WO2009152998A2 - Dispositif de mesure de position par effet hall - Google Patents

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WO2009152998A2
WO2009152998A2 PCT/EP2009/004246 EP2009004246W WO2009152998A2 WO 2009152998 A2 WO2009152998 A2 WO 2009152998A2 EP 2009004246 W EP2009004246 W EP 2009004246W WO 2009152998 A2 WO2009152998 A2 WO 2009152998A2
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magnet
sensor
chip
target
filings
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PCT/EP2009/004246
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Yann Monteil
Eric Servel
Marc Vandeginste
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Continental Automotive France
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/072—Constructional adaptation of the sensor to specific applications

Definitions

  • the present invention relates to a Hall effect measuring device.
  • such a device comprises a housing, and a Hall effect sensor, positioned in said housing.
  • the sensor typically includes a magnet and a chip.
  • the chip is integral with the magnet, and the magnet - generally of substantially cylindrical shape - is holed through an axis perpendicular to its bases, so that it comprises an outer perimeter and an inner perimeter.
  • Such a measuring device is implemented in particular in motor vehicle gearboxes, for example, in order to determine the position of the gear selector.
  • a gear lever is connected to the gearbox via a system of rods, so that the movements thereof lead to a translation and rotation of a gear ratio selection axis.
  • the clearances and tolerances in the rod system make the sensor preferably placed at the speed selection axis rather than at the speed lever.
  • the "neutral" position of the gearbox corresponds to a generally central position and the function of the sensor is to determine the position of a target fixed on the gear selection axis and thus to determine if the control of the gearbox is in "dead point".
  • a gearbox has gears that wear out and release iron filings into the oil.
  • the sensor comprises a magnet
  • To reduce the amount of filings present in the oil it is known to position one or more magnets at the bottom of the gearbox to recover the filings (see FR 1 039 119). This prevents it from being fixed under the sensor.
  • Such a solution nevertheless represents an additional cost and does not make it possible to recover all of the filings because of the limited "scope" of the magnets thus added.
  • the present invention therefore aims to overcome these disadvantages by providing a solution that does not require additional magnet.
  • the device according to the invention is essentially characterized in that the inner perimeter of the magnet is maximum relative to the mechanical stresses, and that the surface of the hole the magnet is greater than or equal to the surface of the chip, so as to overcome the presence of iron filings in front of the chip. Thanks to this characteristic, the iron filings are not attracted in front of the chip, therefore it does not disturb the measurement.
  • the outer perimeter of the magnet is maximal relative to the space available in the housing. Thanks to this characteristic, the iron filings are attracted to the outside (the external part) of the sensor, that is to say on the sides of the device rather than on the underside of the latter.
  • the maximum external perimeter also allows to obtain a maximum internal perimeter while respecting the mechanical constraints.
  • the outer perimeter and / or the inner perimeter comprises at least one flat.
  • the outer perimeter and / or inner perimeter are cylinders of revolution.
  • the ratio of the outer perimeter to the inner perimeter is 2: 1.
  • the ratio between the outer perimeter and the inner perimeter is such that the thickness of the ring of the magnet is mechanically achievable, that is to say that it can meet the mechanical stresses of its use.
  • the minimum thickness of the ring of the magnet (when it is substantially a cylinder of hollow revolution) is preferably at least 2 mm.
  • the outer diameter is 10 mm and the inner diameter is 5 mm.
  • the device according to the invention further comprises a ferromagnetic target, and the target is surrounded by a non-ferromagnetic element ensuring a mechanical scanning of the agglutinated filings under the sensor.
  • the non-ferromagnetic element When the ferromagnetic target approaches the sensor, it becomes magnetized by reaction. As a result, filings can attach to the target. Thanks to the non-ferromagnetic element, the filings are less likely to be fixed on the target; in particular according to its thickness. In addition, the non-ferromagnetic element also advantageously has a mechanical effect of scanning when the target and the sensor have a relative movement, which makes it possible to scan the filings possibly agglutinated under the sensor.
