Brevet FR2511143A1 — publié le 19830211

La présente invention concerne les dispositifs potentiométriques, et s'intéresse notamment aux capteurs de décalage angulaire en rotation. On sait mesurer la torsion d'un arbre de transmission (au sens large) en disposant sur celui-ci des jauges de contrainte. Quoique donnant satisfaction dans certains cas, les jauges de contrainte présentent l'inconvénient d'avoir une réponse torsion/signal figée, et non dénuée d'hystérésis. I1 en découle souvent un difficile problème de traitement du signal capté par ces jauges de contrainte. La présente invention vient proposer une approche toute différente. I1 a été observé tout d'abord que la torsion d'un arbre se traduit par un décalage angulaire entre les deux extrémités de l'arbre en rotation. En prenant un arbre creux, muni d'une tige centrale reliée à son extrémité menante, et découplée mécaniquement de la charge, on observe, à l'autre extrémité, entre la tige centrale et l'arbre, un décalage angulaire lié à la torsion de l'arbre. La présente invention propose de mesurer ce décalage angulaire à l'aide d'un dispositif potentiométrique monobloc, lié par ailleurs au bâti (par exemple dans une boite de vitesses). A cet effet, l'invention utilise un dispositif potentiométrique, comportant, dans un boîtier, un élément formant curseur conducteur fixé à une monture axiale, une piste potentiométrique résistive agencée sur une cage sensiblement de révolution, entourant ladite monture, pour coopérer avec le curseur, et une liaison conductrice de renvoi de curseur entre la monture et la cage. Selon une caractéristique de l'invention, le boîtier comporte deux parties en mouvement relatif dont l'une est liée à la cage, et l'autre forme bâti, tandis qu'il est prévu un jeu d'au moins trois liaisons conductrices collectrices entre les deux parties du boitier en mouvement relatif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, ainsi que sur le dessin annexé. Sur ce dessin : - la figure 1 est un schéma de principe illustrant un ar Ire monté entre un organe moteur et un organe d'utili sation, cet arbre étant soumis à torsion ; - la figure 2 illustre une vue en coupe semblable à la vue de la figure 1, mais dans laquelle l'arbre est un arbre creux, tandis qu'ilporte en son intérieur une tige centrale 11 solidaire de son extrémité me-- nante ; et - la figure 3 illustre en demi-coupe un mode de réalisa tion particulier de la présente invention. Sur la figure 1, le symbole OM désigne ùn organe moteur qui actionne un arbre 10, couplé par ailleurs à un organe d'utilisation OU. L'homme de l'art comprendra que l'arbre 10 est soumis à une torsion qui dépend du couple appliqué par l'organe moteur à l'organe d'utilisation. Sur.la figure 2, on voit que l'arbre 10 est creux. Son extrémité lOA, solidaire de l'organe moteur OM, est couplée à une tige axiale 11 qui s'étend à-travers l'arbre creux 10 jusqu'à l'autre extrémité. On se rapportera maintenant à la figure 3, où l'on voit l'extrémité de l'arbre 10 en aval de l'organe d'utilisation, ainsi que l'extrémité de la tige centrale 11 également en aval de l'organe d'utilisation. On se rappellera que les deux pièces 10 et 11 vont tourner ensemble à la vitesse de rotation de l'arbre, tout en étant sujette à un décalage angulaire relatif qui dépend de la torsion exercée sur l'arbre en raison du couple d' entraînement. La tige 11 comporte des rainures périphériques dans lesquelles sont encastrées des bagues de fixation axiale 12, 13, 14 et 15. De son côté, l'arbre creux 10 est solidaire d'un flasque 20, dont une paroi radiale vient s'appuyer sur la bague 12. Au voisinage de l'arbre 11, le flasque 20 définit un logement pour deux roulements 21 et 22, entre lesquels est interposée une bague 23, tandis que le roulement 22 vient à l'opposé s'appuyer sur la bague 13 déjà citée. Ces deux roulements assurent un excellent positionnement