d’une vue en coupe d’un mode de réalisation d’un capteur de couple selon l’invention montrant la superposition notamment d’un substrat, d’une couche de matériau adhésif et des jauges de contrainte,
- les figures 2 à 4 sont des représentations schématiques de vues en perspective respectivement d’une portion de coquille supérieure, ainsi que d’une première couronne fixée à cette portion de coquille supérieure, d’une portion de coquille inférieure et de moyens de fixation des deux portions de coquille l’une par rapport à l’autre, les portions de coquille réalisant un mode de réalisation des moyens de pression pour un capteur de couple selon la présente invention,
- la figure 5 est une représentation schématique d’une deuxième couronne pouvant faire partie d’un capteur de couple selon la présente invention, la deuxième couronne étant avantageusement fixe, le reste du capteur de couple n’étant pas montré à cette figure,
- la figure 6 est une représentation schématique d’un élément en rotation dont le couple est à mesurer, un substrat et des jauges de contrainte ainsi qu’une portion de coquille en tant que partie des moyens de pression et faisant partie d’un capteur de couple selon un mode de réalisation de l’invention étant montrés associés à l’élément en rotation, le reste du capteur de couple n’étant pas montré à cette figure,
- la figure 7 est une représentation schématique agrandie par rapport aux autres figures d’un substrat portant au moins une jauge de contrainte montrée positionnée sur une partie d’un élément en rotation dont le couple est à mesurer, le substrat et la jauge de contrainte faisant partie d’un capteur de couple selon un mode de réalisation de l’invention, le reste du capteur de couple n’étant pas montré à cette figure,
- la figure 8 est une représentation schématique d’un ensemble d’un élément en rotation dont le couple est à mesurer et d’un capteur de couple, l’ensemble étant conforme à un mode de réalisation de l’invention,
- la figure 9 est une représentation schématique d’un ensemble d’un élément en rotation dont le couple est à mesurer et des moyens de pression d’un capteur de couple sous forme de deux portions de coquille, le reste du capteur de couple n’étant pas montré à cette figure, l’ensemble étant conforme à un mode de réalisation de l’invention,
- la figure 10 est une représentation schématique d’un ensemble d’un élément en rotation dont le couple est à mesurer et des moyens de pression d’un capteur de couple sous forme de deux portions de coquille portant une première couronne incomplète, l’ensemble étant conforme à un mode de réalisation de l’invention,
- la figure 11 montre deux courbes de signal de sortie de jauges de contrainte en fonction du couple imposé à l’élément en rotation, la courbe en trait plein illustrant une friction optimale avec une friction minimale atteinte et la courbe en pointillés illustrant une friction trop faible montrant de l’hystérésis entre le capteur de couple et l’élément en rotation dans l’ensemble selon l’invention.
Dans ce qui suit, par jauge de contrainte ou jauge de déformation, il est entendu tout élément simple ou comportant plusieurs composants qui traduit une contrainte mécanique ou une déformation mécanique en une variation de grandeur électrique, la grandeur étant plus communément une résistance électrique. Un microsystème électromécanique aussi connu sous l’acronyme anglo-saxon de « MEMS >> (ou « Microelectromechnical Systems », en anglais) à cellules piézorésistives peut être considéré comme une jauge de contrainte dans le sens de la présente invention.
En se référant à toutes les figures, la présente invention concerne un capteur de couple 1 destiné à être monté sur un élément en rotation 2 dans un véhicule automobile pour effectuer des mesures de couple exercé sur l’élément en rotation 2. Le capteur de couple 1 dans le cadre de la présente invention peut aussi servir de capteur de force ou de pression pour l’élément en rotation 2. L’invention consiste à mesurer le couple ou même la force subie par l’élément en rotation 2 en venant mesurer les contraintes sur la surface de cet élément en rotation 2.
Aux figures, l’élément en rotation 2 est sous la forme d’un arbre ou d’un élément de transmission mais ceci n’est pas limitatif, cet élément en rotation 2 pouvant prendre une autre forme comme par exemple celle d’un volant d’inertie.
Comme particulièrement bien visible à la figure 1b, le capteur de couple 1 comporte au moins une jauge de contrainte 3 déposée sur une couche de matériau adhésif 4. Cette couche de matériau adhésif 4 peut avantageusement mais non limitativement être une couche de verre fritté. Le frittage agglomère les particules de verre entre elles et permet leur adhésion sur la ou les jauges de contrainte. Comme matériau adhésif il peut aussi être cité non limitativement de l’époxy ou une colle cyano-acrylate.
A la figure 7, il est montré en vue agrandie par rapport aux autres figures un substrat 5 qui sera ultérieurement plus précisément décrit et une carte de circuit imprimé d’interconnexion avec ses blocs de brasage de fils de connexion. A la figure 7, le disque 14 présentant des contacts représente des moyens de transmission du signal avec des pattes pour le brasage de fils de connexion. La communication assurée est donc filaire et se fait avec une première couronne 12 comme il sera vu ultérieurement.
De manière classique, la ou les jauges de contrainte 3, correctement polarisées, émettent un signal électrique fonction de la torsion que subit l’élément en rotation 2 sous l’effet d’un couple de force, une réception et une émission du signal électrique passant par une carte de circuit imprimé 14 d’interconnexion en tant que moyens de transmission du signal qui a pour unique but d’accueillir les liaisons d’un microsystème électromécanique 3 posées par soudure ultrason et les fils de connexion 13, par brasage. Les premiers moyens de réception filaire complémentaires des moyens de transmission peuvent être situés sur une carte de circuit imprimé à l’intérieur de la première couronne 12.