  • the shape of the non-ferromagnetic element is preferably adapted to the relative movement of the target and the sensor, in this case a plane face for a translational movement and a curved face for a rotational movement.
  • the non-ferromagnetic element is disposed closer to the sensor, that is to say closer to the chip, the sensitive surface of the sensor.
  • the non-ferromagnetic element is plastic, in this case a plastic plug fitted on the target.
  • FIG. 1 illustrates a Hall effect sensor according to In the prior art
  • FIG. 2a illustrates the operating principle of a Hall effect measuring device in the absence of a ferromagnetic target
  • FIG. 2b illustrates the operating principle of a Hall effect measuring device in the presence of a
  • FIG. 3 illustrates in cross-section the agglutination of filings under a sensor
  • FIG. 4a also illustrates in cross-section the agglutination of filings under a sensor according to the prior art
  • FIG. 4b illustrates in cross-section. the agglutination of filings around a sensor according to the invention
  • Figure 5a illustrates the variation of the field of a magnet in function. of a translation and a rotation of a target relative to said magnet, according to the prior art in the absence of filings
  • FIG. 5b illustrates the variation of the field of a magnet as a function of a translation and a rotation of a target with respect to said magnet, according to the prior art in the presence of filings
  • FIG. 6a illustrates the variation of the field of a magnet as a function of a translation and a rotation of a target by According to the invention in the absence of filings
  • FIG. 6b illustrates the variation of the field of a magnet as a function of a translation and a rotation of a target with respect to said magnet, according to FIG. invention in the presence of filings
  • - Figure 7a illustrates the variation of the field of a magnet according to a translation of a target relative to said magnet, according to the prior art in the absence of filings
  • Figure 7b illustrates the variation of the field of a magnet as a function of a translation of a target with respect to said magnet, according to the prior art in the presence of filings
  • Figure 8 illustrates an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 1 A conventional Hall effect sensor 1 implemented in the invention is illustrated in FIG. 1. It comprises a magnet 10 and a chip 20 integral with the magnet, configured to measure the magnetic field of the magnet 10, in this case its vertical component Bz, as illustrated in FIG. 2a and FIG. 2b in which the magnet 10 is configured as an example with the south face S at the top and the north face N at the bottom.
  • the chip 20 is preferably positioned opposite the hole 11, the hole 11 representing the sensitive area of the sensor 1.
  • the magnet 10 is perforated.
  • the magnet 10 thus comprises an outer perimeter 12 and an inner perimeter 13.
  • Preferably the hole 11 of the magnet is circular.
  • the magnet is symmetrical in revolution about a Z axis (vertical), so that its outer perimeter 12 and its inner perimeter 13 are circular and concentric.
  • FIG. 2a illustrates the operating principle of a Hall effect measuring device not comprising a ferromagnetic target.
  • FIG. 2b illustrates the operating principle of a Hall effect measuring device comprising a ferromagnetic target 50.
  • the field lines 14 of the magnet are clearly deviated by the presence of the target 50.
  • the component Bz of the magnetic field of the magnet 10 is modified and measured by the chip 20.
  • FIG. 3 also illustrates the problem that the invention aims to solve, namely the chip 40 bonded under the housing 30.
  • the presence of filings can come to disturb very strongly the lines of field, and thus the measurement.
  • At least one of the outer perimeter 12 and inner 13 is maximum.
  • the filings are fixed in front of the chip 20 on the sensitive zone and may disturb the measurement.
  • the filings are kept outside the sensitive zone.
  • FIG. 4b The influence of the outer perimeter 12 is illustrated in FIG. 4b: the increase thereof also shifts the field lines 14 towards the outside of the sensor. Consequently, the filings are drawn towards the outside, the sides, of the casing 30.
  • the inner perimeter 13 is dimensioned so that the hole 11 of the magnet 10 has a surface greater than or equal to the surface of the chip 20.