axial de la tige 11 par rapport au dispositif, tout en permettant un déplacement relatif à tres faible friction entre la tige centrale 11 et le flasque 20 solidaire de l'arbre 10, un faible décalage angulaire étant à mesurer entre ces deux pièces. Du côté opposé à l'arbre creux 10, le flasque 20 est muni d'une extension axiale annulaire 20A > Celleci supporte en périphérie externe un roulement 32, sur lequel vient s'appuyer un corps cylindrique 30. Un joint d'étanchéité 31 est prévu entre le corps 30-et le flasque 20. De l'autre côté, le corps cylindrique-30 reçoit en butée un autre flasque 40, ces deux pieces pouvant être solidarisées par un collier de serrage non représenté. Du côté du centre, le flasque 40 loge un roulement 41, monté pa-r ailleurs sur l'arbre 11, en butée sur la bague -15 déjà citée. Un couvercle 44 vient fermer axialement l'orifice laissé par le flasque 40, une étanchéité par un joint torique 43 étant prévue. Enfin, le flasque 40 porte un pion axial 42 qui permet son ancrage par exemple sur le bâti d'une boite de vitesses. I1 apparaît immédiatement que les pièces 20 d'une part et 30 et 40 d'autre part définissent un boîtier en deux parties en mouvement relatif. La partie 20 va tourner avec l'arbre 10, et, en faisant abstraction du décalage angulaire lié à la torsion, avec la tige centrale -11. Par contre, les pièces 30 et 40 vont être solidaires du b ti de la boite de.vitesses. L'extrémité libre de l'extension axiale 20A supporte un organe annulaire 24, qui soutient à son tour sur un épaulement interne une piste potentiométrique 25. Sur son côté externe, l'organe annulaire 24 porte trois pistes conductrices annulaires 27 et 28, sensiblement coaxiales à l'arbre 11. La figure 3 montre que la piste 26 coopère avec un frotteur 34, solidaire d'une borne de connexion externe 33. Les deux autres pistes 27 et 28 coopèrent avec des connexions individuelles montées de la même façon, par exemple en une autre position angulaire -autour de l'axe. D'un autre côtéw l'arbre 11 porte entre labutée 14 et le roulement 41 une gaine annulaire 16, isolante, supportant un élément conducteur 17. Cet élément conducteur 17, couvrant toute la périphérie, est d'une part solidaire d'une patte 18 portant un curseur 19 qui vient coopérer avec la piste potentiométrique 25. D'autre part, l'organe 17 définit une piste périphérique 17A, sur laquelle rient faire contact-une liaison29 réalisée par. exemple sous la forme d'une épingle conductrice, et remontant vers le support de piste 25. En variante, on peut prévoir pour plus de sécurité deux épingles différentes 29 coopérant avec la même piste 17A en deux positions angulaires différentes. Des liaisons non représentées réunissent deux des bagues collectrices 26 à 28 aux deux.extrémités de la partie conductrice de la piste résistive 25. La troi sième de ces connexions est reliée aux épingles conductrices 29, et par conséquent au curseur 19. On voit immédiatement que l'on obtient au niveau des bornes externes telles que 23 trois liaisons électriques allant respectivement aux deux extrémités de la piste conductrice, et au curseur. En appliquant entre les deux'extrémités de la piste potentiométrique une tension convenable, on recueille entre le curseur et l'une de ses extrémités un signal représentatif de la rotation relative entre l'arbre externe 10 et la tige centrale 11. L'ensemble ainsi obtenu présente l'avantage de pouvoir fonctionner méme dans des conditions délicates, telles que l'ambiance d'huile qui règne dans une boite de vitesses. L'application qui vient d'être décrite suppose que le décalage angulaire relatif entre l'arbre 10 et la tige 11 sera inférieur à un tour. Si ce décalage devait pouvoir être voisin d'un tour ou supérieur à un tour, on pourra bien entendu utiliser une piste potentiométrique 25 modifiée en conséquence, par exemple une piste multi-tours. La partie active de la piste