En se référant plus particulièrement aux figures 1a, 1b et 7 selon l’invention, la couche de matériau adhésif 4 repose sur une face d’un substrat 5 en un matériau rigide apte à garantir un maintien par friction contre l’élément en rotation 2 par sa face opposée à celle portant la couche de matériau adhésif 4. Pour appliquer et régler la friction, le capteur de couple 1 comprend des moyens de pression 6a, 6b amovibles et réglables entourant la couche de matériau adhésif 4 et le substrat 5. Amovible signifie que les moyens de pression 6a, 6b peuvent être démontés et réglable signifie que la pression que ces moyens 6a, 6b exercent est réglable.
Ces moyens de pression 6a, 6b amovibles et réglables sont destinés à entourer l’élément en rotation 2 et à presser la face opposée du substrat 5 contre l’élément en rotation 2 pour obtenir une friction désirée. Ceci peut être fait par une action des moyens de pression 6a, 6b autour du substrat 5 et de l’élément en rotation 2. Les moyens de pression 6a, 6b sont amovibles et réglables pour garantir un montage et un démontage aisés du capteur de couple 1 sur l’élément en rotation 2.
La présente invention propose donc de déposer une ou des jauges de contrainte ou jauges de déformation qui sont des éléments très sensibles sur une surface plane d’un substrat 5. Le substrat 5 est un élément fin mais rigide, composé par exemple d’un matériau métallique tel que de l’acier inoxydable, avantageusement à haute résistance contre l’usure.
La face opposée du substrat 5 à celle portant la couche de matériau adhésif 4 et la ou les jauges de contrainte 3 non forcément plane va servir d’interface de détection avec l’élément en rotation 2. La face opposée épouse avantageusement les contours de l’élément en rotation 2, en étant plane quand l’élément en rotation présente un méplat 2a mais en pouvant revêtir une autre forme convenant à l’élément en rotation 2 dont le couple est à mesurer.
La surface plane non utilisée du côté de la dépose de la ou des jauges de contrainte 3 sur la face du substrat 5 portant la couche de matériau adhésif 4, donc la surface plane laissée libre, peut être mise en contact avec des moyens de pression 6a, 6b pour que les moyens de pression 6a, 6b exercent une pression sur le substrat 5.
Ces moyens de pression peuvent être sous la forme d’un collier, avantageusement formé de deux portions de coquille 6a, 6b supérieure et inférieure équipées de tiges filetées 7. Les moyens de pression 6a, 6b ont pour but à la fois de garantir le montage et le serrage de l’ensemble du capteur de couple 1 sur l’élément en rotation 2 sur lequel la mesure de couple doit être réalisée, mais surtout de garantir l’application d’une pression du substrat 5 contre l’élément en rotation 2 par contact de la face opposée à la face portant la couche de matériau adhésif 4 contre l’élément en rotation 2.
Le substrat 5 est donc situé entre les moyens de pression 6a, 6b et l’élément en rotation 2. Afin de garantir que les moyens de pression 6a, 6b appuient bien sur le substrat 5, il peut être pris soin localement de laisser une distance entre les moyens de pression 6a, 6b et l’élément en rotation 2.
La pression à appliquer sur le substrat 5 contre l’élément en rotation 2 est assurée directement par une action de réglage effectuée sur les moyens de pression 6a, 6b, notamment mais pas uniquement par serrage. Cette action est à contrôler, comme par exemple en contrôlant le couple de serrage sur un collier en tant que moyens de pression 6a, 6b par des tiges filetées 7 sous forme de vis ou de boulons.
La valeur de pression à appliquer doit être comprise entre deux extrêmes. Le maximum de pression à appliquer va être lié à la résistance mécanique de l’assemblage, le minimum va, quant à lui, être défini de manière à garantir une friction minimale et donc la transmission des contraintes entre l’élément en rotation 2 et le substrat 5.
De cette manière, le substrat 5 reçoit les contraintes subies par l’élément en rotation 2, la ou les jauges de déformation montées sur le substrat 5 via la couche de matériau adhésif 4 pouvant alors les détecter. Ce minimum de pression à appliquer est donc fonction du coefficient de frottement entre le substrat 5 et l’élément en rotation 2.
Pour ordre d’idée, sans que cela soit limitatif, une valeur typique de pression à appliquer pour un substrat 5 en acier sur un arbre de transmission en acier en tant qu’élément en rotation 2 est de l’ordre de 100MPa. Ce niveau de pression est à appliquer sur l’ensemble de la surface d’interface entre le substrat 5 et l’élément en rotation 2. En ce sens, il sera préféré d’avoir une répartition uniforme de cette pression.
Enfin, pour assurer une complétion du capteur 1, la ou les jauges de contrainte 3 peuvent être connectées via des fils conducteurs à une unité électronique de traitement du signal adaptée. Cette unité pourra inclure les mesures de calibration et compensation liées aux tolérances de fabrication et de montage telles que notamment la variance possible dans la pression résultant du serrage pouvant affecter par exemple le décalage et le gain du signal de sortie.
Plusieurs modes optionnels de réalisation peuvent concerner le substrat 5. Dans un premier mode optionnel, la face du substrat 5 en interface avec l’élément en rotation 2 peut avantageusement subir un traitement de son état de surface afin de garantir au moins une rugosité minimale augmentant ainsi le coefficient de frottement.
Dans un deuxième mode optionnel, la face du substrat 5 en interface avec l’élément en rotation 2 peut avantageusement être traitée en surface par l’application d’une fine couche d’un matériau permettant un meilleur frottement avec le matériau de l’élément en rotation 2.
Dans un troisième mode optionnel, la face du substrat 5 en interface avec l’élément en rotation 2 peut être sensiblement cylindrique afin d’épouser le contour de l’élément en rotation 2, par exemple un arbre de transmission qui ne serait pas équipé d’un méplat 2a de réception du substrat 5. Le substrat 5 n’a alors plus la forme d’une simple plaquette mais épouse le contour de l’élément en rotation 2.
Dans un quatrième mode optionnel, le substrat 5 peut prendre une forme de disque pour une meilleure répartition de la pression.
