Brevet FR2597970A1 — publié le 19871030

"CAPTEUR A POTENTIOMETRE ROTATIF POUR LE REPERAGE DE LA POSITION OU DU DEPLACEMENT ANGULAIRE D'UN ARBRE TOURNANT" La présente invention est relative aux capteurs à potentiomètre rotatif destinés à repérer la position ou le déplacement angulaire d'un arbre tournant. On utilise fréquemment dans les dispositifs et appareils industriels, en particulier dans les automobiles, de tels capteurs afin de déterminer la position ou le déplacement d'un arbre tournant, notamment afin de recopier cette position ou ce déplacement à distance. La précision des indications fournies par un capteur potentiométrique sur la position ou le déplacement angulaire d'un arbre tournant est généralement limitée par l'erreur de concentricité entre cet arbre et le capteur. En effet, entre la partie tournante ou rotor du capteur et 20 l'arbre dont on veut connaitre la position ou le déplacement, on doit prévoir un joint homocinétique, ce qui a pour inconvénient d'exiger de la place, de compliquer le montage entre l'arbre et le capteur et d'exposer aux poussières et aux projections diverses ce joint, notamment 25 dans le cas o le capteur potentiométrique est disposé sous le capot d'une d'automobile, d'o une usure prématurée; on a bien pensé à protéger le joint, mais ceci exige des pièces supplémentaires qui augmentent le coût et l'encombrement. L'invention vise à pallier les inconvénients précités en disposant le joint entre l'arbre, dont on veut connaître la position ou le déplacement, et la partie tournante du capteur, autour de l'extrémité libre dudit arbre, ce qui réduit l'encombrement, en logeant ladite 35 extrémité de l'arbre et le joint tournant lui-même à l'intérieur du boîtier du capteur, ce qui assure la 15 20 25 30 35 protection du joint sans coût supplémentaire. Le capteur selon l'invention permet, notamment dans son application aux automobiles, d'obtenir une précision angulaire très grande, par exemple inférieure à 1', sans usinage de précision et sans nécessiter des pièces supplémentaires coûteuses. Plus précisément l'invention a pour objet un capteur à potentiomètre rotatif pour le repérage de la position ou du déplacement angulaire d'un arbre tournant, qui comporte, pour la transmission homocinétique de la rotation dudit arbre à la partie tournante ou rotor du capteur, un joint du type Oldham avec, d'une part, trois pièces tournantes, à savoir une première pièce portée et entraînée en rotation par ledit arbre, une deuxième pièce apte à tourner à l'intérieur du capteur dont elle constitue la partie tournante ou rotor et une troisième pièce, dite pièce intermédiaire, disposée entre la première et la deuxième pièces, et, d'autre part, des moyens, prévus sur ces trois pièces, pour assurer l'entraînement en rotation homocinétique de la pièce intermédiaire par la première pièce et de la deuxième pièce par la pièce intermédiaire, tout en permettant un débattement angulaire entre l'axe dudit arbre et l'axe de la partie tournante ou rotor du capteur, capteur caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier de forme générale cylindrique contenant l'extrémité libre dudit arbre tournant et les trois pièces tournantes dudit joint, ce boîtier présentant deux faces latérales dont l'une est complètement fermée par un couvercle solidaire du boîtier et dont l'autre est traversée par un tube circulaire solidaire du boîtier et dont l'alésage interne reçoit, avec un jeu au moins égal & l'erreur de concentricité maximale raisonnablement envisageable, ladite première pièce tournante qui coiffe ladite extrémité libre dudit arbre et dont la surface périphérique est entourée, avec le jeu précité, par ladite deuxième pièce tournante et ladite pièce intermédiaire tournante. Avantageusement: - la première pièce tournante comporte une portion tubulaire qui entoure l'extrémité libre de l'arbre tournant et qui peut tourner à frottement doux à l'intérieur dudit tube circulaire; - la deuxième pièce tournante comporte une portion tubulaire, qui peut tourner à frottement doux autour dudit tube circulaire, et un élément portebalais, dont les balais frottent sur une piste conductrice disposée sur une 10 partie de la surface latérale interne du boîtier; - le couvercle du boîtier porte le connecteur du capteur; - le boitier comporte, du côté de la face latérale qui porte ledit tube circulaire, une collerette circulaire 15 concentrique audit tube et disposée à l'extérieur et à distance de celui-ci, cette collerette servant au centrage du boitier dans un alésage traversé par ledit arbre; - la pièce intermédiaire est une couronne circulaire plate, tandis que lesdites première et deuxième 20 pièces tournantes