potentiométrique 25 est avantageusement réalisée en matière synthétique, telle qu'une résine thermodurcissable, chargée de particules de carbone ou bien de particules métalliques. Une telle réalisation permet d'ajuster la loi de résistance le long de la piste 25, et par conséquent d'obtenir toute réponse désirée à l'angle de torsion existant entre les parties 10 et 11. Naturellement, on peut utiliser plusieurs ensembles piste-curseur-collecteur possédant des lois de réponse identiques ou différentes, notamment pour des asservissements. Cela est un autre avantage très important de la présente invention. Bien entendu, l'invention permet également d'obtenir un signal important en réponse à la torsion, comparativement aux très faibles signaux obtenus avec les jauges de contrainte. Dans un mode de réalisation particulier, les organes conducteurs tels que 17, 26, 27 et28 sont en cuivre muni d'un revêtement de métal précieux tel que de l'or, assurant une très faible résistance de contact. La même réalisation pourra être utilisée par exemple pour les tige et épingle 29 et 34. Dans un mode de réalisation particulier, les joints 31 et 43 sont réalisés en une matière telle que le Viton. On remarquera que la construction propose résoud le problème du montage sur la tige 11, des différentes pièces internes du boîtier : roulements, bagues, curseurs, épingles, frotteurs et étanchéité. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. Elle n'est pas limitée non plus à l'application de mesure de torsion sur des arbres tels que ceux des boites de vitesses, et peut servir d'une manière 'plus générale à la mesure de décalage angulaire sur des pièces en rotation. REVENDICATIONS 1) Dispositif potentiométrique, du type comportant dans un boîtier - un élément (19) formant curseur conducteur fixé à une monture axiale (17), - - une piste potentiométrique résistive (25) agencée sur une cage (24) sensiblement de révolution, entourant ladite monture, pour coopérer avec le curseur, et - une liaison conductrice (29) de renvoi de curseur entre la monture et la cage, caractérisé par le fait que le boîtier comporte deux (20 ; 30) -parties en mouvement relatif dont l'une (20) est liée à la cage, et l'autre (30 ; 40) forme bats, tandis qu'il est prévu un jeu d'au moins trois liaisons conductrices collectrices (26, 27, 28 ; 34, etc.) entre les deux parties du boîtier en mouvement relatif. 2) Dispositif potentiométrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie (20) du bottier liée à la cage est solidaire d'un arbre de transmission du côté de sa charge, tandis que la monture axiale (17) est solidaire d'une tige liée à l'extrémité menante des'arbre de transmission. 3) Dispositif potentiométrique selon la revendication 2, caractérisé parle fait qu'il est prévu une portée à au moins un roulement entre la partie (20) du bottier liée à la cage et la tige (11). 4) Dispositif potentiométrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la partie (20) du botier est un-flasque généralement radial, muni vers l'intérieur du boîtier d'une extension (20A) qui supporte la piste potentiométrique (25) et au moins trois bagues (26, 26, 28) de collecteur. 5) Dispositif potentiométrique selon l'une deg revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la partie du boîtier liée au bAti comporte un corps cylindrique (30) qui porte les frotteurs (tel 33) vers les bagues collectrices, ainsi'qu'un autre flasque (40) formant également portée (41) pour la tige, et équipé d'un moyen (42) de fixation au bats. 6) Dispositif potentiométrique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'autre flasque est muni d'un couvercle (44) de fermeture avec étanchéité (43). 7) Dispositif potentiométrique selon l'une des revendications l à 6, caractérisé par le fait qu'entre les deux parties (20 ; 30 et 40) du boîtier est prévue une portée à roulement (32) et une étanchéité (31).