Dans un cinquième mode optionnel, l’épaisseur du substrat 5 peut être augmentée pour mesurer un couple plus élevé ou diminuée à l’inverse.
En ce qui concerne les moyens de pression 6a, 6b, dans un mode de réalisation préférentielle, les moyens de pression amovibles et réglables peuvent être formés de deux portions de coquille 6a, 6b se prolongeant l’une et l’autre pour former une coquille complète. Des moyens de fixation 7 du type tige filetée peuvent solidariser les deux portions de coquille 6a, 6b entre elles, les deux portions de coquille 6a, 6b entourant alors le substrat 5 et la couche de matériau adhésif 4 ainsi qu’une portion 2a de l’élément en rotation 2 en leur intérieur.
Par exemple, notamment la figure 2, montre une portion de coquille dite supérieure 6a car se trouvant au-dessus de l’élément en rotation 2 et, notamment, la figure 3 montre une portion de coquille dite inférieure 6b car se trouvant en dessous de l’élément en rotation 2, la portion de coquille inférieure 6b étant de dimension plus réduite que la portion de coquille supérieure 6a.
La figure 4, par exemple, montre les moyens de fixation 7 sous la forme de deux tiges filetées. Les tiges filetées 7 peuvent pénétrer tout d’abord dans la portion de coquille inférieure 6b par des évidements puis dans la portion de coquille supérieure 6a de plus grande dimension. Les portions de coquille 6a, 6b supérieure et inférieure sont complémentaires pour former une complète coquille comme montré notamment à la figure 9. Les tiges filetées peuvent s’étendre perpendiculairement à l’axe de rotation de l’élément en rotation 2.
Ainsi, le corps extérieur du capteur 1, essentiellement formé par les moyens de pression 6a, 6b avec le cas échéant une première couronne 12 incomplète ou non, peut prendre la forme d’un collier constitué de deux portions de coquille 6a, 6b en acier.
Ces portions de coquille 6a, 6b peuvent prendre chacune la forme d’un C. Les portions de coquille 6a, 6b peuvent s’assembler et se serrer par l’utilisation de deux vis de serrage M6 en tant que tiges filetées 7 situées de part et d’autre sur une même portion de coquille. L’une des portions de coquille 6a, 6b peut posséder un méplat central 15 situé sur sa face interne. Cette portion de coquille peut être la portion de coquille supérieure 6a.
En se référant plus particulièrement à la figure 9, la portion de coquille supérieure 6a peut posséder aussi un trou 11 traversant le méplat 15 et débouchant à la périphérie externe de la portion de coquille supérieure 6a, donc traversant la portion de coquille supérieure 6a depuis sa face interne vers sa face externe en s’étendant perpendiculairement à l’axe de rotation de l’élément en rotation 2 quand le capteur de couple 1 est monté sur l’élément en rotation 2. Le substrat 5 est ensuite assemblé à la portion de coquille supérieure 6a sur ce méplat 15, avantageusement en étant appliqué sur une face opposée à un méplat 2a porté par l’élément en rotation 2.
Comme précédemment mentionné, les deux portions de coquille 6a, 6b sont de dimension différente, le substrat 5 et la couche de matériau adhésif 4 étant logés dans la portion de coquille de plus grande dimension qui est aux figures la portion de coquille supérieure 6a.
Comme il peut être vu notamment à la figure 6, la portion de coquille inférieure 6b peut recouvrir la moitié inférieure de l’élément en rotation 2 et peut ne pas intégrer le substrat 5 et la couche de matériau adhésif 4 portant la ou les jauges de contrainte 3. Les tiges filetées 7 pointent vers la portion de coquille supérieure 6a non présente à cette figure 6.
Comme il peut être notamment visible aux figures 9 et 10, les deux portions de coquille 6a, 6b solidarisées entre elles présentent une périphérie externe circulaire. Notamment à la figure 10 sur cette périphérie externe circulaire sur laquelle est fixée une première couronne 12 incomplète ou non présentant un diamètre externe supérieur ou non à la périphérie externe des deux portions de coquille 6a, 6b.
Une première couronne 12 incomplète ou non signifie que la première couronne 12 peut ne pas être complète en ne faisant pas entièrement le tour des deux portions de coquille 6a, 6b supérieure et inférieure, comme c’est le cas à la figure 10 pour laquelle la première couronne 12 n’est pas complète. A la figure 9, la première couronne 12 est omise. La première couronne 12 peut aussi être complète.
La première couronne 12 incomplète ou non peut être solidarisée avec au moins une portion de coquille 6a, la première couronne 12 et la portion de coquille 6a étant destinées à être entraînées en rotation avec l’élément en rotation 2. A la figure 10, la première couronne 12 est incomplète et est reliée à la portion de coquille supérieure 6a présentant la plus grande dimension des deux coquilles 6a, 6b.
La première couronne 12 incomplète ou non peut comprendre un pourtour extérieur raccordé à au moins une des portions de coquille 6a, 6b par des nervures. Une seule des nervures est référencée 8 aux figures les montrant mais ce qui est énoncé pour cette nervure référencée 8 l’est pour toutes les nervures. Il en va de même pour toutes les extrémités recourbées avec une seule extrémité recourbée référencée 8a et pour un élément de liaison 9.
Les nervures 8 peuvent s’étendre sensiblement radialement par rapport à un axe médian de l’élément en rotation 2. Chacune des nervures 8 peut présenter une extrémité recourbée 8a en vis-à-vis de la ou des portions de coquille 6a, 6b pour être appliquée au moins partiellement contre la périphérie externe des portions de coquille 6a, 6b et être fixée sur la périphérie externe par au moins un élément de liaison 9. Ce sont toutes les extrémités recourbées des nervures 8 qui sont traversées par un élément de liaison 9, par exemple du type tige filetée.
La première couronne 12 communique en filaire avec les moyens de transmission 14 à proximité de la ou des jauges de contrainte 3. La première couronne 12 comprend donc des moyens de réception filaire du signal transmis par les moyens de transmission 14, avantageusement des ports pour le soudage de fils de connexion.
