Brevet FR2139028A1 — publié le 19730105

Le secteur technique de l'invention est celui des capteurs de vitesse de rotation. L'invention se rapporte à des capteurs permettant la mesure de la vitesse de rotation d'organes rotatifs tels que roues, arbres, etc., et à leurs applications. De tels capteurs sont notamment utilisables en tant que dispositifs de mesure de la vitesse des roues d'un véhicule à moteur et s'appliquent aux systèmes de régulation du freinage évitant le blocage des roues du véhicule, aux systèmes de détection et d'enrayage du patinage desdites roues et aux systèmes de mesure de la vitesse du véhicule (tachymètres). De tels systèmes nécessitent en effet la connaissance immédiate et constante de la vitesse de rotation réelle et, selon les cas, de l'accélération ou de la décélération angulaires d'une ou de plusieurs roues du véhicule. Le principe mis en oeuvre par un capteur de vitesse de rotation selon l'invention est le suivant : un premier élément, possédant au moins une zone sensible, a un mouvement de rotation fonction du mouvement de l'organe obJet de la mesure. Dans ce but, il est de préférence relié directement audit organe et tourne ainsi en synchronisme avec ce dernier. Un autre élément du capteur possède une succession de zones sensibles séparées par des intervalles neutres devant lesquelles passe la zone sensible du premier élément. Inversement, le premier élément peut aussi être fixe, le deuxième étant alors mobile. Ces mises en regard successives des zones sensibles du premier et du deuxième élément, dont la fréquence est fonction directe de la vitesse de l'organe objet de la mesure, sont mises à profit pour engendrer, au moyen d'un phénomène physique approprié, un signal, en particulier un signal électrique, traduisant la vitesse à mesurer. Par exemple, les zones sensibles peuvent être conductrices de l'électricité et venir successivement en contact; le capteur se comporte alors comme un interrupteur hachant un courant électrique et engendrant une suite d'impulsions dont la durée ou la fréquence sont des paramètres utilisables pour la mesure. Les zones sensibles peuvent être également faites de substance magnétique, venant alors successivement en regard sans contact matériel, placé dans un circuit magnétique, un tel capteur fait varier la réluctance de ce dernier, ce phénomène engendrant un signal élec trique dont la fréquence est un paramètre utile traduisant la grandeur à mesurer. Un capteur selon l'invention peut servir de tachymètre en association avec un appareil de mesure électrique, tel qu'un ampèremètre à aiguille, dont la déviation est rendue proportionnelle à la fréquence du signal électrique issu du capteur. I1 peut également être utilisé dans un système de frein anti-blocage. Dans ce but, le capteur est associé à un dispositif permettant, à partir du signal qu'il délivre, d'engendrer un signal traduisant la décélération angulaire de la roue sur laquelle s'exerce une force de freinage, signal utilisé pour régler cette dernière de façon que la roue ne se bloque pas. On peut en outre prévoir un système de sécurité qui, exploitant la durée des impulsions délivrées par le capteur, ou l'intervalle de temps qui les sépare, fournit un signal lorsque cette durée ou cet intervalle de temps devient excessif, manifestant l'état de blocage de la roue en cause. Un capteur selon l'invention peut également être utilisé comme détecteur de patinage d'une roue, aussi bien lors du démarrage du véhicule que pendant sa marche. L'objet de l'invention est un tel capteur de vitesse de rotation, de constitution simple et robuste, apte au montage sur un véhicule quelconque, et en particulier insensible aux vibrations engendrées lors de la marche de ce dernier. A cet effet, un capteur selon l'invention comporte un bras fixé radialement par une de ses extrémités à un axe rotatif dont on désire mesurer la vitesse, comportant à son autre extrémité une zone sensible qui, lors de la rotation du bras, passe successivement en regard d'une succession de zones sensibles que comporte sur sa face interne un élément annulaire centré sur l'axe de rotation du bras et dont le plan est perpendiculaire à ce dernier. Ledit capteur comporte en outre des dispositifs permettant la génération d'une impulsion électrique à chaque passage de la zone sensible