FR3077880A1 - Capteur de couple integrant un capteur de position angulaire d'un element en rotation - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un capteur (1) de couple monté sur un élément en rotation (2) dans un véhicule automobile en comportant au moins une jauge de contrainte et émettant un signal électrique en fonction de la torsion que subit l'élément en rotation (2), le capteur (1) de couple présentant une partie mobile destinée à être entraînée en rotation avec l'élément en rotation (2) en comportant la jauge de contrainte et une partie fixe comprenant une première carte de circuit imprimé. Le capteur (1) de couple remplit aussi une fonction de capteur (1) de position angulaire, la partie mobile portant des cibles (4) réparties angulairement et passant consécutivement en vis-à-vis d'un premier secteur annulaire porté par la première carte comprenant un enroulement récepteur secondaire générant un signal sinus, un enroulement récepteur secondaire générant un signal cosinus, et un enroulement émetteur primaire induisant une tension dans lesdits enroulements récepteurs.
Description
La présente invention concerne un capteur de couple destiné à être monté sur un élément en rotation dans un véhicule automobile, ce capteur de couple intégrant un capteur de position angulaire de l’élément en rotation.
D’une manière générale, le contrôle de machines de transmission de puissance peut nécessiter la mesure en temps réel des grandeurs physiques liées à un point de fonctionnement. Le besoin de mesurer les conditions de fonctionnement de ces systèmes s’explique et s’accentue avec la recherche de plus de performance ainsi que de plus de sécurité de fonctionnement, et plus particulièrement lors d’une association à un contrôle électronique.
Il est souvent judicieux non seulement de mesurer le couple mais aussi de mesurer une position angulaire de l’élément en rotation. Comme exemple concret, ceci est déjà largement réalisé sur les moteurs automobiles modernes. En effet, sans que cela soit limitatif dans le cadre de la présente invention, une mesure d’angle de vilebrequin sur un moteur à combustion interne automobile, souvent associée à une mesure de position d’arbre à cames a été rendue nécessaire il y a déjà quelques années de cela, par l’apparition de l’injection pilotée électroniquement et le besoin de connaître la position du moteur et de ses pistons.
La connaissance de cette position permet de piloter très finement l’injection de carburant, mais aussi l’allumage, et de les déclencher à des instants très précis. La mise en place d’un pilotage électronique a apporté de nombreuses avancées et notamment l’augmentation de la puissance délivrée par les moteurs ou la diminution de leur consommation.
De manière similaire, savoir mesurer la position, la vitesse ou les courants d’un moteur de type électrique, a permis de créer de nouvelles architectures de moteurs ou d’augmenter significativement la performance de tels moteurs. Comme exemple associé, une mesure suffisamment précise de la position angulaire d’un moteur synchrone permet de contrôler plus finement le couple qu’il génère et d’en limiter les oscillations.
Il est donc connu de mesurer une position angulaire d’un arbre d’un moteur électrique ou d’un vilebrequin de moteur thermique dans un véhicule automobile par un capteur de position angulaire par induction. Ceci est notamment connu par le document FR-A-3 023 611.
La figure 2 montre un capteur de position angulaire 1 disposé sur un moteur électrique 6 comportant une partie de stator 11 et une partie de rotor 12 reliée à un arbre de sortie 2. Un capteur 1 de position angulaire est monté de manière fixe par rapport à la partie de stator 11 du moteur 6 et est adapté pour détecter la position de cibles 4 fixées à la partie de rotor 12 du moteur 6. De manière connue, la détection de la position des cibles 4 est réalisée par des mesures de tension en sortie du capteur de position 1.
Si la mesure de position angulaire s’est largement répandue depuis des années, à l’aide de technologies simples, robustes et à bas coût, ce n’est pas du tout le cas de la mesure de couple. L’arrivée de technologies plus performantes pour la mesure de couple sur des arbres ou composants de puissance permet d’envisager d’intégrer cette mesure en série dans les systèmes et de concevoir de nouveaux modes de contrôles plus efficaces, sûrs et performants.
Dans le domaine automobile, cette tendance ne se limite pas aux seuls moteurs. Par exemple, il en est de même pour tous les systèmes liés à la transmission de la puissance, comme les boîtes de transmission et plus particulièrement les boîtes automatiques, les différentiels,... jusqu’aux systèmes des roues et les systèmes de freinage.
Des facteurs limitent cependant le développement de tels capteurs dans les systèmes de transmission de puissance, ces facteurs étant principalement leur coût et leur encombrement.
En effet, en ce qui concerne l’encombrement, même si les fabricants font des efforts considérables quant à la réduction de la taille des capteurs, ceux-ci doivent s’intégrer dans des systèmes qui eux-mêmes ont une taille et donc un espace disponible de plus en plus limité, les constructeurs automobiles ayant un objectif clair d’optimisation de la taille et d’allègement du véhicule.
Ainsi, sur un même arbre, il est nécessaire d’utiliser un capteur de position angulaire et un capteur de couple, ce qui rend leur association difficile en termes d’encombrement et coûteuse. Pourtant, des analogies existent entre un capteur de couple et un capteur de position angulaire avec la présence d’une partie mobile et d’une partie fixe du capteur, la partie mobile du capteur de position angulaire portant des cibles tournantes.
II est connu de l’état de la technique d’utiliser un capteur de couple et un capteur de position angulaire pour une colonne de direction de véhicule automobile. Cette solution intègre de multiples capteurs de position, dont au moins un permet de mesurer la position du rotor du capteur qui est sa partie centrale tournante par rapport au corps du capteur qui est sa partie fixe.
La mesure de couple, quant à elle, est généralement issue de la mesure d’au moins deux de ces capteurs de position. Elle requiert que la colonne soit suffisamment flexible pour que, lorsqu’un couple est appliqué à la colonne, celle-ci subisse une torsion qui engendre une différence de position angulaire entre deux sections distinctes de la barre de direction. La mesure de la déflection qui est la différence de position relative entre deux cellules chacune solidaire d’une des deux sections distinctes donne une image du couple sur la colonne.
Le plus souvent, les deux cellules sont des circuits concentrateurs magnétiques qui permettent de moduler une réluctance magnétique de l’ensemble du circuit et donc une intensité magnétique au niveau de capteurs magnétiques, notamment par exemple Hall, en fonction de leur position relative.