La première couronne 12 comprend aussi des moyens d’émission électromagnétique du signal reçu vers l’extérieur, avantageusement vers une deuxième couronne 10 qui est fixe.
Par exemple, la première couronne 12 peut comprendre des moyens de traitement du signal comme un amplificateur, un ou des filtres et un pilote d’une bobine qui émet le champ magnétique nécessaire à la transmission sans fil vers la deuxième couronne 10. La deuxième couronne 10 peut inclure des moyens électroniques avec une bobine communiquant avec la bobine de la première couronne 12 pour lui transmettre de la puissance émettrice ainsi que des moyens de réception des signaux envoyés par la première couronne 12 et un microprocesseur. La deuxième couronne 12 peut transmettre en filaire, car fixe, les informations vers un calculateur extérieur.
Une partie des moyens électroniques d’interprétation des signaux envoyés par la ou les jauges de contrainte 3, complémentaires aux moyens de transmission 14 sous la forme d’une carte de circuit imprimé d’interface circulaire logée à proximité de la ou des jauges de contrainte 3 sur le substrat 5 et visibles à la figure 1b, peuvent être logés, aussi avantageusement sous forme d’une carte de circuit imprimé, dans la première couronne 12 raccordée en filaire aux moyens de transmission 14. Le reste des moyens électroniques de traitement du signal peut être logé dans une deuxième couronne 10 en vis-à-vis de la première couronne 12 incomplète ou non, les première et deuxième couronnes 12, 10 comprenant des moyens d’émission et de réception électromagnétiques entre elles.
Notamment à la figure 8, les première 12 et deuxième couronnes 10 présentant un diamètre similaire ou non peuvent être espacées l’une de l’autre d’un intervalle permettant une connexion sans fil entre les première 12 et deuxième couronnes 10. La deuxième couronne 10 est montrée prise isolément en étant introduite autour de l’élément en rotation 2 à la figure 5.
La deuxième couronne 10 a pour but d’être connectée de manière filaire vers le calculateur du système et peut donc ne pas être mobile pour cette raison. La deuxième couronne 10 ne devrait donc pas être fixée sur l’arbre mais plutôt sur le carter ou le boîtier du système de transmission.
La partie des moyens électroniques logés dans la deuxième couronne peuvent être sous la forme d’une carte de circuit imprimé. La deuxième couronne 10 peut contenir intérieurement des moyens de maintien de la carte de circuit imprimé.
Comme montré plus particulièrement aux figures 6 et 8 à 9, l’invention concerne aussi un ensemble d’un élément en rotation 2 dans un véhicule automobile et d’un tel capteur de couple 1. Dans cet ensemble, les moyens de pression 6a, 6b amovibles et réglables entourent une portion 2a de l’élément en rotation 2 et pressent une face du substrat 5 opposée à celle portant la couche de matériau adhésif 4 contre la portion entourée 2a de l’élément en rotation 2 pour établir un maintien par friction entre la face opposée du substrat 5 et la portion entourée 2a.
La portion destinée à être entourée par les moyens de pression est particulièrement bien visible à la figure 6 où seule la portion de coquille inférieure 6b, en tant que moyens de pression, est montrée insérant l’élément en rotation 2. Cette portion entourée peut être sous la forme d’un méplat 2a recevant la face opposée du substrat 5. A la figure 6, le méplat 2a dépasse de la portion de coquille inférieure 6b dans le sens de la longueur de l’élément en rotation 2.
Comme il peut être visible à la figure 6, la ou les jauges de contrainte 3, dont une seule est référencée à la figure 6, peuvent s’étendre à 45° par rapport à une parallèle à un axe médian de l’élément en rotation 2 dans un plan de la ou des jauges de contrainte 3, soit l’axe médian longitudinal pour un arbre ou un axe médian de rotation pour un volant d’inertie.
Sans que cela soit limitatif, pour un arbre de transmission en tant qu’élément en rotation 2 équipé d’un méplat 2a, le substrat 5 peut prendre la forme d’une plaquette carrée de 1 mm d’épaisseur réalisée en acier inoxydable.
En se référant à toutes les figures, sur la face de support du substrat 5 portant la couche de matériau adhésif 4 peut être monté un type particulier de jauges de contraintes 3 : un microsystème électromécanique 3 aussi connu sous l’acronyme anglosaxon de « MEMS >> à cellules piézorésistives. Le microsystème électromécanique 3 peut comprendre quatre cellules dont les résistances permettent de réaliser un pont dit de Wheatstone complet. Les cellules peuvent être placées à 90° les unes des autres en formant un carré, cette condition n’étant cependant pas nécessaire pour un pont de Wheatstone.
Le microsystème électromécanique 3 peut être positionné au centre du substrat 5, l’axe longitudinal des cellules piézorésistives incluses dans le microsystème 3 formant un angle de 45° avec l’axe de l’arbre de lélément de rotation 2.
La fixation du microsystème électromécanique 3 sur le substrat 5 est réalisée par le frittage à haute température d’une couche de verre 4 inerte entre le microsystème électromécanique 3 et le substrat 5.
Le microsystème électromécanique 3 est ensuite électriquement relié par des connexions électriques, sous forme de fils électriques vers une carte de circuit imprimé 14 d’interface circulaire positionnée autour du microsystème électromécanique 3, la carte 14 reposant sur la même face du substrat 5 que le microsystème électromécanique 3 et formant les moyens de transmission 14 reposant sur le substrat 5, comme montré à la figure 1b.
Cette carte de circuit imprimé 14 peut être équipée d’un premier jeu de contacts, avantageusement quatre contacts, permettant la connexion électrique vers les contacts du microsystème électromécanique 3 et d’un second jeu de contacts sur lequel sont soudés des fils conducteurs 13, destinés à rejoindre la première couronne 12.