du bras devant une zone sensible de 1 'élément annulaire. La description qui va sui Te, en regard des dessins annexés, à titre d'exemple non limitatif , permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente schématiquement la constitution d'un capteur selon l'invention. La figure 2 représente en coupe longitudinale une forie d'exécution du brastrotatif du capteur de la figure 1. La figure 3 représente en coupe transversale l'extrémi- té du bras de la figure 2. La figure 4 représente en coupe une forme de réalisation de l'élément annulaire de la figure 1. La fi eg 9 représente partiellement, vu de son centre, un élément capteur selon une autre forme d'exécution. La figure 6 représente en coupe une autre forme d'exécution du capteur de la figure 1. La figure 7 illustre le principe d'une autre forme du capteur de la figure 1. Un capteur de vitesse de rotation selon l'invention colporte essentiellement (figure 1) un bras 1 pouvant tourner autour d'un axe d'entratnement 6 dans un plan perpendiculaire à ce dernier, lequel traverse l'une de ses extrémités, et comportant à son autre extrémité une zone sensible 41 qui, lors de la rotation du bras 1, défile devant une succession de zones sensibles 42 séparées par des zones neutres 43 et portées par un anneau circulaire 2 centré sur l'axe 6 et situé dans un plan perpendiculaire à ce dernier. Inversement,le bras 1 peut être fixe; c'est alors l'anneau 2 qui est mis en rotation par ltaxe 6 relié à l'organe rotatif objet de la mesure. Le bras 1 peut par exemple Autre conducteur de l'électri- cité, ainsi que les zones sensibles 41 et 42, les zones neutres 43 étant isolantes. La zone sensible 41 venant successivement en contact avec les zones sensibles 42 de l'anneau 2, il suffit alors de relier le bras 1 à l'un des pôles, par exemple le pôle positif, d'une batterie 44, chaque zone sensible 42 étant reliée à son ptle négatif. Le courant électrique qui en résulte se trouve haché selon une série d'impulsions dont la fréquence ou la durée est fonction de la vitesse de rotation relative du bras par rapport à l'anneau 2, la valeur de ces paramètres électriques étant mise en évidence par des dispositifs appropriés (non représentés). Une forme de réalisation du bras 1 est représentée par les figures 2 et 3. Un cylindre creux 7 est fixé radialement à l'arbre d'entratnement 6 et contient un noyau cylindrique 8 qui peut y coulisser et qui est sollicité vers l'extérieur par un ressort 9 placé entre le noyau 8 et l'axe 6. A l'extrémité tournée vers l'extérieur du noyau 8 est articulé en 10 un support 11 en forme de fourche, aussi mince que possible, dont les deux bras dirigés vers l'extérieur traversent l'extrémité du cylindre 7 par des échancrures pratiquées dans ce dernier. Le support 11 porte entre ses bras une autre pièce 12, qui est en contact avec la face interne de l'anneau 2; ce contact est assuré en permanence par la pression qu'exerce le ressort 9.La pièce 12 peut êtres par exemple, un galet de roulement creux pouvant tourner autour de ses points d'attache au support 11, qui sont tels que l'axe de rotation du galet est parallèle à l'arbre 6 et qu'il roule ainsi contre la face interne de l'anneau 2. Le support 11 peut osciller légèrement autour de son axe 10, ce qui permet d'assurer dans tous les cas un contact correct de la pièce 12 avec l'anneau 2, malgré les imperfections d'usinage et les vibrations auquelles est soumis le capteur. Selon une autre forme d'exécution, on peut omettre l'articulation 10, le support 11 ne pouvant plus osciller, à condition que la pièce 12 ne soit pas en forme de galet cylindrique, mais en forme de boule creuse, ou bien que la face interne de l'anneau 2 soit arrondie en regard d'un galet cylindrique 12, car de telles dispositions dispensent d'un alignement précis des surfaces en contact des pièces 2 et 12. On peut encore réaliser le contact entre les pièces 2 et 1 non par roulement de la pièce 12, mais par frottement statique de l'extrémité du noyau 8 à l'intérieur de l'anneau 2, le support 11 et la pièce 12 étant omis. Dans ce cas, la section du noyau 8 et du cylindre 7 est, de préférence, elliptique plutôt que circulaire. Un bras 1 constitué selon la description précédente peut tourner à l'intérieur d'un anneau 2 tel que celui représenté par la figure 4. On voit que cet anneau