WO1996002816A1 - Dispositif de mesure de couple - Google Patents

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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
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    • G01L3/1407Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1428Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
    • G01L3/1435Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving magnetic or electromagnetic means

Definitions

  • the present invention relates to a torque measuring device.
  • the invention relates to torque measuring devices which are inserted between two portions of coaxial drive shaft connecting a driving member and a driven member.
  • Such devices are for example used in sets of electric windows for motor vehicles or in sets of electric sunroofs of vehicles.
  • This operation can be controlled, for example, from the speed of rotation of the output shaft of the drive motor of these assemblies, the current consumed by it or the resistive torque applied to the output shaft. of it.
  • the invention relates more particularly to devices of the latter type.
  • the output of these positio detection means is connected to torque determination means pa analysis of the information delivered by these position detection means.
  • the corresponding position coding means and the corresponding position detection means can be formed by optical or magnetic means.
  • the position detection means comprise two sensors arranged opposite the disc coding means and the torque is determined from the output signals of these two sensors by analyzing the offset between this signals, resulting from a deformation of the elastically deformable materia buffer under the effect of the torque.
  • the object of the invention is therefore to solve this problem by proposing a coupling measurement device which is simple and reliable.
  • the subject of the invention is a device for measuring torque, inserted between two portions of coaxial drive shaft connecting a hand-held member and a driven member, of the type comprising two disks disposed facing each other.
  • - Fig.l shows a schematic sectional view illustrating the structure of a window regulator drive mechanism comprising a torque measuring device according to the invention
  • - Fig.2 shows a side view of a torque measuring device according to the invention.
  • a torque measuring device can be integrated into means d drive of a motor vehicle window regulator.
  • These drive means comprise an electric motor designated by the general reference 1 in this figure 1 and a worm and wheel mechanism designated by the general reference 2 in this figure.
  • the torque measurement device designated by the general reference 3 in these figures is inserted between two portions of coaxial driven shaft. connecting the electric motor 1 to the worm wheel mechanism 2.
  • this torque measurement device can be inserted between two coaxial drive shaft portions connecting any driving member and any male member. measurement comprises two discs and 7 arranged opposite one another in planes roughly perpendicular to the axis of the shaft portions, disc 6 being connected to the shaft portion 4 while disc 7 is connected to the tree portion 5.
  • these discs carry at their periphery position coding means designated by the general reference
  • these discs are also connected to each other by a pad of deformable elastic material 9 in which are arranged forma axial spacer means designated by the reference 10.
  • These axial spacer means are for example constituted by a member in the form of an integer ball placed between the discs to avoid any problem of axial deformation by compression of the torque measurement device.
  • Position detection means designated by the general reference 11 in this figure are also arranged opposite the position coding means 8 of the discs and the output of these position detection means is connected to means for determining the stroke. designated by the general reference 12.
  • each disc of the torque measurement device has four axially projecting parts offset by 90 ° relative to each other and designated by the references 6a, 6b , 6c, 6d and 7a, 7b, 7c, 7d, respectively for discs 6 and 7.
  • the position detection means 11 comprise, for their part, a position sensor disposed opposite these alternating projecting parts and the torque determination means 12 comprise means for analyzing the duty cycle of the output signals from this sensor.
  • the elastically deformable pad tends to deform, so that the discs are angularly offset relative to each other.
  • this duty cycle of the output signal of this sensor is for example 50% in the case where there is no torque, while when a torque is applied to this device, it can be determined from of this duty cycle which is representative of this couple, as has been explained previously.
  • disc position coding means can be formed by magnetic protruding parts thereof and that the position detecting means may include a Hall effect sensor.
  • the measuring device according to the invention has a certain number of advantages insofar as it requires only a single sensor to determine the torque.
  • this device has an integrated safety function insofar as it provides a limitation of the deformation of the pad of elastically deformable material by abutment of the alternating projecting parts of the discs, one against the other, to avoid any degradation of this buffer. Furthermore, it is also possible to provide projecting parts of different widths on the discs, which makes it possible to detect the direction of rotation of the drive shaft portions by analyzing the sequence of signals delivered by the position sensor. . This analysis can also be performed by the analysis means of the duty cycle of the output signals from this position sensor.