En se référant à nouveau notamment à la figure 9 et à la figure 1b pour le mode optionnel de réalisation avec la portion de coquille supérieure 6a possédant aussi un trou 11 traversant la portion de coquille supérieure 6a perpendiculairement à l’axe de rotation de l’élément en rotation 2 jusqu’au méplat 15 de la portion de coquille supérieure 6a, la face du substrat 5 équipée du microsystème électromécanique 3 et de la carte de circuit imprimé 14 est mise en contact avec le méplat 15 porté par la portion de coquille supérieure 6a. Le trou 11 traversant permet donc d’accueillir le microsystème électromécanique 3 et la carte de circuit imprimé 14.
Le microsystème électromécanique 3 et la carte de circuit imprimé 14 montrée à la figure 1b ne sont pas en contact direct avec la portion de coquille supérieure 6a. Les fils de la carte de circuit imprimé 14 sont passés au travers du trou 11 afin d’être raccordés à la partie complémentaire de moyens électroniques, avantageusement portés par la première couronne 12 notamment montrée à la figure 8.
L’information mesurée est donc transmise par la carte de circuit imprimé 14 d’interface circulaire interne au capteur de couple et en rotation avec l’élément en rotation 2 vers une partie électronique complémentaire aussi tournante qui est contenue dans la première couronne 12, qui à son tour peut alors retransmettre vers une partie électronique fixe qui est contenue dans la deuxième couronne 10, la partie électronique de la deuxième couronne 10 étant avantageusement sous forme d’une carte de circuit imprimé.
La deuxième couronne 10 fixe peut transmettre en filaire toutes les données récoltées et interprétées vers un calculateur du système, notamment un calculateur moteur dans une unité centrale électronique du véhicule, auquel calculateur la partie électronique fixe portée par la deuxième couronne 10 est connectée en filaire.
Dans un mode de réalisation du substrat 5 et de la portion de coquille supérieure 6a, le substrat 5 peut être soudé à la portion de coquille supérieure 6a sous condition qu’un contact plan reste garanti. Aussi, pour une meilleure étanchéité, le trou 11 peut ensuite être rempli d’un composé plastique souple et isolant. Les fils 13 sortant du capteur de couple peuvent être connectés à un amplificateur différentiel ainsi qu’une alimentation afin de détecter la variation de détection du pont de Wheatstone réalisé par le microsystème électromécanique 3 tel que connu de l’homme du métier.
Dans un autre mode de réalisation alternatif au précédent, le substrat 5 et la portion de coquille supérieure 6a peuvent n’être qu’une seule et même pièce. Le trou 11 à réaliser dans la portion de coquille supérieure 6a est alors non débouchant du côté tourné vers l’élément en rotation 2. Le microsystème électromécanique 3 est alors monté au fond de ce trou 11 non débouchant. Le restant de matière au fond du trou formant puits agit alors comme une membrane en lieu et place du substrat 5.
L’invention concerne enfin un procédé de montage d’un capteur de couple 1 sur un élément en rotation 2 dans un véhicule automobile pour former un tel ensemble. Le procédé comprend les étapes suivantes.
La première étape concerne le positionnement du substrat 5 supportant sur une face la couche de matériau adhésif 4 sur laquelle est déposée ladite au moins une jauge de contrainte 3 contre une portion 2a de l’élément en rotation 2. Lors de cette étape, le substrat 5 est appliqué contre la portion 2a de l’élément en rotation 2 par sa face opposée à celle supportant la couche de matériau adhésif 4. Ceci peut particulièrement être bien vu aux figures 6 et 7, la portion de coquille inférieure 6b étant seule positionnée autour de l’élément en rotation 2 à la figure 6 et aucune portion de coquille n’étant positionnée autour de l’élément en rotation 2 à la figure 7.
La deuxième étape concerne le positionnement de moyens de pression 6a, 6b autour du substrat 5 et de l’élément en rotation 2, ces moyens de pression 6a, 6b étant avantageusement sous la forme de deux portions de coquille 6a, 6b supérieure et inférieure.
La troisième étape est l’exercice d’une action sur les moyens de pression 6a, 6b de sorte que la face opposée du substrat 5 soit maintenue par friction contre la portion 2a portée par l’élément en rotation 2 et entourée par les moyens de pression 6a, 6b. Ceci peut être fait par les moyens de serrage avantageusement en tant que tiges filetées 7 montrés à la figure 4 et traversant complètement la portion de coquille inférieure 6b et partiellement la portion de coquille supérieure 6a en s’étendant perpendiculairement à l’axe médian de l’élément en rotation 2.
La complétion du procédé est montrée aux figures 8 ou 10, les moyens de pression 6a, 6b portant une première couronne 12 incomplète ou non et une deuxième couronne 10 étant associée à la première couronne 12. Les moyens de pression sous forme des portions de coquille 6a, 6b supérieure et inférieure entourent complètement une portion 2a de l’élément en rotation 2 portant le substrat 5 et la couche de matériau adhésif 4 en formant un capteur de couple 1 hermétiquement fermé autour de l’élément en rotation 2.
Dans le cas de moyens de pression 6a, 6bs sous forme de deux portions de coquille 6a, 6b, les deux portions de coquille 6a, 6b peuvent être placées autour d’une portion 2a de l’élément en rotation 2, le substrat 5 étant mis en contact avantageusement avec un méplat 2a présent sur cette portion de l’élément en rotation 2, avantageusement de manière la plus centrée possible, tangentiellement et axialement. Sans que cela soit limitatif, les deux portions de coquille 6a, 6b peuvent par exemple être serrées à 7 kiloNewtons avec une plage de +/-5% d’effort de traction chacune et de manière symétrique avec un même serrage des deux côtés dans le plan de l’axe de l’élément en 5 rotation 2 et un même écart entre les portions de coquille 6a, 6b.