est circulaire et comporte sur sa face interne une série de dents 13 séparées par des encoches 14. Dans le présent exemple, il y a vingt dents et vingt encoches et la longueur des dents dans le sens de rotation est égale à 5 mm. Pour un fonctionnement en interrupteur électrique d'un capteur muni d'un tel anneau, ce dernier est réalisé en une ou plusieurs pièces métalliques où sont usinées les encoches 14 par enlèvement de matière; les différentes parties du bras qui y tourne sont également métalliques, les articulations de celles-ci ne devant pas s'opposer au passage du courant électrique, lequel est amené au bras par un contact glissant. En outre, il y a lieu de remplir les encoches 14 de l'anneau 2 par une substance non conductrice de l'électricité, telle que matière plastique, céramique, verre ou autre, de sorte qu'une surface de contact mécanique uniforme soit réalisée tout au long de la face interne de l'anneau 2. Selon une autre forme d'exécution de l'anneau 2 (figure 5), les encoches séparant les dents 13 ne sont pas remplies; toutefois, l'extrémité du bras 1 ne peut y tomber, grâce à la présence de deux nervures annulaires 15 et 16 bordant de part et d'autre la série de dents 13, isolées électriquement de ces dernières, avec lesquelles l'extrémité du bras 1 reste constamment en contact. La figure 6 représente une autre forme d'exécution d'un capteur selon l'invention, utilisable également pour l'interruption répétée d'un courant électrique. Un anneau métallique 20, de forme générale circulaire, possède sur sa face interne une série de bosses arrondies identiques 19 dont les sommets sont équdistants de l'axe 6 de l'anneau. A 1'intérieur de cet anneau, tourne un bras métallique 18 mis en nutation par l'axe 6, dont l'extrémité extérieure arrondie vient frotter successivement les bosses 19 de l'anneau 20. Comme ce dernier ne possède pas de zones neutres, le bras 18 est muni à son extrémité d'au moins une zone neutre 40 isolante juxtaposée à une zone sensible 50 conductrice de l'électricité. Une autre forme d'exécution (non représentée) d'un capteur selon l'invention consiste à utiliser un bras rotatif dont l'extrémité ne vient pas en contact avec les zones sensibles de l'anneau dans lequel il tourne, mais s'en rapproche à faible distance. On applique dans ce cas une tension élevée entre bras et anneau et on obtient un courant intermittent dû aux arcs qui s'établissent entre zones sensibles en regard. Un capteur selon l'invention peut faire intervenir des phénomènes non plus purement électriques, mais magnétiques (figure 7). Le bras 1 est alors constitué d'une seule pièce, de préférence de formeounéiforme, son extrémité en regard de la face interne de l'anneau 2 étant effilée parallèlement à l'axe de rotation 6 dudit bras. I1 présente ainsi une surface allongée (par exemple de 1 cm x 0,5 m) qui se déplace à proximité immédiate de cetS face interne, avec ou sans contact avec celle-ci, laquelle est garnie d'une succession de dents 13 arrondies séparées par des encoches 14 remplies d'une substance à faible perméabilité magné- tique.Un circuit magnétique est formé par le bras rotatif 1, l'anneau 2, une certaine longueur de l'axe de rotation 6 et un élément magnétique 21 reliant l'anneau 2 et ltaxe 6. La réluctance magnétique de ce circuit varie selon que l'extrémité effilée du bras 1 se trouve en regard d'une dent 13 ou d'une encoche 14. Si l'on polarise ce circuit au moyen d'un aimant permanent ou d'un électro-aimant 22, on peut exploiter les variations de flux magnétique résultant des variations de réluctance au moyen d'une bobine d'induction 23, d'un générateur à effet Hall ou d'une résistance dont la valeur dépend du champ magnétique, ces dispositifs engendrant un courant électrique variable traduisant les variations de réluctance du circuit magnétique. Le traitement des informations contenues par les signaux fournis par le capteur de vitesse peut se faire par tout moyen approprié mettant à profit les caractéristiques des impulsions électriques engendrées : durée, intervalle, période, fréquence ou rapport cyclique. Ces impulsions peuvent alternativement être positives et négatives ou constituées par une alternance de tension basse et de tension plus élevée. Les tensions mises en oeuvre sont généralement petites et ne nécessitent pas de grandes