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Abstract

Ce dispositif inséré entre deux portions d'arbre (4, 5) reliant des organes menant (1) et mené (2), comportant deux disques (6, 7) disposés en regard l'un de l'autre et portant à leur périphérie des moyens de codage de position (8), reliés chacun à une portion d'arbre et l'un à l'autre par un tampon de matériau élastiquement déformable (9) et des moyens (11) de détection de position en regard des moyens de codage de position, dont la sortie est reliée à des moyens (12) de détermination de couple, est caractérisé en ce que les moyens de codage sont formés par des parties en saillie axiale alternées des disques, s'étendant en regard du tampon de matériau déformable (9), en ce que les moyens de détection de position (11) comprennent un capteur disposé en regard des parties en saillie alternées et en ce que les moyens de détermination de couple comprennent des moyens (12) d'analyse du rapport cyclique des signaux de sortie du capteur.

Description

Dispositif de mesure de couple
La présente invention concerne un dispositif de mesure de couple.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte aux dispositifs de mesure de couple qui sont insérés entre deux portions d'arbre coaxiales d'entraînement reliant un organe menant et un organe mené.
De tels dispositifs sont par exemple utilisés dans les ensembles de lève-vitres électriques de véhicules automobiles ou dans les ensembles de toits ouvrants électriques des véhicules.
On sait que l'un des problèmes les plus impor¬ tants concernant le fonctionnement de ces ensembles de lève-vitres est leur sécurité de fonctionnement et en particulier le contrôle du fonctionnement de ceux-ci lorsqu'un objet quelconque est coincé entre la vitre et le reste de la porte du véhicule.
Ce fonctionnement peut être contrôlé par exemple à partir de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur d'entraînement de ces ensembles, du courant consom- mé par celui-ci ou encore du couple résistant appliqué sur l'arbre de sortie de celui-ci.
L'invention s'intéresse plus particulièrement aux dispositifs de ce dernier type.
On connaît en effet dans l'état de la technique des dispositifs de mesure de couple qui sont insérés entre deux portions d'arbre coaxiales d'entraînement reliant un organe menant, tel qu'un moteur électrique, et un organe mené, tel qu'un mécanisme à roue et vis sans fin de lève- vitre et qui comportent deux disques disposés en regard 1'un de l'autre dans des plans à peu près perpendiculaires à l'axe de portions d'arbre et portant à leur périphérie des moyens de codage de position, reliés chacun à une portion d'arbre et l'un à l'autre par un tampon de maté¬ riau élastiquement déformable, tandis que des moyens de détection de position sont disposés en regard des moyen de codage de position des disques.
La sortie de ces moyens de détection de positio est reliée à des moyens de détermination de couple pa analyse des informations délivrées par ces moyens d détection de position.
On sait également que les moyens de codage d position et les moyens de détection de position correspon dants peuvent être formés par des moyens optiques o magnétiques.
Dans l'état de la technique, les moyens d détection de position comprennent deux capteurs disposé en regard des moyens de codage des disques et la détermi nation du couple se fait à partir des signaux de sortie d ces deux capteurs par analyse du décalage entre ce signaux, résultant d'une déformation du tampon de matéria élastiquement déformable sous l'effet du couple.
Cependant, on conçoit que cette structur présente un certain nombre d'inconvénients, notamment e raison du nombre de pièces nécessaires et donc du coût d réalisation de ces dispositifs.
Le but de l'invention est donc de résoudre ce problèmes en proposant un dispositif de mesure de coupl qui soit simple et fiable. A cet effet, l'invention a pour objet un dispo sitif de mesure de couple, inséré entre deux portion d'arbre coaxiales d'entraînement reliant un organe menan et un organe mené, du type comportant deux disques dispo sés en regard l'un de l'autre dans des plans à peu prè perpendiculaires à l'axe des portions d'arbre et portan à leur périphérie des moyens de codage de position, relié chacun à une portion d'arbre et l'un à l'autre par u tampon de matériau élastiquement déformable et des moyen de détection de position disposés en regard des moyens d codage de position des disques, dont la sortie est relié à des moyens de détermination de couple, caractérisé en ce que les moyens de codage de position sont formés par des parties en saillie axiale alternées des disques, s'éten¬ dant en regard du tampon de matériau élastiquement défor- mable, en ce que les moyens de détection de position comprennent un capteur de position disposé en regard des parties en saillie alternées et en ce que les moyens de détermination de couple comprennent des moyens d'analyse du rapport cyclique des signaux de sortie du capteur. Avantageusement, des moyens formant entretoise axiale sont disposés entre les disques dans le tampon de matériau élastiquement déformable.