La figure 11, en considérant les autres figures pour les références manquantes à la figure 11, montre le signal de sortie S(V) d’une jauge de contrainte 3 en Volts en fonction du couple C(N.m) à détecter en Newton.mètre. Les courbes en pointillés encadrent des signaux de sortie obtenus pour une friction trop faible. La courbe en trait 10 plein correspond à une obtention de la friction optimale qui est supérieure à une friction minimale.
Avec une pression du substrat 5 trop faible et une friction trop faible, la courbe obtenue n’est pas linéaire et il y a un phénomène d’hystérésis. Avec la friction optimale suffisamment forte, qui peut être obtenue avec le capteur de couple selon l’invention, 15 illustrée à la courbe en trait plein, il est obtenu une bonne linéarité.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Capteur de couple (1) destiné à être monté sur un élément en rotation (2) dans un véhicule automobile, le capteur de couple (1) comportant au moins une jauge de contrainte (3) déposée sur une couche de matériau adhésif (4), ladite au moins une jauge de contrainte (3) émettant un signal électrique fonction de la torsion que subit l’élément en rotation (2) sous l’effet d’un couple de force, une réception et une émission du signal électrique permettant de mesurer le couple de l’élément en rotation (2) après traitement par des moyens de transmission (14), caractérisé en ce que la couche de matériau adhésif (4) repose sur une face d’un substrat (5) en un matériau rigide apte à garantir un maintien par friction contre l’élément en rotation (2) par sa face opposée à celle portant la couche de matériau adhésif (4), le capteur de couple (1) comprenant des moyens de pression (6a, 6b) amovibles et réglables entourant la couche de matériau adhésif (4) et le substrat (5), les moyens de pression (6a, 6b) amovibles et réglables étant destinés à entourer l’élément en rotation (2) et à presser la face opposée du substrat (5) contre l’élément en rotation (2).
- 2. Capteur de couple (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de pression (6a, 6b) amovibles et réglables sont formés de deux portions de coquille (6a, 6b) se prolongeant l’une et l’autre pour former une coquille complète, des moyens de fixation (7) du type tige filetée solidarisant les deux portions de coquille (6a, 6b) entre elles, les deux portions de coquille (6a, 6b) logeant le substrat (5) et la couche de matériau adhésif (4) en leur intérieur.
- 3. Capteur de couple (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux portions de coquille (6a, 6b) sont de dimension différente, le substrat (5) et la couche de matériau adhésif (4) étant logés dans la portion de coquille de plus grande dimension (6a).
- 4. Capteur de couple (1) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux portions de coquille (6a, 6b) solidarisées entre elles présentent une périphérie externe circulaire sur laquelle est fixée une première couronne (12) incomplète ou non présentant un diamètre externe supérieur ou non à la périphérie externe des deux portions de coquille (6a, 6b), les portions de coquille (6a, 6b) et la première couronne (12) incomplète ou non étant destinées à être entraînées en rotation avec l’élément.
- 5. Capteur de couple (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première couronne (12) incomplète ou non comprend un pourtour extérieur raccordé à au moins une des portions de coquille (6a, 6b) par des nervures (8), chacune des nervures (8) présentant une extrémité recourbée (8a) en vis-à-vis de ladite au moins une des portions de coquille (6a, 6b) pour être appliquée au moins partiellement contre la périphérie externe et être fixée sur la périphérie externe par au moins un élément de liaison (9), la première couronne (12) présentant des moyens de réception du signal transmis par les moyens de transmission (14) en filaire et des moyens d’émission électromagnétique du signal.
- 6. Capteur de couple (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que des moyens électroniques de réception et de traitement du signal émis par les moyens d’émission électromagnétique de la première couronne (12) sont logés dans une deuxième couronne (10) en vis-à-vis de la première couronne (12) incomplète ou non, les première (12) et deuxième couronnes (10) présentant un diamètre similaire ou non en étant espacées l’une de l’autre d’un intervalle, la deuxième couronne étant fixe en rotation.
- 7. Capteur de couple (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de matériau adhésif (4) est une couche en verre fritté.
- 8. Capteur de couple (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une jauge de contrainte est sous la forme d’un microsystème électromécanique (3) à cellules piézorésistives.
- 9. Capteur de couple (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (5) est solidarisé de manière non amovible avec les moyens de pression (6a, 6b) en ne formant qu’une seule et unique pièce avec ces moyens de pression (6a, 6b).
- 10. Ensemble d’un élément en rotation (2) dans un véhicule automobile et d’un capteur de couple (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de pression (6a, 6b) amovibles et réglables entourent une portion (2a) de l’élément en rotation (2) et pressent une face du substrat (5) opposée à celle portant la couche de matériau adhésif (4) contre la portion entourée (2a) de l’élément en rotation (2) pour établir un maintien par friction entre la face opposée du substrat (5) et la portion entourée (2a).
- 11. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la portion entourée comprend un méplat (2a) recevant la face opposée du substrat (5), ladite au moins une jauge de contrainte (3) s’étendant à 45° par rapport à une parallèle à un axe médian de rotation de l’élément en rotation (2) dans un plan de la jauge de contrainte (3).
- 12. Ensemble selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément en rotation (2) est un arbre ou un volant d’inertie.