Cette solution de mesure de couple n’est pas transposable en l’état pour des applications de mesure de couple de puissance car la déflexion sur des arbres ou composants de transmission de puissance est trop faible pour apporter suffisamment de résolution et de précision au signal. Une alternative optique est envisageable mais à un coût prohibitif. Enfin, une telle construction éprouverait des problèmes d’étanchéité aux huiles et polluants présents en transmission.
Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un capteur de couple qui puisse intégrer un capteur de position angulaire pour des doubles mesures de couple et de position angulaire sur un élément en rotation dans un véhicule automobile en mettant en commun le plus d’éléments des deux capteurs afin que la taille du capteur ne soit pas augmentée.
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 en fonction de la torsion que subit l’élément en rotation sous l’effet d’un couple de force, une émission et une réception du signal électrique permettant de mesurer le couple de l’élément en rotation après traitement par des moyens de transmission, le capteur de couple présentant une partie mobile destinée à être entraînée en rotation avec l’élément en rotation en comportant ladite au moins une jauge de contrainte et une partie fixe comprenant une première carte de circuit imprimé, remarquable en ce que le capteur de couple remplit aussi une fonction de capteur de position angulaire, la partie mobile portant des cibles réparties angulairement et passant consécutivement en vis-à-vis, lors d’une rotation de la partie mobile, d’un premier secteur annulaire porté par la première carte de circuit imprimé fixe, le premier secteur annulaire comprenant au moins un premier enroulement récepteur secondaire annulaire adapté pour générer un signal sinus lors du passage en vis-à-vis d’une cible, au moins un deuxième enroulement récepteur secondaire adapté pour générer un signal cosinus lors du passage en vis-à-vis d’une cible et au moins un enroulement émetteur primaire annulaire adapté pour induire une tension électrique dans lesdits enroulements récepteurs secondaires.
Il n’est pas évident de modifier un capteur de couple afin de lui conférer une fonction supplémentaire de capteur de position angulaire tout en associant les deux fonctions dans le capteur. Par exemple, la transmission des valeurs relevées de torsion envoyées à la partie fixe du capteur ne doit pas interférer avec le calcul des valeurs de cosinus et de sinus effectuées sur les enroulements secondaires au niveau desquels passe chaque cible. Il convient de réadapter spécifiquement la carte de circuit imprimé de la partie fixe du capteur afin de dédier une zone de cette carte pour la mesure de couple et une autre zone pour les enroulements primaire et secondaires. Tout cela constituait un fort préjugé contre l’association d’une fonction de mesure de couple avec une fonction de mesure de position angulaire dans un même capteur.
Le problème a été principalement résolu en définissant sur la carte de circuit imprimé un secteur annulaire spécifiquement dédié à la mesure de position angulaire. Ceci permet d’éviter des interférences entre les signaux spécifiquement dédiés à la mesure de couple et les signaux dédiés à la mesure de position angulaire.
L’effet technique obtenu est d’avoir un capteur de couple servant aussi de capteur de position angulaire. Il y a un fort effet de synergie entre le capteur de couple et le capteur de position angulaire car des éléments du capteur de couple sont utilisés comme éléments du capteur de position angulaire et le capteur ainsi obtenu n’est pas une simple juxtaposition de deux capteurs différents. Par exemple, les moyens de pression ou la carte de circuit imprimé faisant partie de la partie mobile du capteur de couple peuvent servir au support de cibles nécessaires pour un capteur de position angulaire, ce qui fait que le capteur résultant ne prend pas plus de place qu’un capteur de couple tout en remplissant une deuxième fonction.
Il est ainsi obtenu une limitation du coût et de l’encombrement d’un capteur pour les mesures simultanées de position angulaire et de couple d’un système de transmission de puissance comprenant un élément entraîné en rotation.
Le surcoût d’une telle intégration peut être considéré comme négligeable car des éléments pouvant être rendus communs aux deux capteurs ont été identifiés. La partie active d’un capteur de position inductif peut être intégrée à la première carte de circuit imprimé dans la partie fixe du capteur de couple. Les composants électroniques nécessaires à la fonction de mesure de position angulaire et éventuellement l’augmentation de surface de cette carte de circuit imprimé nécessaire au positionnement de ces composants représentent les seuls surcoûts. La partie mobile du capteur de position peut être avantageusement usinée dans un élément déjà présent dans le capteur de couple. Le surcoût se situe alors dans les étapes d’usinage et de traitement nécessaires à une telle modification et éventuellement au volume de matière additionnelle constituant les cibles.
Avantageusement, sur la première carte de circuit imprimé fixe, sont gravées, d’une part, au moins une bobine associée à une mesure de couple permettant d’émettre un champ magnétique alternatif, d’alimenter par induction la partie mobile et de recevoir le signal électrique de mesure du couple de l’élément en rotation et, d’autre part, dans le premier secteur annulaire, au moins trois bobines associées à une mesure de position angulaire dont au moins une bobine primaire émettrice d’un champ magnétique alternatif pour l’enroulement émetteur primaire annulaire et au moins deux bobines secondaires gravées au sein de ladite au moins une bobine primaire pour respectivement le premier enroulement récepteur secondaire et ledit au moins un deuxième enroulement récepteur secondaire, ladite au moins une bobine associée à la mesure de couple et ladite au moins une bobine primaire émettant à des fréquences respectives différentes.
Avantageusement, la première carte de circuit imprimé fixe est logée dans un organe de lecture fixe et est divisée en deux secteurs annulaires concentriques avec un deuxième secteur annulaire comprenant ladite au moins une bobine associée à une mesure de couple et étant le plus externe des deux secteurs annulaires, le deuxième secteur annulaire recevant par des moyens électroniques de réception et de traitement intégrés dans l’organe de lecture fixe un signal émis par des moyens d’émission électromagnétique d’un organe de détection tournant logé dans la partie mobile, l’organe de détection tournant étant en vis-à-vis de l’organe de lecture fixe.
Avantageusement, 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, la partie mobile comprenant des moyens de pression entourant la couche de matériau adhésif et le substrat et étant aptes à entourer l’élément en rotation et à presser la face opposée du substrat contre l’élément en rotation, les cibles étant portées soit par l’organe de détection tournant, soit par les moyens de pression, ou soit par des moyens associés aux moyens de pression, ceci sur une face tournée vers la première carte de circuit imprimé fixe.
Il convient que l’élément portant les cibles présente avantageusement une symétrie de révolution, en prenant par exemple la forme d’un disque fermé ou d’une couronne fermée entourant l’organe de détection. Les cibles sont sous la forme d’éléments métalliques plats dans leur construction. Selon l’état de l’art de la mesure de position angulaire par induction, ces éléments métalliques peuvent être des portions de disque, dont le nombre dépend généralement de la périodicité souhaitée de la mesure de position. Ces cibles peuvent être partie intégrante des moyens de pression tournants en formant un crénelage particulier d’une des faces des moyens de pression.
En alternative, les cibles peuvent être des éléments métalliques rapportés et fixés sur des zones d’un boîtier sous forme d’une couronne tournante, avantageusement en plastique, dans la partie mobile, les cibles étant insérées par surmoulage dans la couronne tournante.
Avantageusement, les cibles sont portées par une deuxième carte de circuit imprimé tournante faisant partie de l’organe de détection tournant, chaque cible étant obtenue par gravure locale de la deuxième carte de circuit imprimé avec dépôt d’une couche métallique formant cible.
Ceci représente une solution élégante et pratique étant donné que les cibles de dimension réduite sont déposées sur la deuxième carte de circuit imprimé en prenant peu de place, sous réserve qu’il existe suffisamment de place disponible sur cette deuxième carte de circuit imprimé. Les cibles peuvent être gravées lors de la fabrication de la deuxième carte de circuit imprimé.
Avantageusement, quand les cibles sont portées par les moyens de pression ou des moyens associés aux moyens de pression, chaque cible est obtenue par usinage ou par ajout d’inserts métalliques.
Avantageusement, les moyens de pression 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’organe de détection tournant étant fixé contre une périphérie externe circulaire des deux portions de coquille solidarisées entre elles.
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 et 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.
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.
Il est avantageux d’utiliser de telles portions de coquille pour leur conférer une fonction auxiliaire de support des cibles. En effet, les portions de coquille entourent complètement l’élément en rotation et répondent aux critères de support des cibles en présentant une symétrie de révolution. Le fait que ces portions de coquille soient métalliques et résistantes est aussi un avantage pour le support des cibles, car les cibles peuvent être usinées directement dans les portions de coquille.
Avantageusement, l’organe de lecture fixe et l’organe de détection sont logés dans un boîtier respectif, chacun sous la forme d’une couronne respectivement fixe et mobile en étant incomplète ou non, les couronnes fixe et mobile étant espacées l’une de l’autre d’un intervalle de dimension prédéterminé permettant une communication sans fil entre les couronnes et un positionnement des cibles par rapport à la première carte de circuit imprimé modifiant un couplage magnétique entre l’enroulement primaire et les deux enroulements secondaires quand en vis-à-vis du premier secteur annulaire.
La couronne tournante 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.
Avantageusement, le boîtier de l’organe de lecture fixe est aligné avec le boîtier de l’organe de détection selon un axe longitudinal de rotation de l’organe de détection ou le boîtier de l’organe de lecture fixe entoure à distance le boîtier de l’organe de détection.
Il peut y avoir une disposition axiale des organes de lecture et de détection selon l’axe longitudinal de rotation de l’organe de détection, ce qui est montré aux figures de la présente demande. Il peut cependant y avoir une disposition radiale des organes de lecture et de détection.
Dans le premier cas, l’encombrement du capteur est effectif dans une longueur d’un axe de rotation de l’élément en rotation et, dans le deuxième cas, le capteur est moins long mais plus encombrant en hauteur autour de l’élément en rotation. Le boîtier de l’organe de détection tournant est cependant moins accessible dans le deuxième, et l’accès au boîtier de l’organe de détection peut demander le démontage du boîtier de l’organe de lecteur fixe.
Dans le premier cas, cette couronne tournante peut être avantageusement non fermée afin de permettre un montage de l’ensemble latéralement à un arbre de rotation comme élément en 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. Par contre, quand des cibles sont portées par la couronne tournante, il est avantageux que cette couronne tournante soit complète ou presque complète en faisant entièrement le tour de l’élément de détection tournant
Ainsi, la couronne tournante peut aussi être complète en entourant complètement les moyens de pression, par exemple sous forme de portions de coquille. Cette couronne tournante 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 couronne tournante, les moyens de transmission portés par l’organe de détection et la ou les jauges de contrainte sont solidaires en rotation, d’où la possibilité d’une liaison filaire entre eux.
Avantageusement, les cibles sont de forme grossièrement parallélépipédique avec deux faces arrondies interne et externe destinées à être concentriques à l’élément en rotation, la longueur de la face arrondie interne étant plus petite que la longueur de la face arrondie externe.
Avantageusement, ladite au moins une jauge de contrainte est sous la forme d’un microsystème électromécanique à cellules piézorésistives.
Un type particulier de jauges de contraintes peut par exemple être un microsystème électromécanique aussi connu sous l’acronyme anglo-saxon de « MEMS » à cellules piézorésistives. Le microsystème électromécanique 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.
L’invention concerne aussi un ensemble d’un élément en rotation dans un véhicule automobile et d’un capteur de couple, remarquable en ce que le capteur de couple est tel que précédemment décrit en remplissant aussi une fonction de capteur de position angulaire.
Avantageusement, l’élément en rotation est un arbre de transmission ou un volant d’inertie.
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 :
- la figure 1 est une représentation schématique d’une vue en perspective d’un élément de rotation muni d’un mode de réalisation d’un capteur de couple, une portion de coquille ayant été ôtée à cette figure 1 pour laisser apercevoir les jauges de contrainte, le capteur de couple montré à cette figure 1 pouvant être modifié pour intégrer un capteur de position angulaire en devenant un capteur selon la présente invention,
- la figure 2 est une représentation schématique d’une vue en perspective d’un élément de rotation sous forme d’un moteur muni d’un mode de réalisation d’un capteur de position angulaire, le capteur de position angulaire montré à cette figure 2 pouvant être modifié pour être intégré dans un capteur de couple en formant un capteur selon la présente invention,
- la figure 3 est une représentation schématique d’une vue de dessus d’un secteur annulaire d’une carte de circuit imprimé logée dans une partie fixe d’un capteur selon la présente invention, ce secteur annulaire étant représenté sous forme rectangulaire à la figure 3 et assurant la fonction de capteur de position angulaire dans un capteur de couple selon la présente invention quand associé avec des cibles portées par une partie mobile du capteur de couple,
- la figure 4 est une représentation schématique d’une vue de face d’une carte de circuit imprimé logée dans une partie fixe du capteur selon la présente invention, la carte présentant deux secteurs annulaires respectivement pour assurer une fonction de capteur de position angulaire et de capteur de couple,
- la figure 5 est une représentation schématique d’une vue latérale d’un mode de réalisation d’un capteur de couple selon l’invention, intégrant une fonction de capteur de position angulaire avec des cibles et des parties fixe et mobile,
- les figures 6 à 8 sont des représentations schématiques de vues en perspective d’un mode de réalisation de la partie mobile d’un capteur selon la présente invention, la partie fixe du capteur étant aussi montrée à la figure 6, les moyens de pression de la partie mobile sur l’élément en rotation étant sous forme de portions de coquille dans ce mode optionnel de la présente invention, une couronne de protection ayant été ôtée à la figure 8.
Dans ce qui suit, le capteur de couple et le capteur de position angulaire sont référencés par la même et unique référence 1, étant donné qu’ils présentent des éléments mis en commun et ne sont pas complètement différentiables l’un de l’autre. Leur association ne relève pas d’une juxtaposition de deux capteurs mais d’une combinaison des deux capteurs avec interaction entre les deux capteurs, et mise en commun d’éléments du capteur.
Aux figures, organe de lecture et couronne fixe, d’une part, et organe de détection et couronne tournante, d’autre part, sont respectivement désignés par les mêmes références, étant donné que les couronnes entourent au moins partiellement leur organe associé et les cachent. La figure 1 montre un arbre de transmission en tant qu’élément en rotation 2 sur lequel est monté un capteur de couple 1 dont une partie a été ôtée à cette figure pour laisser apercevoir un substrat 5 et des jauges de contrainte 3. La forme de réalisation montrée à cette figure n’est cependant pas limitative de la présente invention.
A la figure 1, le capteur de couple présente une couche de matériau adhésif reposant sur une face d’un substrat 5 en un matériau rigide et sur laquelle sont collées des jauges de contrainte, 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. Pour appliquer et régler la friction, le capteur de couple 1 comprend des moyens de pression 6b amovibles et réglables entourant la couche de matériau adhésif et le substrat 5, la moitié supérieure de ces moyens de pression ayant été omise à la figure 1. Il est aussi possible de ne pas utiliser de moyens de pression dans un capteur de couple et de coller directement les jauges de contrainte 3 sur l’élément en rotation 2.
Les moyens de pression 6b peuvent être démontés et la pression que ces moyens de pression exercent peut être réglable, avantageusement par serrage de moyens de fixation 7 solidarisant ces moyens de pression 6b entre eux.
La face opposée du substrat 5 à celle portant la couche de matériau adhésif et donc, la ou les jauges de contrainte 3 est non forcément plane et 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 pouvant revêtir une autre forme convenant à l’élément en rotation 2 dont le couple est à mesurer.
En faisant à nouveau référence à la figure 2, il a été représenté à cette figure de manière schématique un moteur électrique 6 comportant une partie de stator 11 et une partie de rotor 12 reliée à un arbre de sortie faisant office d’élément en rotation 2 dans le sens de la présente invention. Ceci n’est pas limitatif et l’élément en rotation 2 pourrait être entraîné par un moteur thermique ou n’importe quel autre organe présent dans un véhicule automobile.
En se référant plus particulièrement aux figures 1, 4 à 8, la présente invention concerne un capteur 1 de couple destiné à être monté sur un élément en rotation 2 dans un véhicule automobile. Comme visible à la figure 1, le capteur 1 de couple comporte au moins une jauge de contrainte 3 déposée sur une couche de matériau adhésif.
Dans une forme de réalisation préférentielle, les jauges de contrainte 3 peuvent être sous la forme d’un microsystème électromécanique à cellules piézorésistives.
Les moyens de pression 6a, 6b qui seront ultérieurement plus précisément décrits, montrés partiellement à la figure 1 mais montrés entièrement aux figures 6 à 8,ne sont pas essentiels pour la mise en œuvre de la présente invention, notamment leur mode de réalisation sous forme de portions de coquille 6a, 6b. La présente invention peut être mise en œuvre avec d’autres moyens de pression 6a, 6b ou avec un autre mode de réalisation de l’application de la ou des jauges de contrainte 3 sur le matériau adhésif.
Par exemple, les moyens de pression peuvent être réalisés différemment, par exemple en une seule pièce équipée d’un gond, ou en une pièce de serrage flexible, etc...
De manière connue, la ou les jauges de contrainte 3 émettent un signal électrique en fonction de la torsion que subit l’élément en rotation 2 sous l’effet d’un couple de force. Une émission et une réception du signal électrique permettent de mesurer le couple de l’élément en rotation 2 après traitement par des moyens de transmission. Il existe des moyens de transmission filaire dans la partie mobile et des moyens de transmission sans fil entre la partie mobile et la partie fixe.
En se référant notamment aux figures 1, 4 et 5, le capteur 1 de couple présente une partie mobile tournante destinée à être entraînée en rotation avec l’élément en rotation 2. Cette partie mobile comporte la ou les jauges de contrainte 3 et des moyens de création et d’émission des signaux électriques permettant de mesurer le couple de l’élément en rotation 2. Le capteur 1 comprend une partie fixe comportant une première carte de circuit imprimé 8 pour le traitement des signaux émis par la partie mobile et reçus par la partie fixe.
La partie mobile comprend les moyens de pression 6a, 6b, les cibles 4 et un boîtier, avantageusement sous forme de couronne complète ou incomplète logeant un organe de détection 10. L’organe de détection 10 peut comprendre une carte de circuit imprimé qui sera ultérieurement désignée par une deuxième carte de circuit imprimé.
La partie fixe du capteur comprend l’organe de lecture 9 enveloppé par un boîtier fixe, avantageusement sous la forme d’une couronne. L’organe de lecture 9 comprend la première carte de circuit imprimé référencée 8 à la figure 4 et des moyens de réception des signaux envoyés par l’organe de détection 10.
L’essor et le succès récents des technologies de communication sans fil, notamment NFC ou communication dans un champ proche, WiFi, Bluetooth®, etc., ont permis aux industriels de développer et mettre en production des capteurs 1 de couple utilisant ces technologies sans fil. Il est ainsi associée une technologie de mesure de couple à contact connue, robuste et performante, telle que la mesure à base d’une ou de jauges de contrainte 3 dans une partie du capteur 1 mobile et d’y associer une technologie de communication sans fil afin de transmettre les données mesurées vers une partie fixe permettant donc de réaliser la mesure de couple sur un élément tournant tel qu’un arbre.
Si ce type de solution existe depuis plusieurs années pour les capteurs 1 d’instrumentation, qui eux sont relativement chers, il a bénéficié de la démocratisation des dernières solutions de communication sans fil pour permettre aux industriels de proposer des solutions à bas coût. Ces capteurs 1 de couple équipent par exemple aujourd’hui des systèmes de contrôle moteur de vélos électriques.
Aux figures 5 à 8, il est montré des moyens de pression 6a, 6b de la ou des jauges de contrainte 3, non visibles à ces figures, contre l’élément en rotation 2, non visibles aux figures 7 et 8. Ces moyens de pression 6a, 6b peuvent être complétés par un organe de détection 10 tournant pouvant être logé dans un boîtier plastique tournant, avantageusement sous forme d’une couronne. Les moyens de pression 6a, 6b et l’organe de détection 10 tournant logé, le cas échéant, dans le boîtier plastique tournant forment la partie mobile du capteur 1 destinée à être entraînée en rotation avec l’élément en rotation 2.
Dans les applications de mesure de couple sur des éléments en rotation, ces moyens de pression 6a, 6b prennent le plus souvent la forme d’un collier, d’un tore ou d’une quelconque pièce de révolution qui permet d’entourer et d’enserrer l’élément sensible tournant du capteur 1 de couple sur l’élément en rotation 2 et donc de l’en rendre solidaire. Ces moyens de pression 6a, 6b sont avantageusement constitués de métal, ce qui leur permet de résister aux forces mises en œuvre lors de la rotation, l’accélération en rotation ou encore les vibrations du système et donc d’assurer la robustesse du montage et du maintien de l’élément tournant pendant la durée de vie du capteur 1.
L’organe de détection 10 tournant recueille les valeurs de torsion mesurées par la ou les jauges de contrainte 3, et comprend des moyens de transmission sans fil de ces valeurs vers un organe de lecture 9 non tournant qui va être maintenant décrit en faisant partie d’une partie fixe du capteur 1.
Le capteur 1 comprend donc une partie fixe comprenant un organe de lecture 9 non tournant avantageusement logé dans un boîtier fixe solidarisé avec une première carte de circuit imprimé 8 et des moyens de réception des données envoyées par les moyens de transmission sans fil de l’organe de détection 10 tournant. La partie fixe du capteur 1 de couple est en vis-à-vis de la partie mobile du capteur 1 en étant éloignée mais suffisamment proche de la partie mobile pour permettre une transmission sans fil entre les deux parties.
Selon l’invention, le capteur 1 de couple remplit aussi une fonction de capteur 1 de position angulaire. Pour ce faire, la partie mobile porte des cibles 4, visibles aux figures 5 et 7 à 8, réparties angulairement et passant consécutivement en vis-à-vis lors d’une rotation de la partie mobile, d’un premier secteur annulaire 8a porté par la première carte de circuit imprimé 8 fixe, comme illustré à la figure 4. Ainsi une partie de la première carte de circuit imprimé 8 est dédiée au capteur de position angulaire pour éviter une interférence en fonctionnement du capteur de couple et du capteur de position angulaire ainsi associés.
En se référant notamment à la figure 3, pour permettre au capteur 1 d’effectuer sa fonction de capteur de position angulaire, le premier secteur annulaire 8a comprend au moins un premier enroulement récepteur secondaire 25 annulaire adapté pour générer un signal sinus lors du passage en vis-à-vis d’une cible 4, au moins un deuxième enroulement récepteur secondaire 26 adapté pour générer un signal cosinus lors du passage en vis-à-vis d’une cible 4. Le premier secteur annulaire 8a comprend aussi au moins un enroulement émetteur primaire 24 annulaire adapté pour induire une tension électrique dans lesdits enroulements récepteurs secondaires 25, 26.
Comme illustré à la figure 3, le capteur de position angulaire définit une fenêtre spatiale de mesure, de forme en secteur annulaire, qui est traversée périodiquement par les cibles 4 au cours de la rotation de la partie de rotor 12. Par souci de clarté, le premier secteur annulaire 8a de la première carte de circuit imprimé n’est pas représentée de manière annulaire mais de manière linéaire, c’est-à-dire, « à plat » en étant une partie de la première carte de circuit imprimé de la partie fixe du capteur 1.
En se référant à toutes les figures, le capteur 1 comporte de manière connue un logement dans lequel est montée la première carte de circuit imprimée 8 dont une partie est dédiée pour des mesures de position angulaire par son premier secteur annulaire 8a. En pratique, chaque cible 4 se présente également sous la forme d’un secteur annulaire de dimension plus réduite que le premier secteur annulaire 8a.
Dans le cadre de la présente invention, la carte de circuit imprimé utilisée pour le capteur 1 de position angulaire est la même que la carte première carte de circuit imprimé 8 dans la partie du fixe du capteur 1 de couple. Le secteur annulaire dit premier secteur annulaire 8a peut être un anneau complet comme une portion d’anneau.
De manière connue, un enroulement primaire permet de générer un champ magnétique lors de la circulation de courant dans ledit enroulement primaire. Le champ magnétique ainsi créé est perçu par les enroulements secondaires, et induit un courant dans les enroulements secondaires. Les cibles 4, portées par la partie mobile du capteur 1 de couple et réalisant la partie complémentaire à la portion de carte de circuit imprimé décrit précédemment, sont réalisées dans un matériau conducteur pour permettre la circulation de courants de Foucault. Ces cibles 4 se déplacent relativement aux et en vis-à-vis des enroulements 24, 25, 26 au cours de la rotation de l’élément entraîné en rotation.
Lorsqu’une cible 4 est située en regard de la portion formant le premier secteur annulaire 8a de la première carte de circuit imprimé 8, la cible 4 modifie le couplage magnétique entre l’enroulement primaire 24 et les deux enroulements secondaires 25,26. De manière connue, l’enroulement primaire 24 est désigné enroulement émetteur primaire 24 tandis que les enroulements secondaires 25, 26 sont désignés enroulements récepteurs. Aussi, en mesurant les tensions électriques aux bornes des enroulements récepteurs 25, 26, on peut déduire la position précise de la cible 4 en vis-à-vis du premier secteur annulaire 8a. Par voie de conséquence, on peut en déduire la position angulaire de l’élément entraîné en rotation référencé 2 aux figures 1 et 2.
De manière plus détaillée, en présence d’une cible 4 en vis-à-vis du premier secteur annulaire 8a de la première carte de circuit imprimé 8, les enroulements récepteurs 25, 26 placés à proximité de ladite cible 4 voient une quantité de flux du champ magnétique plus faible que si la cible 4 était absente. Si par exemple, un enroulement récepteur 25, 26 est constitué de deux boucles d'orientation opposée et que la cible 4 se déplace au-dessus de l'une puis de l'autre de ces boucles, cet enroulement récepteur 25, 26 voit, par rapport à une valeur moyenne nulle, une augmentation relative puis une diminution relative de la quantité de flux du champ magnétique qui le traverse.
En pratique, les enroulements récepteurs 25, 26 sont de différentes natures. En référence à la figure 3, il est possible de distinguer, d’une part, un enroulement récepteur dit « sinus » 25, adapté pour délivrer un signal sinus lors d’un passage d’une cible 4 dans la fenêtre de mesure et un enroulement récepteur dit « cosinus » 26, adapté pour délivrer un signal cosinus lors du passage d’une cible 4 en vis-à-vis du premier secteur annulaire 8a de la première carte de circuit imprimé 8. Les signaux sinus/cosinus sont corrélés temporellement, par le calcul de l’arctangente, afin de déterminer de manière précise la position de la cible 4.
Par cible 4 formant des signaux sinus SI N et cosinus COS, on entend aussi bien une unique cible 4 qui interagit avec des enroulements récepteurs que plusieurs parties de cible ou plusieurs cibles consécutives, décalées angulairement qui interagissent de manière simultanée avec des enroulements récepteurs.
Ceci est illustré à la figure 3, la référence 23 correspondant à une unité de contrôle de l’enroulement primaire 24 et de traitement des signaux issus des enroulements récepteurs 25, 26.
En se référant à toutes les figures, sur la première carte de circuit imprimé 8 fixe est gravée au moins une bobine associée à une mesure de couple permettant d’émettre un champ magnétique alternatif, d’alimenter par induction la partie mobile et de recevoir le signal électrique de mesure du couple de l’élément en rotation 2.
Si la partie fixe du capteur 1, notamment dans un organe de lecture 9 fixe, intègre alors au sein de la première carte de circuit imprimé 8 déjà une bobine de lecture et/ou de télé-alimentation dont les caractéristiques, telles que la fréquence d’oscillation ou la position relative aux cibles 4 sont compatibles aux besoins de la mesure inductive, il peut être avantageusement envisagé d’utiliser celle-ci comme bobine primaire du système de mesure inductive de la position angulaire pour la partie capteur 1 de mesure de la position angulaire.
D’autre part, dans le premier secteur annulaire 8a, au moins trois bobines associées à une mesure de position angulaire sont gravées. Ces trois bobines sont au moins une bobine primaire émettrice d’un champ magnétique alternatif pour l’enroulement émetteur primaire 24 annulaire et au moins deux bobines secondaires gravées au sein de ladite au moins une bobine primaire pour respectivement le premier enroulement récepteur secondaire 25 et ledit au moins un deuxième enroulement récepteur secondaire 26.
Les bobines de la fonction capteur de position peuvent offrir une périodicité requise sur 360°. Dans ce cas, la ou les cibles 4 peuvent alors être soit creuses soit volumiques, par exemple sous la forme de creux ou de dents successifs.
Pour éviter des interférences entre les mesures de la fonction capteur 1 de couple et de la fonction capteur 1 de position angulaire, au moins la bobine associée à la mesure de couple et la ou les bobines primaires pour le capteur 1 de position angulaire émettent à des fréquences respectives différentes.
Comme il est visible aux figures 4 et 5 prises en combinaison, la partie fixe du capteur 1 peut être solidarisée à un carter 11 associé à l’élément en rotation 2 par au moins deux points de fixation 14, et de préférence trois, comme montré à la figure 4. Ces points de fixation 14 sont avantageusement amovibles et notamment sous la forme de vis.
La première carte de circuit imprimé 8 fixe peut être logée à l’intérieur d’un organe de lecture 9 fixe dans la partie fixe. Cette première carte de circuit imprimé 8 peut être divisée en deux secteurs annulaires 8a, 8b concentriques, comme montré à la figure 4, ces secteurs annulaires formant chacun un anneau respectif complet.
Le premier secteur annulaire 8a peut être le plus interne des deux secteurs annulaires 8a, 8b tandis qu’un deuxième secteur annulaire 8b le plus externe est aussi logé dans l’organe de lecture 9 fixe, le deuxième secteur annulaire 8b recevant par des moyens électroniques de réception et de traitement intégrés dans l’organe de lecture 9 fixe un signal émis par des moyens d’émission électromagnétique de l’organe de détection 10 tournant précédemment mentionné comme étant logé dans la partie mobile du capteur 1.
L’organe de détection 10 tournant est en vis-à-vis de l’organe de lecture 9 fixe en conservant entre les deux une distance relativement proche permettant une transmission sans fil des données de l’organe de détection 10 comprises dans le signal émis par les moyens d’émission électromagnétique de la partie mobile.
Un boîtier de l’organe de lecture 9 fixe peut être aligné avec le boîtier de l’organe de détection 10 selon un axe longitudinal de rotation de l’organe de détection 10. Cette forme de réalisation est montrée aux figures et correspond à une disposition axiale des boîtiers. En alternative, le boîtier de l’organe de lecture 9 fixe peut entourer à distance le boîtier de l’organe de détection 10, ce qui correspond à une disposition axiale des boîtiers non montrée aux figures.
Les figures 6 à 8 montrent une forme de réalisation préférentielle d’un capteur 1 de couple particulièrement bien adapté à remplir la fonction supplémentaire de capteur 1 de position angulaire moyennant certaines adaptations spécifiques. Il est à garder à l’esprit que d’autres formes de réalisation d’un capteur 1 de couple existent et peuvent être considérées pour devenir un capteur 1 avec fonction de détection de position angulaire.
Par exemple, dans une autre forme de réalisation, la ou les jauges de contrainte 3 peuvent être directement mises en contact avec l’élément en rotation 2, notamment en étant collées sur l’élément de rotation et être directement soumises à la torsion de l’élément en rotation 2 par contact direct avec cet élément.
Aux figures 6 à 8, le capteur 1 de couple comprend des moyens de pression 6a, 6b amovibles et réglables entourant le substrat précédemment référencé 5 à la figure 1. 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. Les moyens de pression 6a, 6b peuvent prendre la forme d’un collier constitué de deux portions de coquille 6a, 6b, avantageusement en acier, comme montré aux figures 6 à 8.
Le corps extérieur du capteur 1, essentiellement formé par les moyens de pression 6a, 6b avec, le cas échéant, une couronne tournante enveloppant l’organe de détection 10 tournant en tant que boîtier. Cette couronne tournante peut être incomplète ou non, étant montrée incomplète aux figures 6 et 7, en forme sensiblement de fer à cheval ou de C. Une couronne tournante 10 incomplète signifie que la couronne tournante ne fait pas entièrement le tour des deux portions de coquille 6a, 6b supérieure et inférieure.
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, visibles à la figure 1, 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 situé sur sa face interne, et cette portion de coquille peut être la portion de coquille supérieure 6a.
Comme il peut être notamment visible aux figures 5 et 8, les deux portions de coquille 6a, 6b solidarisées entre elles présentent une périphérie externe circulaire. Notamment visible à la figure 5, c’est sur cette périphérie externe circulaire qu’est fixée la couronne 10 tournante incomplète ou non, présentant un diamètre externe supérieur ou non à la périphérie externe des deux portions de coquille 6a, 6b.
La couronne tournante 10, incomplète ou non, peut être solidarisée avec au moins une portion de coquille 6a, la couronne tournante 10 et la portion de coquille 6a étant destinées à être entraînées en rotation avec l’élément en rotation 2.
La couronne tournante 10, 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 13 à la figure 6 les montrant, mais ce qui est énoncé pour cette nervure référencée 13 l’est pour toutes les nervures.
Les nervures 13 peuvent s’étendre sensiblement radialement par rapport à un axe médian de l’élément en rotation 2. Chacune des nervures 13 peut présenter une extrémité recourbée 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. Ce sont toutes les extrémités recourbées des nervures 13 qui sont traversées par un élément de liaison, par exemple du type tige filetée.
La couronne tournante 10 communique en filaire avec les moyens de transmission disposés à proximité de la ou des jauges de contrainte référencées 3 à la figure 1. La couronne tournante 10 comprend donc des moyens de réception filaire du signal transmis par les moyens de transmission, avantageusement des ports pour le soudage de fils de connexion.
La couronne tournante 10 comprend aussi des moyens d’émission électromagnétique du signal reçu vers l’extérieur, avantageusement vers une couronne fixe qui est fixe, formant le boîtier enveloppant l’organe de lecture 9 fixe de la partie fixe du capteur 1.
Comme il peut être vu aux figures 5 et 6, les couronnes tournante 10 et fixe 9 peuvent présenter un diamètre similaire en étant espacées l’une de l’autre d’un intervalle permettant une connexion sans fil entre les couronnes tournante 10 et fixe 9.
C’est sur la partie mobile du capteur 1 de couple que sont ajoutées les cibles 4 afin d’assurer la fonction de détection de position angulaire de l’élément en rotation 2. Plusieurs modes de réalisation peuvent exister.
Dans un premier mode de réalisation, les cibles 4 peuvent être portées par une deuxième carte de circuit imprimé tournante intégrée dans l’organe de détection 10 tournant de la partie mobile. Dans un deuxième mode de réalisation, les cibles 4 peuvent être positionnées sur les moyens de pression 6a, 6b portés par la partie mobile. Dans un troisième mode de réalisation, les cibles 4 peuvent être positionnées sur des moyens associés aux moyens de pression 6a, 6b, par exemple sur le boîtier enveloppant l’organe de détection 10 en étant sous la forme de couronne tournante, comme précédemment décrit.
Comme montré aux figures 5 et 8 auxquelles les moyens de pression peuvent être formés de deux portions de coquille 6a, 6b se prolongeant l’une et l’autre pour former une coquille complète, les cibles 4 peuvent être réalisées sur les deux portions de coquille 6a, 6b.
Comme ces deux portions de coquille 6a, 6b peuvent être métalliques, les cibles 4 peuvent être formées par usinage des portions de coquille 6a, 6b, notamment sur une face de chaque portion de coquille tournée vers la première carte de circuit imprimé 8 fixe. Ceci peut être le cas pour le boîtier formant une couronne enveloppant l’organe de détection 10 tournant quand ce boîtier est métallique, ce qui peut aussi ne pas être le cas.
Par construction, l’un des flancs de chacune des deux portions de coquille 6a, 6b est en vis-à-vis de l’organe de lecture 9 fixe, et tout particulièrement en visà-vis du jeu de bobines servant à la mesure de position inductive. Ces flancs se complétant des deux portions de coquille 6a, 6b, plans ou non plans, peuvent être usinés afin de laisser apparaître des créneaux, par exemple d’une hauteur d’environ 3 millimètres. L’assemblage des deux portions de coquille 6a, 6b permet de rassembler l’ensemble de ces créneaux en un motif périodique de révolution formant un ensemble de cibles 4 adaptées à la mesure inductive de la position angulaire de l’élément en rotation 2 et donc d’un ensemble de transmission sur lequel l’élément en rotation 2 est monté. Les portions de coquille 6a, 6b sont avantageusement métalliques.
Sur une surface non métallique de support des cibles 4, les cibles 4 peuvent être formées par ajout d’inserts métalliques, chaque insert métallique correspondant à une cible. Le positionnement des inserts métalliques peut se faire sur une face du support tournée vers la première carte de circuit imprimé 8 fixe pour chacune des deux portions de coquille 6a, 6b.
Par exemple, des cibles 4 métalliques peuvent être surmoulées dans la couronne tournante 10 en étant enrobées au moins partiellement dans la couronne tournante 10, notamment par surmoulage.
Les cibles 4 peuvent être réalisées sur la deuxième carte de circuit imprimé tournante par gravure d’une couche métallique sur la deuxième carte de circuit imprimé logée dans l’organe de détection 10 tournant, avantageusement enveloppé dans un boîtier tournant. Ceci peut se faire sur la face de la deuxième carte de circuit imprimé tournée vers la première carte de circuit imprimé 8, la deuxième carte de circuit imprimé tournante étant électriquement conductrice au niveau des cibles 4 par cette gravure d’une couche métallique, avantageusement en cuivre. La deuxième carte de circuit imprimé n’est pas visible aux figures car masquée par l’organe de détection 10 et son boîtier sous forme de couronne.
Comme il peut être vu notamment à la figure 8, les cibles 4 peuvent être de de forme grossièrement parallélépipédique avec des faces quadrangulaires comprenant deux faces arrondies interne et externe destinées à être concentriques à l’élément en rotation, la longueur de la face arrondie interne étant plus petite que la longueur de la face arrondie externe.
L’invention concerne aussi un ensemble d’un élément en rotation 2 dans un véhicule automobile et d’un capteur 1 de couple tel que précédemment mentionné en combinant les fonctions de capteur de couple et de capteur de position angulaire. L’élément en rotation 2 peut être un arbre de transmission ou un volant d’inertie.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Capteur (1) de couple destiné à être monté sur un élément en rotation (2) dans un véhicule automobile, le capteur (1) de couple comportant au moins une jauge de contrainte (3) déposée sur une couche de matériau adhésif, ladite au moins une jauge de contrainte (3) émettant un signal électrique en fonction de la torsion que subit l’élément en rotation (2) sous l’effet d’un couple de force, une émission et une réception du signal électrique permettant de mesurer le couple de l’élément en rotation (2) après traitement par des moyens de transmission, le capteur (1) de couple présentant une partie mobile destinée à être entraînée en rotation avec l’élément en rotation (2) en comportant ladite au moins une jauge de contrainte (3) et une partie fixe comprenant une première carte de circuit imprimé (8), caractérisé en ce que le capteur (1) de couple remplit aussi une fonction de capteur (1) de position angulaire, la partie mobile portant des cibles (4) réparties angulairement et passant consécutivement en vis-à-vis, lors d’une rotation de la partie mobile, d’un premier secteur annulaire (8a) porté par la première carte de circuit imprimé (8) fixe, le premier secteur annulaire (8a) comprenant au moins un premier enroulement récepteur secondaire (25) annulaire adapté pour générer un signal sinus lors du passage en vis-à-vis d’une cible (4), au moins un deuxième enroulement récepteur secondaire (26) adapté pour générer un signal cosinus lors du passage en vis-à-vis d’une cible (4), et au moins un enroulement émetteur primaire (24) annulaire adapté pour induire une tension électrique dans lesdits enroulements récepteurs secondaires (25, 26).
- 2. Capteur (1) de couple selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, sur la première carte de circuit imprimé (8) fixe, sont gravées, d’une part, au moins une bobine associée à une mesure de couple permettant d’émettre un champ magnétique alternatif, d’alimenter par induction la partie mobile et de recevoir le signal électrique de mesure du couple de l’élément en rotation (2) et, d’autre part, dans le premier secteur annulaire (8a), au moins trois bobines associées à une mesure de position angulaire dont au moins une bobine primaire émettrice d’un champ magnétique alternatif pour l’enroulement émetteur primaire (24) annulaire et au moins deux bobines secondaires gravées au sein de ladite au moins une bobine primaire pour respectivement le premier enroulement récepteur secondaire (25) et ledit au moins un deuxième enroulement récepteur secondaire (26), ladite au moins une bobine associée à la mesure de couple et ladite au moins une bobine primaire émettant à des fréquences respectives différentes.
- 3. Capteur (1) de couple selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première carte de circuit imprimé (8) fixe est logée dans un organe de lecture (9) fixe et est divisée en deux secteurs annulaires (8a, 8b) concentriques avec un deuxième secteur annulaire (8b) comprenant ladite au moins une bobine associée à une mesure de couple et étant le plus externe des deux secteurs annulaires (8a, 8b), le deuxième secteur annulaire (8b) recevant par des moyens électroniques de réception et de traitement intégrés dans l’organe de lecture (9) fixe un signal émis par des moyens d’émission électromagnétique d’un organe de détection (10) tournant logé dans la partie mobile, l’organe de détection (10) tournant étant en vis-à-vis de l’organe de lecture (9) fixe.
- 4. Capteur (1) de couple selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche de matériau adhésif 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, la partie mobile comprenant des moyens de pression (6a, 6b) entourant la couche de matériau adhésif et le substrat (5) et étant aptes à entourer l’élément en rotation (2) et à presser la face opposée du substrat (5) contre l’élément en rotation (2), les cibles (4) étant portées soit par l’organe de détection (10) tournant, soit par les moyens de pression (6a, 6b), ou soit par des moyens associés aux moyens de pression (6a, 6b), ceci sur une face tournée vers la première carte de circuit imprimé (8) fixe.
- 5. Capteur (1) de couple selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cibles (4) sont portées par une deuxième carte de circuit imprimé tournante faisant partie de l’organe de détection (10) tournant, chaque cible (4) étant obtenue par gravure locale de la deuxième carte de circuit imprimé avec dépôt d’une couche métallique formant cible.
- 6. Capteur (1) de couple selon la revendication 4, caractérisé en ce que, quand les cibles (4) sont portées par les moyens de pression (6a, 6b) ou des moyens associés aux moyens de pression (6a, 6b), chaque cible (4) est obtenue par usinage ou par ajout d’inserts métalliques.
- 7. Capteur (1) de couple selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens de pression 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 en leur intérieur, l’organe de détection (10) tournant étant fixé contre une périphérie externe circulaire des deux portions de coquille (6a, 6b) solidarisées entre elles.
- 8. Capteur (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l’organe de lecture (9) fixe et l’organe de détection (10) tournant sont logés dans un boîtier respectif chacun sous la forme d’une couronne respectivement fixe et mobile en étant incomplète ou non, les couronnes fixe et mobile étant espacées l’une de l’autre d’un intervalle de dimension prédéterminée permettant une communication sans fil entre les couronnes et un positionnement des cibles (4) par rapport à la première carte de circuit imprimé (8) modifiant un couplage magnétique entre l’enroulement primaire (24) et les deux enroulements secondaires (25,26) quand en vis-à-vis du premier secteur annulaire (8a).
- 9. Capteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le boîtier de l’organe de lecture (9) fixe est aligné avec le boîtier de l’organe de détection (10) selon un axe longitudinal de rotation de l’organe de détection (10) ou le boîtier de l’organe de lecture (9) fixe entoure à distance le boîtier de l’organe de détection (10).
- 10. Capteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cibles (4) sont de forme grossièrement parallélépipédique avec deux faces arrondies interne et externe destinées à être concentriques à l’élément en rotation (2), une longueur de la face arrondie interne étant plus petite qu’une longueur de la face arrondie externe.
- 11. Capteur (1) de couple selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une jauge de contrainte (3) est sous la forme d’un microsystème électromécanique à cellules piézorésistives.
- 12. Ensemble d’un élément en rotation (2) dans un véhicule automobile et d’un capteur (1) de couple, caractérisé en ce que le capteur (1) de couple est selon l’une quelconque des revendications précédentes en remplissant aussi une fonction de capteur (1) de position angulaire.
- 13. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élément en rotation (2) est un arbre de transmission ou un volant d’inertie.)/3
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