  • the thickness of the magnet between its inner and outer perimeters must respect the mechanical constraints of use of the sensor, in this case at least 2 mm
  • the outer perimeter 12 is limited by the size of the housing 30 and the passage constraints of the connections of the chip 20.
  • the shape of the outer and / or inner perimeters may be circular or ovoidal. It may also advantageously comprise flats.
  • FIG. 4a To illustrate the principle of the invention, it is possible to define, according to the prior art (FIG. 4a), a hollow cylindrical magnet whose hole is also cylindrical and concentric.
  • the cylindrical magnet 10 has an outside diameter Dext_old and a inside diameter Dint_old II is inserted in a housing 30 whose external dimensions are limited by a diameter Dbox_old
  • the dimensions of the magnet 10 are such that the outside diameter Dext_new is greater than the diameter Dext_old and the inner diameter D ⁇ nt_new is greater than the diameter.
  • D ⁇ nt_old the dimensions of the magnet 10 are such that the outside diameter Dext_new is greater than the diameter Dext_old and the inner diameter D ⁇ nt_new is greater than the diameter.
  • FIGS. 5a, 5b, 6a and 6b illustrates the measurement B (mT) of the field of a magnet as a function of a translation X (mm) and of a rotation R (°) of the same target with respect to said magnet, for a case of similar dimensions
  • FIGS. 5a and 5b illustrate the results of the use of a device (that is to say a magnet), according to the prior art, in this case a circular magnet with an outside diameter of 7 mm and an inside diameter 3 mm, in which FIG. 5a is the response of the sensor in "normal" configuration (without filings), and FIG. 5b is the response of the sensor in the presence of filings, in this case 0.2 to 0.3 g of filings.
  • FIGS. 6a and 6b illustrate a device, that is to say a magnet, according to the invention in this case a circular magnet with an outside diameter of 10 mm and an inside diameter of 5 mm, in which FIG. 6a is the answer of the sensor in configuration
  • FIGS. 6a and 6b clearly show that the device according to the invention makes it possible to limit the impact of the presence of filings: the latter in fact hardly modifies the response of the sensor.
  • the target 50 and the housing 30 are driven by a relative movement, and the sensor 1 is configured to measure the amplitude of this movement, that is to say the relative position of the target and the sensor.
  • the field of the magnet 10 When moving the target 50, the field of the magnet 10 is deflected, attracted by it, and there is a large field variation when the target 50 moves in front of it.
  • Figure 7a may correspond for example to a projection of Figure 5a on a given dimension, and corresponds to a device implemented without filings.
  • the measurement signal of the intensity of the magnetic field is substantially a form of Gaussian: first negative and relatively constant, then positive and increasing passing through a maximum when the target and the sensor are aligned . Beyond the maximum, the signal becomes positive decreasing, then negative and relatively constant.
  • FIG. 7b may correspond for example to a projection of FIG. 5b on a given dimension, and corresponds to the device implemented for the results illustrated in FIG. 7a in the presence of filings, on the same scale.
  • the target 50 is advantageously initially positioned in an offset manner, in this case disposed a few tenths of a millimeter above, relative to the zero Gauss point of the magnet 10. .
  • the embodiment according to the invention makes it possible not to create the offset ("offset" in English) generated by the presence of filings and thus to guarantee the correct operation of the sensor 1. According to another embodiment of the invention, it It is still possible to improve the immunity to sensor 1 by placing a non-ferromagnetic piece 60 around the target 50 (FIG. 8).
  • the chip 40 does not attach to the rod 50.
  • this configuration makes it possible to clean the sensitive surface of the sensor 1. This is all the more effective if the measurement space e (or space between the lower face of the housing 30 and the upper face of the target 50, commonly called “airgap” or “air gap”) is weak.
  • the non-ferromagnetic portion 60 pushes the chip on the sides of the sensor 1, away from the chip 20.
  • said target 50 provided with the non Ferromagnetic 60 repels the filings, like a windshield wiper on a windshield acting on drops of water.
  • the measurement space e makes that a small proportion of filings can nevertheless remain in the position of contact with the casing 30, but the quantity is reduced.
  • the non-ferromagnetic part 60 comes into direct contact with the casing 30 without modifying the gap between the target 50 and said casing 30.
  • the resulting sensor has much higher performance than those of the prior art.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure de position par effet Hall comprenant : un boîtier (30), un capteur à effet Hall (1), comprenant un aimant cylindrique (10) et une puce (20), dans lequel : la puce (20) est solidaire de l'aimant (10), l'aimant (10) est troué (11) de part en part selon un axe perpendiculaire à ses bases, et comprend un périmètre extérieur (12) et un périmètre intérieur (13), le capteur (1) est positionné dans ledit boîtier (30). Selon l'invention, le dispositif est remarquable en ce que : le périmètre intérieur (13) est maximal par rapport aux contraintes mécaniques de l'aimant (10), et la surface du trou (11) est supérieure ou égale à la surface de la puce (20), afin de s'affranchir de la présence de limaille de fer en face de la puce (20).

Description

Dispositif de mesure de position par effet Hall
La présente invention concerne un dispositif de mesure de position par effet Hall.
Classiquement, un tel dispositif comprend un boîtier, et un capteur à effet Hall, positionné dans ledit boîtier.
Le capteur comprend typiquement un aimant et une puce. La puce est solidaire de l'aimant, et l'aimant - généralement de forme sensiblement cylindrique - est troué de part en part selon un axe perpendiculaire à ses bases, de sorte qu'il comprend un périmètre extérieur et un périmètre intérieur.
Un tel dispositif de mesure est mis en œuvre notamment dans les boîtes de vitesses de véhicule automobile, par exemple, afin de déterminer la position du sélecteur de vitesse.
Typiquement, un levier de vitesse est relié à la boîte de vitesses via un système de tringles, de sorte que les mouvements de celui-ci amènent à une translation et rotation d'un axe de sélection des rapports de vitesse.
En général, les jeux et tolérances dans le système de tringles font que l'on place le capteur de préférence au niveau de l'axe de sélection des vitesses plutôt qu'au niveau du levier de vitesse. La position "point mort" de ia boîte de vitesses correspond à une position généralement centrale et la fonction du capteur est de déterminer la position d'une cible fixée sur l'axe de sélection des vitesses et ainsi de déterminer si la commande de la boîte est au "point mort". Toutefois, une boîte de vitesses comporte des engrenages qui s'usent et libèrent de la limaille de fer dans l'huile.
Or, comme le capteur comporte un aimant, celui-ci attire la limaille présente dans l'huile et cette limaille a tendance à s'agglutiner sous le capteur (du fait du sens d'aimantation), ce qui vient perturber voire interdire la mesure. Pour réduire la quantité de limaille présente dans l'huile, il est connu de positionner un ou plusieurs aimants au fond de la boîte de vitesses pour récupérer la limaille (cf. FR 1 039 119). On évite ainsi qu'elle ne vienne se fixer sous le capteur. Une telle solution représente néanmoins un coût additionnel et ne permet pas de récupérer la totalité de la limaille du fait de la "portée" limitée des aimants ainsi ajoutés. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution ne nécessitant pas d'aimant supplémentaire.
Avec cet objectif en vue, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce que le périmètre intérieur de l'aimant est maximal par rapport aux contraintes mécaniques, et que la surface du trou de l'aimant est supérieure ou égale à la surface de la puce, de manière à s'affranchir de la présence de limaille de fer en face de la puce. Grâce à cette caractéristique, la limaille de fer n'est pas attirée en face de la puce, par conséquent elle ne vient pas perturber la mesure.
Dans un mode de réalisation, le périmètre extérieur de l'aimant est maximal par rapport à l'espace disponible dans le boîtier. Grâce à cette caractéristique, la limaille de fer est attirée vers l'extérieur (la partie externe) du capteur, c'est-à-dire sur les côtés du dispositif plutôt que sur le dessous de celui-ci. Le périmètre extérieur maximal permet également d'obtenir un périmètre intérieur maximal tout en respectant les contraintes mécaniques.
Dans un mode de réalisation, le périmètre extérieur et/ou le périmètre intérieur comprend au moins un méplat.
Dans un mode de réalisation, le périmètre extérieur et/ou le périmètre intérieur sont des cylindres de révolution.
Dans un mode de réalisation, le rapport entre le périmètre extérieur et le périmètre intérieur est de 2:1. De préférence, le rapport entre le périmètre extérieur et le périmètre intérieur est tel que l'épaisseur de la couronne de l'aimant soit mécaniquement réalisable, c'est-à-dire que celui-ci puisse respecter les contraintes mécaniques de son utilisation. En l'espèce l'épaisseur minimale de la couronne de l'aimant (lorsque celui-ci est sensiblement un cylindre de révolution creux) est de préférence au moins égale à 2 mm. Dans un mode de réalisation, le diamètre extérieur est de 10 mm et le diamètre intérieur est de 5 mm.
Dans un mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comprend en outre une cible ferromagnétique, et la cible est entourée d'un élément non ferromagnétique assurant un balayage mécanique de la limaille agglutinée sous le capteur.
Lorsque la cible ferromagnétique s'approche du capteur, elle s'aimante par réaction. Par conséquent, de la limaille peut se fixer sur la cible. Grâce à l'élément non ferromagnétique, la limaille a moins tendance à se fixer sur la cible,; notamment en fonction de son épaisseur. En outre, l'élément non ferromagnétique a également avantageusement un effet mécanique de balayage lorsque la cible et le capteur ont un mouvement relatif, qui permet de balayer la limaille éventuellement agglutinée sous le capteur.
La forme de l'élément non ferromagnétique est de préférence adaptée au mouvement relatif de la cible et du capteur, en l'espèce une face plane pour un mouvement de translation et une face courbe pour un mouvement de rotation.
De préférence, l'élément non ferromagnétique est disposé au plus près du capteur, c'est-à-dire au plus près de la puce, la surface sensible du capteur. Dans un mode de réalisation, l'élément non ferromagnétique est en plastique, en l'espèce un bouchon en plastique emmanché sur la cible.
Dans un mode de réalisation avantageux, la puce est décalée, en l'espèce disposée au-dessus, par rapport au point de zéro Gauss de l'aimant. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre un capteur à effet Hall selon l'art antérieur, la figure 2a illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure à effet Hall en l'absence de cible ferromagnétique, la figure 2b illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure à effet Hall en présence d'une cible ferromagnétique, la figure 3 illustre en coupe transversale l'agglutination de limaille sous un capteur, la figure 4a illustre également en coupe transversale l'agglutination de limaille sous un capteur selon l'art antérieur, la figure 4b illustre en coupe transversale l'agglutination de limaille autour d'un capteur selon l'invention, la figure 5a illustre la variation du champ d'un aimant en fonction. d'une translation et d'une rotation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'art antérieur en l'absence de limaille, la figure 5b illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation et d'une rotation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'art antérieur en présence de limaille, la figure 6a illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation et d'une rotation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'invention en l'absence de limaille, la figure 6b illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation et d'une rotation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'invention en présence de limaille, - la figure 7a illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'art antérieur en l'absence de limaille, la figure 7b illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'art antérieur en présence de limaille, et la figure 8 illustre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Un capteur 1 à effet Hall classique mis en œuvre dans l'invention est illustré figure 1. Il comprend un aimant 10 et une puce 20 solidaire de l'aimant, configurée pour mesurer le champ magnétique de l'aimant 10, en l'espèce sa composante verticale Bz, comme illustré figure 2a et figure 2b dans lesquelles l'aimant 10 est configuré à titre d'exemple avec la face sud S en haut et la face nord N en bas.
La puce 20 est positionnée de préférence en face du trou 11 , le trou 11 représentant la zone sensible du capteur 1. L'aimant 10 est troué. L'aimant 10 comprend donc un périmètre extérieur 12 et un périmètre intérieur 13. De préférence le trou 11 de l'aimant est circulaire.
Dans le mode de réalisation illustré, l'aimant est à symétrie de révolution autour d'un axe Z (vertical), de sorte que son périmètre extérieur 12 et son périmètre intérieur 13 sont circulaires et concentriques. La figure 2a illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure à effet Hall ne comprenant pas de cible ferromagnétique.
La figure 2b illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure à effet Hall comprenant une cible ferromagnétique 50.
En comparant ces deux figures, les lignes de champ 14 de l'aimant sont clairement déviées par la présence de la cible 50. La composante Bz du champ magnétique de l'aimant 10 en est modifiée et mesurée par la puce 20.
Comme illustré figure 3, le capteur est positionné dans un boîtier 30. La figure 3 illustre également le problème que vise à résoudre l'invention, à savoir la limaille 40 agglutinée sous le boîtier 30. Or, comme décrit précédemment, la présence de limaille peut venir perturber très fortement les lignes de champ, et donc la mesure.
A cet effet, selon l'invention, au moins l'un des périmètre extérieur 12 et intérieur 13 est maximal.
Comme illustré figure 4a, si le périmètre intérieur 13 est trop faible, la limaille se fixe en face de la puce 20, sur la zone sensible, et risque de perturber la mesure. En revanche, en maximisant le périmètre intérieur, c'est-à-dire en l'espèce le diamètre, la limaille est maintenue en dehors de la zone sensible.
L'influence du périmètre extérieur 12 est illustré figure 4b : l'augmentation de celui-ci décale également les lignes de champ 14 vers l'extérieur du capteur. Par conséquent, la limaille est attirée vers l'extérieur, les côtés, du boîtier 30.
Ainsi, alors que pour des raisons économiques on a tendance à réduire la taille d'un aimant, de façon surprenante selon l'invention, il convient au contraire de maximiser les périmètres intérieur et extérieur.
Dans un mode de réalisation préférentiel, le périmètre intérieur 13 est dimensionné de manière à ce que le trou 11 de l'aimant 10 présente une surface supérieure ou au moins égale à la surface de la puce 20. L'épaisseur de l'aimant entre ses périmètres intérieur et extérieur doit quant à elle respecter les contraintes mécaniques d'utilisation du capteur, en l'espèce au moins 2mm
Le périmètre extérieur 12 est limité par la taille du boîtier 30 et les contraintes de passage des connexions de la puce 20 La forme des périmètres extérieur et/ou intérieur peut être circulaire ou ovoidale Elle peut également avantageusement comprendre des méplats
Pour illustrer le principe de l'invention, on peut définir selon l'art antérieur (figure 4a) un aimant cylindrique troué, et dont le trou est également cylindrique et concentrique
L'aimant cylindrique 10 possède un diamètre extérieur Dext_old et un diamètre intérieur Dιnt_old II est inséré dans un boîtier 30 dont les dimensions externes sont limitées par un diamètre Dbox_old
Selon l'invention, pour un même boîtier de dimensions externes limitées par un diamètre Dbox_new égal à Dbox_old, alors les dimensions de l'aimant 10 sont telles que le diamètre extérieur Dext_new est supérieur au diamètre Dext_old et le diamètre intérieur Dιnt_new est supérieur au diamètre Dιnt_old
L'homme du métier transposera aisément le principe ci-dessus à d'autres formes de l'aimant que cylindrique Des mesures comparatives entre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention et l'art antérieur ont été effectuées et sont illustrées aux figures 5a, 5b, 6a et 6b
Chacune des figures 5a, 5b, 6a et 6b illustre la mesure B(mT) du champ d'un aimant en fonction d'une translation X(mm) et d'une rotation R(°) d'une même cible par rapport audit aimant, pour un boîtier de dimensions similaires
Les figures 5a et 5b illustrent les résultats de l'utilisation d'un dispositif (c'est-à- dire un aimant), selon l'art antérieur, en l'espèce un aimant circulaire de diamètre extérieur 7 mm et de diamètre intérieur 3 mm, dans lesquelles la figure 5a est la réponse du capteur en configuration « normale » (sans limaille), et la figure 5b est la réponse du capteur en présence de limaille, en l'espèce 0,2 à 0,3g de limaille
Des figures 5a et 5b, on voit clairement que la présence de limaille écrête et étale le signal de mesure, ce qui rend le capteur inefficace
Les figures 6a et 6b illustrent un dispositif, c'est-à-dire un aimant, selon l'invention en l'espèce un aimant circulaire de diamètre extérieur 10 mm et de diamètre intérieur 5 mm, dans lesquelles la figure 6a est la réponse du capteur en configuration
« normale » (sans limaille), et la figure 6b est la réponse du capteur en présence de limaille, en l'espèce 2 à 3g de limaille, soit un facteur dix par rapport au cas de la figure 5b.
Des figures 6a et 6b, on voit clairement que le dispositif selon l'invention permet de limiter l'impact de la présence de limaille : celle-ci ne modifie en effet quasiment pas la réponse du capteur.
De la comparaison entre l'art antérieur (figure 5b) et l'invention (figure 6b), on note que l'invention permet d'obtenir des résultats fiables avec une masse de limaille quasiment dix fois supérieure.
Par ailleurs, dans ce genre de dispositifs selon l'invention, il existe un point dit point de zéro Gauss de l'aimant, auquel toutes les composantes (Bx, By, Bz) du champ magnétique de l'aimant sont nulles.
L'avantage de ce point de zéro Gauss est qu'il est relativement stable dans le temps et relativement indépendant de la température.
Pour la mesure de position, comme vu précédemment, on dispose généralement une pièce ferromagnétique 50, dite cible, en face du boîtier 30. En fonctionnement, la cible 50 et le boîtier 30 sont mus par un mouvement relatif, et le capteur 1 est configuré pour mesurer l'amplitude de ce mouvement, c'est-à-dire la position relative de la cible et du capteur.
Lors du déplacement de la cible 50, le champ de l'aimant 10 se trouve dévié, attiré par celle-ci, et il existe une variation de champ importante lorsque la cible 50 se déplace en face de celui-ci.
Par ailleurs, pour limiter les perturbations de la mesure, il est connu de positionner initialement la puce du capteur à effet Hall au point de zéro Gauss (avant la mise en présence de la cible, la position de zéro Gauss étant déviée en présence de la cible).
La figure 7a peut correspondre par exemple à une projection de la figure 5a sur une dimension donnée, et correspond à un dispositif mis en oeuvre sans limaille. En fonction du déplacement de la cible, le signal de mesure de l'intensité du champ magnétique est sensiblement une forme de gaussienne : d'abord négatif et relativement constant, puis positif et croissant passant par un maximum lorsque la cible et le capteur sont alignés. Au-delà du maximum, le signal devient positif décroissant, puis négatif et relativement constant.
La figure 7b peut correspondre par exemple à une projection de la figure 5b sur une dimension donnée, et correspond au dispositif mis en œuvre pour les résultats illustrés à la figure 7a en présence de limaille, à la même échelle.
La présence de limaille a pour effet d'élargir la gaussienne (et donc de perturber la mesure) et de décaler le signal vers les valeurs positives, ce qui a pour conséquences d'augmenter la valeur du maximum, et surtout d'augmenter la valeur du minimum. Or plus la valeur du minimum se rapproche de zéro, plus le risque que le capteur en mode interrupteur ne bascule pas (au franchissement du zéro) est grand.
Selon l'invention, au contraire de l'art antérieur, on positionne avantageusement initialement la cible 50 de façon décalée, en l'espèce disposée à quelques dixièmes de millimètres au-dessus, par rapport au point de zéro Gauss de l'aimant 10.
Grâce à cette configuration, on peut notamment réduire le niveau de champ magnétique sur la surface sensible en face de la puce 20, réduisant ainsi encore l'attractivité du capteur 1 à la limaille. En outre, une telle configuration permet d'obtenir un décalage magnétique, donc une réponse du capteur 1 dans une zone moins impactée par la limaille. Ce qui est particulièrement intéressant dans un mode de fonctionnement (défini par la forme de la cible 50) de type interrupteur ("switch") du capteur 1. Pour un tel type de fonctionnement du capteur 1 , le signal en sortie dudit capteur 1 ne connaît que deux valeurs : une valeur « haute » et une valeur « basse ». Le basculement d'une valeur à l'autre se fait pour une valeur de champ magnétique déterminée, usuellement (mais non nécessairement) choisie à zéro. Le mode de réalisation selon l'invention permet de ne pas créer le décalage (« offset » en anglais) engendré par la présence de limaille et ainsi garantir le bon fonctionnement du capteur 1. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est encore possible d'améliorer l'immunité à la limaille du capteur 1 en plaçant une pièce non- ferromagnétique 60 autour de la cible 50 (figure 8).
Grâce à cette configuration, la limaille 40 ne se fixe pas sur la tige 50.
En outre, cette configuration permet de nettoyer la surface sensible du capteur 1. C'est d'autant plus efficace que l'espace de mesure e (ou espace entre la face inférieure du boîtier 30 et la face supérieure de la cible 50, communément appelé « airgap » en anglais ou « entrefer ») est faible. Ainsi, lors du déplacement de la cible, la partie non ferromagnétique 60 repousse la limaille sur les cotés du capteur 1 , loin de la puce 20. A chaque passage de la cible 50 devant le boîtier 30, ladite cible 50 munie de la pièce non ferromagnétique 60 vient repousser la limaille, à la manière d'un essuie-glace sur un pare-brise agissant sur des gouttes d'eau. Certes, l'espace de mesure e fait qu'une faible proportion de limaille peut néanmoins rester en position de contact avec le boîtier 30, mais la quantité est réduite. En outre, il est tout à fait envisageable que la pièce non ferromagnétique 60 entre en contact direct avec le boîtier 30 sans pour autant modifier l'entrefer entre la cible 50 et ledit boîtier 30. En combinant ce mode de réalisation au dimensionnement de l'aimant conformément à l'invention, le capteur en résultant présente des performances très supérieures à ceux de l'art antérieur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure de position par effet Hall comprenant : - un boîtier (30), un capteur à effet Hall (1 ), comprenant un aimant cylindrique (10) et une puce (20), dans lequel : la puce (20) est solidaire de l'aimant (10), l'aimant (10) est troué (11 ) de part en part selon un axe perpendiculaire à ses bases, et comprend un périmètre extérieur (12) et un périmètre intérieur (13), - le capteur (1 ) est positionné dans ledit boîtier (30), caractérisé en ce que : le périmètre intérieur (13) est maximal par rapport aux contraintes mécaniques de l'aimant (10), et la surface du trou (11 ) est supérieure ou égale à la surface de la puce (20), afin de s'affranchir de la présence de limaille de fer en face de la puce (20).
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le périmètre extérieur (12) est maximal par rapport à l'espace disponible dans le boîtier (30).
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le périmètre extérieur (12) et/ou le périmètre intérieur (13) comprend au moins un méplat.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le rapport entre le périmètre extérieur (12) et le périmètre intérieur (13) est de 2:1.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une cible ferromagnétique (50), dans lequel la cible (50) est entourée d'un élément non ferromagnétique (60) assurant un balayage mécanique de la limaille agglutinée sous le capteur.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel l'élément non ferromagnétique (60) est disposé au plus près de la puce (20).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel l'élément non ferromagnétique (60) est en plastique.
8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel la forme de l'élément non ferromagnétique (60) est adaptée au mouvement relatif de la cible (50) et du capteur à effet Hall (1 ).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la puce (20) est décalée par rapport au point de zéro Gauss de l'aimant (10).
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