- 13. Procédé de montage d’un capteur de couple (1) sur un élément en rotation (2) dans un véhicule automobile pour former un ensemble selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :• positionnement du substrat (5) supportant sur une face la couche de matériau adhésif (4) sur laquelle est déposée ladite au moins une jauge de contrainte (3) contre une portion (2a) de l’élément en rotation (2), le substrat (5) étant appliqué contre la portion (2a) de l’élément en rotation (2) par sa face opposée à celle supportant la couche de matériau adhésif (4), • positionnement de moyens de pression (6a, 6b) autour du substrat (5) et de l’élément en rotation (2), • action sur les moyens de pression (6a, 6b) de sorte que la face opposée du substrat (5) soit maintenue par friction contre la portion.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1760025A FR3072773B1 (fr) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Capteur de couple pour element en rotation utilisant un couplage mecanique a friction |
| US16/757,947 US11248972B2 (en) | 2017-10-24 | 2018-10-16 | Torque sensor for a rotating element using a mechanical friction coupling |
| KR1020207014826A KR102567753B1 (ko) | 2017-10-24 | 2018-10-16 | 기계적 마찰 결합을 이용한 회전 요소용 토크 센서 |
| CN201880069101.0A CN111226099B (zh) | 2017-10-24 | 2018-10-16 | 使用机械摩擦联接器的用于旋转元件的扭矩传感器 |
| PCT/FR2018/052566 WO2019081834A1 (fr) | 2017-10-24 | 2018-10-16 | Capteur de couple pour élément en rotation utilisant un couplage mécanique à friction |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1760025 | 2017-10-24 | ||
| FR1760025A FR3072773B1 (fr) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Capteur de couple pour element en rotation utilisant un couplage mecanique a friction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3072773A1 true FR3072773A1 (fr) | 2019-04-26 |
| FR3072773B1 FR3072773B1 (fr) | 2020-09-25 |
Family
ID=60382441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1760025A Active FR3072773B1 (fr) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Capteur de couple pour element en rotation utilisant un couplage mecanique a friction |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11248972B2 (fr) |
| KR (1) | KR102567753B1 (fr) |
| CN (1) | CN111226099B (fr) |
| FR (1) | FR3072773B1 (fr) |
| WO (1) | WO2019081834A1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3114392A1 (fr) | 2020-09-23 | 2022-03-25 | Vitesco Technologies | Capteur de couple pour véhicule automobile |
| FR3114647A1 (fr) | 2020-09-25 | 2022-04-01 | Vitesco Technologies | Capteur de couple pour véhicule automobile |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220000064A (ko) | 2020-06-25 | 2022-01-03 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 바인더층이 형성된 전극 및 이의 제조방법 |
| US20230396099A1 (en) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | Deere & Company | Assembly for contactless transfer of electrical energy to a rotor |
| CN115165179B (zh) * | 2022-06-29 | 2023-12-12 | 广东高标智能科技股份有限公司 | 一种扭矩检测装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2466284A1 (fr) * | 2010-12-15 | 2012-06-20 | Honeywell International, Inc. | Capteur de force |
Family Cites Families (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2900613A (en) | 1957-05-08 | 1959-08-18 | Norman C Dahl | Unbonded electric strain gage |
| US3710618A (en) * | 1971-01-18 | 1973-01-16 | Carlin Corp | Torque sensing instruments |
| US3889490A (en) * | 1974-05-16 | 1975-06-17 | Felix J Nadolny | Torque control adaptor for ratchet wrench |
| US4414854A (en) * | 1981-10-30 | 1983-11-15 | Mts Systems Corporation | Rotary actuator assembly |
| JPH08193894A (ja) * | 1995-01-17 | 1996-07-30 | Yaskawa Electric Corp | 歪検出器 |
| US5535631A (en) | 1995-04-17 | 1996-07-16 | Paine; Alan | Strain gage array with mounting mechanism |
| DE19954300A1 (de) | 1999-11-11 | 2001-05-17 | Iff Eng & Consulting Gmbh | Sensor zur Erfassung der Materialdehnung eines beanspruchten Bauteils |
| JP2004301508A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | トルクセンサおよびそれを用いた操舵トルク検出装置 |
| JP2006200953A (ja) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Ntn Corp | 等速自在継手・ドライブシャフト計測システム |
| JP2006250865A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Hitachi Ltd | トルク検出装置およびこれを用いるトルク制御装置 |
| CN2800251Y (zh) * | 2005-03-19 | 2006-07-26 | 荆州市明德科技有限公司 | 皮带轮式扭矩传感器 |
| JP2008541091A (ja) * | 2005-05-12 | 2008-11-20 | ザ ティムケン カンパニー | 荷重感知機能を備えたホイールエンド |
| CH703674B1 (de) | 2005-09-22 | 2012-03-15 | Sensormate Ag | Dehnungssensor mit Magnetmontage. |
| US7401531B2 (en) * | 2005-09-23 | 2008-07-22 | Continental Automotive Systems Us, Inc. | Fabrication of a magnetoelastic torque sensor |
| DE102005051501B3 (de) * | 2005-10-26 | 2007-07-05 | Gkn Driveline International Gmbh | Anordnung zur Drehmomentermittlung an einer Reibungskupplung |
| CN1752725A (zh) * | 2005-11-15 | 2006-03-29 | 北方工业大学 | 夹环式扭矩传感器 |
| JP5002981B2 (ja) * | 2006-03-02 | 2012-08-15 | 日本精工株式会社 | トルクセンサ |
| KR101098117B1 (ko) * | 2007-07-04 | 2011-12-26 | 주식회사 만도 | 토크 센서 및 이를 구비한 전동식 파워 스티어링 장치 |
| CN201096582Y (zh) * | 2007-09-18 | 2008-08-06 | 刘军 | 纯扭矩转换器 |
| KR20090002876U (ko) | 2007-09-19 | 2009-03-24 | 김백중 | 천장 직착등용 커버틀 |
| WO2009157666A2 (fr) * | 2008-06-26 | 2009-12-30 | 대성전기공업(주) | Capteur de couple sans contact pour mécanisme de direction |
| CN101666696B (zh) * | 2009-09-16 | 2011-02-09 | 吉林大学 | 大功率调速型液力偶合器轴向力测试装置及测试方法 |