précautions d'isolement. Les informations à traiter peuvent être divisées en plusieurs gammes, notamment pour les applications aux systèmes de frein anti-blocage et aux tachymètres. On peut ainsi utiliser trois circuits commutables de traitement des impulsions, le premier affecté aux vitesses de rotation inférieures d 1 t/s, le deuxième aux vitesses comprises entre 1 t/s et 10 t/s et le troisième aux vitesses supérieures à 10 t/s. Un capteur selon l'invention peut être muni de tout nombre désiré d'élénents. I1 peut comporter par exemple un anneau 2 et deux bras 1. Chaque sorte d'élément, anneau ombras, peut, selon les cas particuliers, se mouvoir, mais une seule sorte à la rois.Dans tous les cas,l'inertie de l'élément qui tourne est faible. Eventuellement, il est nécessaire de compenser le balourd que présente l'élément tournant entraîné par l'arbre 6. On peut prévoir une lubrification. L'invention recouvre aussi une combinaison de deux ou de plusieurs capteurs, comprenant un ou plusieurs capteurs selon l'invention, de formes d'exécution identiques ou différentes, et un ou plusieurs autres capteurs. Un i8me capteur selon l'invention peut être utilisé simultanément pour des applications variées, par exemple à la fois en tachymètre et en capteur pour système de frein antiblocage. Il peut également être commandé par des organes dont le mouvement n'est pas rotatif. Les formes d'exécution décrites peuvent être modifiées sans sortir du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif de contre du mouvement d'organes rotatifs, en particulier capteur pour régulateur de freins antiblocage, pour système antipatinage ainsi que pour système de mesure de vitesse des roues de véhicules, caractérisé par un premier élément rotatif (1,18) dont la vitesse de rotation autour d'un axe de rotation (6) est proportionnelle d celle de la roue et par un deuxième élément (2,20) fixe, coopérant avec le premier élément de sorte que, du fait du mouvement relatif des deux éléments, des impulsions électriques ou magnétiques sont produites, qui sont acheminées par des organes de transmission reliés au capteur et enregistrées. 2.- Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux éléments sont équipés de zones sensibles électriques ou magnétiques, un élément (2,20) étant pourvu d'une pluralité de zones sensibles (13,19) disposées l'une derrière l'autre dans la direction du mouvement de l'autre élément. 3.- Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par un anneau extdrieur (2) muni de zones sensibles de contact (13) et de zones neutres isolantes (14) se succédant en alternance le long de sa face interne et par un bras (1) fixé radialement à un axe de rotation (10) situé sur l'axe dudit anneau, ledit bras comportant une zone de contact (12) à son extrémité, de sorte que, anneau étant fixe, le bras, solidaire de l'axe rotatif, entre successivement en contact avec les zones de contact de l'anneau au cours d'une rotation. 4.- Capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le bras et l'anneau sont insérés dans un circuit électrique commun qui est fermé par contact de la zone de contact du bras et de celle de l'anneau. 5.- Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par un cylindre creux (7) fixé radialement à l'axe rotatif (.6 ), un noyau (8) étant mobile à l'intérieur de celui-ci et sollicité vers l'extérieur par un ressort, par un support (11) en forme de fourche articulé audit noyau, dont les bras s'introduisent dans des échancrures se faisant vis-à-vis diamétralement et situées à l'extrémité supérieure du cylindre creux et par un galet de roulement (12) tournant entre les extrémités des bras du support, son axe de rotation étant parallèle à l'axe de rotation (6), ledit galet étant en contact avec la face interne de l'anneau fixe (2) qui se trouve dans le plan de rotation du galet de roulement autour de l'axe de rotation. 6.- Capteur selon l'une quelconque des revendications 3 i 5, caractérisé par un anneau fixe (2) dont les zones isolantes (14) sont disposées transversalement à la direction de parcours du bras et sont formées par des encoches remplies jusqu'au niveau de la face interne de l'anneau de substances non conductrices faisant partie du groupe qui comprend les matières plastiques, les céramiques, le verre et les autres substances analogues.