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Fig.l représente une vue en coupe schémati¬ que illustrant la structure d'un mécanisme d'entraînement de lève-vitre comportant un dispositif de mesure de couple selon l'invention;
- la Fig.2 représente une vue de côté d'un dispositif de mesure de couple selon l'invention; et
- la Fig.3 représente une vue en coupe prise suivant la ligne III-III de la figure 2. Ainsi qu'on peut le voir sur ces figures, un dispositif de mesure de couple selon l'invention peut être intégré dans des moyens d'entraînement d'un lève-vitre de véhicule automobile.
Ces moyens d'entraînement comprennent un moteur électrique désigné par la référence générale 1 sur cette figure 1 et un mécanisme à roue et vis sans fin désigné par la référence générale 2 sur cette figure.
Dans ce cas, le dispositif de mesure de couple désigné par la référence générale 3 sur ces figures, est inséré entre deux portions d'arbre coaxiales d'entraîné- ment reliant le moteur électrique 1 au mécanisme à roue vis sans fin 2.
Ces portions d'arbre sont désignées respectiv ment par les références 4 et 5. En fait, ce dispositif de mesure de couple pe être inséré entre deux portions d'arbre coaxiales d'e traînement reliant tout organe menant et tout organe men Ce dispositif de mesure comporte deux disques et 7 disposés en regard l'un de l'autre dans des plans peu près perpendiculaires à l'axe des portions d'arbre, disque 6 étant relié à la portion d'arbre 4 tandis que disque 7 est relié à la portion d'arbre 5.
Comme cela sera décrit plus en détail par suite, ces disques portent à leur périphérie des moyens codage de position désignés par la référence générale
Par ailleurs, ces disques sont également reli l'un à l'autre par un tampon de matériau élastiqueme déformable 9 dans lequel sont disposés des moyens forma entretoise axiale désignés par la référence 10. Ces moyens formant entretoise axiale sont p exemple constitués par un organe en forme de bille inte posé entre les disques pour éviter tout problème déformation axiale par compression du dispositif de mesu de couple. Des moyens de détection de position désignés p la référence générale 11 sur cette figure, sont égaleme disposés en regard des moyens de codage de position 8 d disques et la sortie de ces moyens de détection de pos tion est reliée à des moyens de détermination de coup désignés par la référence générale 12.
Selon l'invention, et comme on peut le voir s ces figures 1 à 3, les moyens de codage de position so formés par des parties en saillie axiale alternées d disques 6 et 7 s'étendant en regard du tampon de matéri élastiquement déformable 9. C'est ainsi que dans l'exemple de réalisation représenté sur ces figures, chaque disque du dispositif de mesure de couple comporte quatre parties en saillie axiale décalées de 90° les unes par rapport aux autres et dési- gnées par les références 6a, 6b, 6c, 6d et 7a, 7b, 7c, 7d, respectivement pour les disques 6 et 7.
Ces parties en saillie axiale des disques 6 et
7 sont alternées comme on peut le voir en particulier sur la figure 2, les parties en saillie de l'un des disques étant décalées de 45° par rapport à celles de l'autre disque.
Les moyens de détection de position 11 compren¬ nent quant à eux un capteur de position disposé en regard de ces parties en saillie alternées et les moyens de détermination de couple 12 comprennent des moyens d'ana¬ lyse du rapport cyclique des signaux de sortie de ce capteur.
On conçoit en effet qu'au repos, c'est à dire en l'absence de couple, les parties en saillie axiale alter- nées des moyens de codage de position sont régulièrement répartis autour du tampon de matériau élastiquement déformable.
Lorsqu'un couple résistant est appliqué au dispositif de mesure, le tampon élastiquement déformable a tendance à se déformer, de sorte que les disques se décalent angulairement l'un par rapport à l'autre.
On conçoit alors que les parties en saillie axiale alternées de ces disques se rapprochent et s'éloi¬ gnent en fonction de ce couple et que celles-ci ne sont donc plus régulièrement réparties autour du tampon.
Ces variations de position de ces parties en saillie sont détectées par le capteur de position et les moyens d'analyse 12 connectés à la sortie de ce capteur, permettent de déterminer en fonction de cette variation de position, le couple à mesurer par analyse du rapport cyclique du signal de sortie du capteur.
Ainsi ce rapport cyclique du signal de sortie de ce capteur est par exemple de 50% dans le cas où il n'y a pas de couple, tandis que lorsqu'un couple est appliqué sur ce dispositif, celui-ci peut être déterminé à partir de ce rapport cyclique qui est représentatif de ce couple, comme cela a été expliqué précédemment.
On notera que ces moyens de codage de position des disques peuvent être formés par des parties en saillie magnétiques de ceux-ci et que les moyens de détection de position peuvent comporter un capteur à effet Hall.
Cependant, des moyens de détection optiques peuvent également être utilisés. On conçoit alors que le dispositif de mesure selon l'invention présente un certain nombre d'avantages dans la mesure où il ne nécessite qu'un seul capteur pour déterminer le couple.
Par ailleurs, ce dispositif présente une fonc- tion de sécurité intégrée dans la mesure où il assure une limitation de la déformation du tampon de matériau élasti¬ quement déformable par venue en butée des parties en saillie alternées des disques, les unes contre les autres, pour éviter toute dégradation de ce tampon. Par ailleurs, il est également possible de prévoir des parties en saillie de largeurs différentes sur les disques, ce qui permet de détecter le sens de rotation des portions d'arbre d'entraînement par analyse de la séquence des signaux délivrés par le capteur de position. Cette analyse peut également être réalisée par les moyens d'analyse du rapport cyclique des signaux de sortie de ce capteur de position.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure de couple, inséré entre deux portions d'arbre coaxiales d'entraînement (4,5) reliant un organe menant (1) et un organe mené (2), du type comportant deux disques (6,7) disposés en regard l'un de l'autre dans des plans à peu près perpendiculaires à l'axe des portions d'arbre et portant à leur périphérie des moyens de codage de position (8), reliés chacun à une portion d'arbre et l'un à l'autre par un tampon de maté- riau élastiquement déformable (9) et des moyens (11) de détection de position disposés en regard des moyens de codage de position des disques, dont la sortie est reliée à des moyens (12) de détermination de couple, caractérisé en ce que les moyens de codage de position sont formés par des parties en saillie axiale alternées (6a,6b,6c,6d, 7a,7b,7c,7d) des disques, s'étendant en regard du tampon de matériau élastiquement déformable (9), en ce que les moyens de détection de position (11) comprennent un capteur de position disposé en regard des parties en saillie alternées et en ce que les moyens de détermination de couple comprennent des moyens (12) d'analyse du rapport cyclique des signaux de sortie du capteur.
2. Dispositif selon la revendication 1, carac¬ térisé en ce que des moyens formant entretoise axiale (10) sont disposés entre les disques (6,7) dans le tampon de matériau élastiquement déformable.
3. Dispositif selon la revendication 2, caracté¬ risé en ce que les moyens formant entretoise axiale comprennent un organe en forme de bille (10).
4. Dispositif selon l'une quelconque des reven¬ dications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de codage de position des disques sont formés par des parties en saillie magnétiques et en ce que les moyens de détec¬ tion de position comprennent un capteur à effet Hall.
5. Dispositif selon l'une quelconque des reve dications précédentes, caractérisé en ce que les disqu de codage (6,7) comprennent chacun quatre parties saillie axiale disposées à 90° les unes par rapport a autres et décalées de 45" par rapport aux parties saillie de l'autre disque.
6. Dispositif selon l'une quelconque des reve dications précédentes, caractérisé en ce que lesdit parties en saillie alternées des disques (6,7) présente des largeurs différentes et en ce que les moyens d'analy (12) du rapport cyclique des signaux de sortie du capte comprennent des moyens de détection du sens de rotati des portions d'arbre coaxiales.
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