| CA2694060C (fr) * | 2010-02-18 | 2015-07-07 | Eugene Leicht | Procede de mesure exacte du couple applique par une machine de devissage hydraulique et machine de devissage hydraulique mesurant le couple applique |
| DE102010020961A1 (de) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren und Befestigungsvorrichtung zur Befestigung einer Baugruppe in einer Öffnung einer Wand eines Fahrzeugs |
| CN101858802B (zh) * | 2010-05-25 | 2012-05-09 | 上海应用技术学院 | 卡环式力传感器 |
| DE102012201644A1 (de) * | 2012-02-03 | 2013-08-08 | Robert Bosch Gmbh | Elektrische Maschine |
| CN103487183B (zh) * | 2013-10-11 | 2015-04-15 | 上海宝宜威电子有限公司 | 自动扭矩测试系统的扭矩加载装置 |
| JP6129992B2 (ja) * | 2014-01-20 | 2017-05-17 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 回転体非接触給電装置およびトルクセンサ |
| CN203837849U (zh) * | 2014-04-04 | 2014-09-17 | 董华玉 | 基于卡环式扭矩传感器测量船艇推进轴系的改进装置 |
| CN104198107B (zh) | 2014-09-11 | 2017-03-08 | 武汉飞恩微电子有限公司 | 一种压力传感器及其制造方法 |
| CN104316241A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-01-28 | 北京邮电大学 | 一种小型转矩传感器 |
| DE102015201577A1 (de) * | 2015-01-29 | 2016-08-04 | Robert Bosch Gmbh | Sensoranordnung zur indirekten Erfassung eines Drehmoments einer rotierbar gelagerten Welle |
| CN104677536B (zh) * | 2015-02-15 | 2017-04-05 | 浙江理工大学 | 一种转轴动态扭矩测试装置 |
| CN105277302A (zh) * | 2015-11-02 | 2016-01-27 | 邹奇峰 | 一种扭矩测量轴及测量方法 |
| FR3077880B1 (fr) * | 2018-02-15 | 2020-01-17 | Continental Automotive France | Capteur de couple integrant un capteur de position angulaire d'un element en rotation |
-
2017
- 2017-10-24 FR FR1760025A patent/FR3072773B1/fr active Active
-
2018
- 2018-10-16 US US16/757,947 patent/US11248972B2/en active Active
- 2018-10-16 CN CN201880069101.0A patent/CN111226099B/zh active Active
- 2018-10-16 KR KR1020207014826A patent/KR102567753B1/ko active IP Right Grant
- 2018-10-16 WO PCT/FR2018/052566 patent/WO2019081834A1/fr active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2466284A1 (fr) * | 2010-12-15 | 2012-06-20 | Honeywell International, Inc. | Capteur de force |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3114392A1 (fr) | 2020-09-23 | 2022-03-25 | Vitesco Technologies | Capteur de couple pour véhicule automobile |
| FR3114647A1 (fr) | 2020-09-25 | 2022-04-01 | Vitesco Technologies | Capteur de couple pour véhicule automobile |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200264060A1 (en) | 2020-08-20 |
| FR3072773B1 (fr) | 2020-09-25 |
| KR102567753B1 (ko) | 2023-08-17 |
| KR20200077557A (ko) | 2020-06-30 |
| US11248972B2 (en) | 2022-02-15 |
| CN111226099B (zh) | 2021-10-29 |
| WO2019081834A1 (fr) | 2019-05-02 |
| CN111226099A (zh) | 2020-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR3072773A1 (fr) | Capteur de couple pour element en rotation utilisant un couplage mecanique a friction | |
| EP1053457B1 (fr) | Capteur de couple pour arbre tournant | |
| EP1744163B1 (fr) | Tachymètre pour roue d'aéronef | |
| FR2983955A1 (fr) | Capteur de pression pour fluide | |
| EP1053456B1 (fr) | Capteur de couple et colonne de direction pourvue d'un tel capteur | |
| FR2965051A1 (fr) | Capteur de pression, notamment destine a un dispositif de freinage | |
| FR2912506A1 (fr) | Capteur de pression | |
| FR2909039A1 (fr) | Ensemble de boitier de capteur de surveillance de la pression des pneus d'un vehicule automobile. | |
| WO2002061384A1 (fr) | Capteur de pression et moteur de fusee l"incorporant | |
| FR3077880A1 (fr) | Capteur de couple integrant un capteur de position angulaire d'un element en rotation | |
| FR2858053A1 (fr) | Capteur de pression pour chambre de combustion, comportant une membrane metallique munie d'une couche metallique mince piezoresistive | |
| EP3775583B1 (fr) | Système de fixation pour boitier de mesure de caractéristiques de pneumatique | |
| FR2956738A1 (fr) | Dispositif de mesure de torsions, flexions ou autres deformations et procede de fabrication d'un tel dispositif | |
| FR2885410A1 (fr) | Dispositif de mesure de force par detection capacitive | |
| FR2911528A1 (fr) | Outil de vissage incluant un ou plusieurs capteurs de couple montes pour mesurer des deformations dans un plan perpendiculaire a un axe de revolution, et support de capteur correspondant | |
| EP3264480A1 (fr) | Actionneur électromécanique | |
| FR3014196A1 (fr) | Dispositif de montage de jauges de contraintes sur un arbre rotatif. | |
| EP3388808B1 (fr) | Dispositif de detection de pression a decouplage mecanique | |
| FR3114392A1 (fr) | Capteur de couple pour véhicule automobile | |
| FR3123434A1 (fr) | Capteur de couple pour véhicule automobile | |
| FR3053115B1 (fr) | Capteur tactile capable de retranscrire le toucher | |
| WO2013140084A1 (fr) | Dispositif de sertissage a came instrumentee | |
| WO2021130280A1 (fr) | Capteur autonome à membrane | |
| FR3050268A1 (fr) | Capteur de pression capacitif a membrane | |
| FR3114647A1 (fr) | Capteur de couple pour véhicule automobile |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20190426 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| TP | Transmission of property |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE FRANCE, FR Effective date: 20210309 Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, DE Effective date: 20210309 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| CA | Change of address |
Effective date: 20220103 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |