Brevet FR2544485A1 — publié le 19841019

Capteur pour déterminer la position anqulaire relative de deux éléments tournant l'un par rapport à l'autre autour d'un même axe. La présente invention concerne d'une façon générale la détermination de la position angulaire relative de deux éléments tournant l'un par rapport à l'autre autour d'un même axe et plus spécifiquement l'invention concerne un capteur agencé dans ce but. On connaît à l'heure actuelle différents types de capteurs de position angulaire soit optiques soit magnétiques qui ont pour principaux inconvénients d'être coûteux, encombrants-et de consommer de l'énergie électrique. Ces inconvénients constituent des handicaps rédhibitoires lorsqu'il s'agit d'équiper des instruments portables et autonomes, devant avoir un prix de revient aussi faible que possible, comme c'est le cas par exemple pour des clés dynamométriques manuelles. Il existe donc à l'heure actuelle un besoin, par exemple mais non limitativement pour l'équipement de clés dynamométriques manuelles portables, pour un capteur d'angle de rotation de structure simple et mécaniquement résistante, peu coûteux et ne consommant qu'un mimimum, et si possible pas du tout, d'énergie électrique. L'invention a essentiellement pour but de satisfaire ce besoin. A cette fin, un capteur agencé conformément à l'invention comporte - une piste circulaire portée par l'un des éléments, centrée sur l'axe de rotation et comportant des parties saillantes régulièrement espacées les unes des autres, - un barreau élastiquement déformable dans le sens transversal et porté par l'autre élément, une ex trémité de ce barreau étant maintenue fixe et son autre extrémité étant libre et disposée de manière à contacter successivement lesdites parties sail lantes de la piste circulaire, - et des moyens électriques de comptage agencés pour détecter toutes les venues en contact successives de l'extrémité libre du barreau avec les parties saillantes. Avantageusement, les parties saillantes de la piste circulaire sont constituées par des indentations. De préférence, deux parties saillantes successives sont écartées angulairement l'une de l'autre de 1g, de manière à simplifier la structure du capteur et à obtenir une indication directement exploitable sans recours à un système démultiplicateur. Pour éviter une usure prématurée, le barreau est muni, à son extrémité libre, d'un organe de friction constitué en un matériau de dureté élevée. Dans un mode de réalisation préféré, le matériau constitutif du barreau présente des propriétés piézoélectriques et l'entrée des moyens de comptage est connectée audit barreau de manière 9 recevoir la tension d'origine piézoélectrique engendrée par la flexion transversale du barreau. I1 est également possible de faire en sorte que le barreau supporte au moins une jauge de contrainte et que l'entrée des moyens de comptage soit connectée à ladite jauge de contrainte de manière à recevoir la tension engendrée par cette jauge de contrainte à la suite de la flexion transversale du barreau. Dans un mode de réalisation particulier qu'il semble être intéressant de retenir pour la simplicité de mise en oeuvre, l'élément portant la piste circulaire est mobile en rotation et l'élément portant le barreau est fixe. Grâce aux dispositions qui viennent d'être expo sées, le capteur conforme à l'invention est particulièrement simple et fait appel à des composants peu nombreux et peu coûteux ; il est peu encombrant et peut équiper des dispositifs peu volumineux tels que des clés dynamométriques manuelles enfin, ses exigences en énergie électrique peuvent être rendues aussi faibles que souhaité, voire même nulles dans le cas du barreau piézoélectrique qui assure une autonomie énergétique totale. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation donnés uniquement à titre illustratif ; dans cette description qui se réfère au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue schématique de côté de l'ensemble d'un capteur de position angulaire agencé conformément à l'invention ; - la figure 2 est une vue d'une partie du dispositif Ue la figure 1, correspondant à un mode de réalisation préféré ; - la figure 3 est une vue d'une partie du dispositif de la figure 1 dans le cadre d'un autre mode de réalisation ; et - la figure 4 est une vue de détail montrant une variante d'agencement d'un capteur conforme à 1' inven- tion. En se reportant tout d.abord à la figure 1, un é1é- ment 1 est mobile en rotation autour d'un axe 2 par rapport à un élément fixe (13 sur les figures 2 et 3), tel qu'un carter ou un bâti de machine ou d'outil; A titre d'exemple sans valeur limitative, l'élément tournant l peut être un organe de vissage (tête ou tige de tournevis notamment) ou un autre o-rgane qui lui est accouplé en rotation. L'élément tournant l porte une piste circulaire 3 centrée sur l'axe de rotation 2, cette piste présen- tant une succession de saillies ou de creux régulièrement espacés les uns des autres. Par exemple, il peut slagir d'indentations 4, comme représenté plus clairement aux figures 2 à 4, les dents,pouvant posséder toute configuration appropriée. En regard de la piste 3 est disposé un barreau 5 constitué an un matériau lui conférant une relative fie- xibilité transversale ; le barreau est maintenu fixement à une de ses extrémités 6 tandis que son extrémité libre 7 est située sensiblement au niveau dusommet des indentations 4 de maniere telle qu'au cours de la rotation de l'élément 1, 11 extrémité libre 7 du barreau soit déplacée latéralement (comme représente en trait plein à la figure 2) par rapport à sa position de repos (représentée en tirets) à chaque passage d'une dent 4. Dans le mode de réalisation préféré représenté a la figure 2, le barreau 5 est constitué en un matériau multimorphe piézoélectrique et est muni, à son extrémité G, de deux électrodes B de détection de tension s-lestri- que. tes électrodes 8 sont reliées, par deux fils 9, à l'entrée d'un appareil de comptage 10. A chaque déformation mécanique du barreau 5, autrement dit à chaque passage d'une dent 4 contactant et entraînant 11 extrémité libre 7 du barreau, une tension apparaît entre les bornes 8, tension qui s'annule des que le barreau reprend sa position normale non fléchie. t'appareil de comptage reçoit donc une succession d pulsions de tension dont le comptage permet de d & ermi- ner la position angulaire de 11 élément 1 par rapport à une origine préétablie. D'une façon avantageuse, l'écartement entre deux dents 4 consécutives peut correspondre exactement à un angle de 1s, de manière telle que le nombre d'impulsions comptées corresponde à 11 angle de rotation de l'élément 1 exprimé en degrés. L'appareil de comptage 10 peut être de toute conception appropriée connue de l'homme de l'art ; il -peut avantageusement comporter des moyens d'affichage (non représentés) présentant la valeur mesurée par le capteur. L'agencement à barreau piézoélectrique qui vient d'être décrit est particulièrement intéressant car, outre sa simplicité, son faible encombrement et son faible coût de revient, il coffre l'avantage supplémentaire d'une- consommation nulle en énergie, notamment en énergie électrique, pour son fonctionnement ; de plus, il possède une très bonne fiabilité. La figure 3 (sur laquelle les éléments identiques à ceux de la figure 2 ont été désignés à l'aide des mêmes références numériques) présente un agencement un peu différent de celui de la figure 2 par le fait que le barreau 5 est ici constitué en un matériau élastiquement déformable transversalement (mais sans posséder de propriétés piézoélectriques) sur lequel on a fixé une (ou plusieurs) jauge de contrainte il reliée à 11 appareil de compta-ge 10. La génération directe des impulsions de tension obtenue avec le mode de réalisation de la figure 2 est remplacée, dans ce nouvel agencement, par une génération indirecte, les impulsions de tension résultant d'une déformation de la jauge de contrainte, elle-même provoquée par la flexion du barreau. Dans ce cas, en insérant la jauge de contrainte dans un classique montage électrique en pont, la consommation d'énergie électrique, bien que n'étant plus nulle, reste cependant relativement faible. Bien entendu, d'autres configurations peuvent être retenues, notamment celle consistant à constituer un interrupteur électrique dont l'organe mobile de rupture est le barreau ou une zone du barreau. Toutefois, cette solution conduit à une consommation d'énergie électrique qui peut l'exclure de certaines applications où l'on recherche avant tout une autonomie totale du dispositif sur le plan énergétique. La figure 4 montre une variante consistant à équiper l'extrémité libre 7 du barreau 5 d'un organe de friction 12 constitué en un matériau de grande dureté et ayant une forme appropriée (par exemple, bille en tungstènze, cône en céramique, saphir, rubis, etc.). Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède,. l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire; toutes les variantes. En particulier, la position de la piste 3 sur l'élément 1, les caractéristiques mécaniques du barreau 5; la solution technologique à retenir pour l'appareil de comptage îO; la position du barreau 5 (perpendiculai- re ou parallèle au plan de la piste 3) sont déterminées en fonction des exigences particulières aux différentes applications. REVENDICATIONS 1. Capteur pour déterminer la position angulaire relative de deux éléments tournant l'un par rapport à l'autre autour d'un même axe, caractérisé en ce qu'il comporte - une piste circulaire (3) portée par l'un des élé ments (1), centrée sur l'axe de rotation (2) et comportant des parties saillantes (4) régulièrement espacées les unes des autres, - un barreau (5) élastiquement déformable dans le sens transversal et porté par l'autre élément (13), une extrémité (6) de ce barreau étant maintenue fixe et son autre extrémité (7) étant libre et dis posée de manière à contacter successivement les dites parties saillantes (4) de la piste circulaire - et des moyens électriques de comp.tage (10) agencés pour détecter toutes les venues en contact succes sives de l'extrémité libre (7) du barreau avec les parties saillantes (4). 2. Capteur selon la revendication 1, caractéri sé en ce que les parties saillantes de la piste circu- laire sont constituées par des indentations. 3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que deux parties saillantes successives sont écartées angulairement l'une de l'-autre de 1 . 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à son extrémité libre le barreau est muni d'un organe de friction (12) constitué en un matériau de dureté élevée. 5. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matéria-u constitut if du barreau présente des propriétés piézoélectriques et en ce que l'entrée des moyens de comptage est connectée audit barreau de manière recevoir la tension d'origine piézoélectrique engendrée par la flexion transversale du barreau. 6.- Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le barreau supporte au moins une jauge de contrainte (11) et en ce que 11 an- trée des moyens de comptage est connectée à ladite jauge de contrainte de manière à recevoir la tension engendrée par cette jauge de contrainte à la suite de la flexion transversale du barreau. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément (1) por tant la piste circulaire (3) est mobile en rotation et en ce que l'éléme-nt (13) portant le barreau (5) est fixe.