comportent des couronnes circulaires plates, et les moyens d'entrainement en rotation homocinétique des trois pièces tournantes, avec possibilité de débattement angulaire, sont constituées par quatre encoches radiales prévues sur la périphérie de la pièce intermé25 diaire, a 90 chacune de la précédente dans le sens périphérique, et par deux tétons portés par les couronnes circulaires plates de chacune desdites première et deuxième pièces tournantes sur leur face dirigée vers la pièce intermédiaire, ces deux tétons étant diamétralement opposés 30 et la droite réunissant les centres des deux tétons de la première pièce tournante étant orthogonale à la droite réunissant les centres des deux tétons de la deuxième pièce tournante; - un ressort hélicoïdal de rappel est disposé, à 35 l'intérieur du boîtier, entre la surface interne de la face latérale du boîtier portant ledit tube circulaire et la deuxième pièce tournante pour appliquer cette deuxième pièce contre la pièce intermédiaire, cette pièce intermédiaire contre la première pièce tournante et cette première pièce contre le couvercle du boitier, afin d'assurer la coopération efficace des trois pièces tournantes; - la première pièce tournante porte une protubérance centrale contre sa face qui est dirigée du côté du couvercle du boîtier; - l'extrémité libre de l'arbre tournant comporte 10 une portion plane qui coopère avec une portion plane que comporte à son intérieur la portion tubulaire de la première pièce tournante. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise & l'aide du complément de description qui suit, ain15 si que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La figure 1 est une coupe d'un capteur à potentiomètre rotatif, montrant les dispositions selon l'inven20 tion. Les figures 2, 3 et 4 représentent les trois pièces tournantes du joint de type Oldham que comporte ce capteur, & savoir respectivement ladite deuxième pièce, ladite pièce intermédiaire et ladite première pièce. La figure 5 est une vue éclatée du capteur de la figure 1. Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, auquel il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, de réali30 ser un capteur à potentiomètre rotatif pour le repérage de la position ou du déplacement d'un arbre tournant, on s'y prend comme suit ou d'une manière analogue. Un capteur I selon l'invention, destiné à repérer la position ou le déplacement d'un arbre tournant 2, com35 porte tout d'abord un boîtier 3 de forme générale cylindrique, dont une des faces est fermée par un couvercle 4 qui est soudé, serti ou collé sur le corps 3a du boîtier, ce couvercle 4 portant le connecteur 5 du capteur, et dont l'autre face latérale 6, qui fait partie intégrante du corps 3a du boîtier, porte un tube circulaire ? qui est 5 entouré par une collerette circulaire 8 concentrique au tube 7 et disposée & l'extérieur et à distance de celuici, cette collerette 7 servant au centrage du boîtier 3 dans un alésage 9 qui est traversé par l'arbre 2. Une première pièce tournante 10 est solidaire en 10 rotation de l'arbre 2. Cette pièce tournante 10 comporte une couronne circulaire plate 11 et une bague de centrage tubulaire 12 qui peut tourner, avec un jeu au moins égal à l'erreur de concentricité maximale raisonnablement envisageable, dans le tube circulaire 7. L'entrainement en rota15 tion de la pièce tournante 10 par l'arbre 2 est assuré par exemple en prévoyant à l'intérieur de la bague de centrage 12 une portion plane 13 qui coopère avec une portion plane correspondante 14 ménagée sur l'extrémité libre 2a de l'arbre 2. La pièce tournante 10 constitue le premier élément d'un joint de Oldham qui comporte deux autres pièces tournantes, à savoir une pièce intermédiaire 15 constituée par une couronne circulaire plate et une deuxième pièce tournante 16 qui constitue le rotor ou partie tournante du 25 capteur. La pièce 16 comprend une couronne circulaire plate 17 qui porte, d'une part, une portion tubulaire 18, qui peut tourner à frottement doux autour du tube circulaire 7, et, d'autre part, un élément porte-balais 19 dont les 30 balais 20 frottent sur une piste conductrice 21 disposée sur -une partie 22 de la surface latérale interne du boitier 3. La solidarisation en rotation entre les trois éléments 10, 15 et 16 du joint d'Oldham, tout en permettant 35 un débattement angulaire entre l'axe de l'arbre 2 et l'axe de la partie tournante ou rotor du capteur, est assurée de 25979.70 la manière suivante: - la pièce intermédiaire 15 présente deux encoches 23a et deux encoches 23b disposées à 90' chacune de la précédente, dans le sens périphérique, les deux encoches 5 23a, d'une part, et 23b, d'autre part, étant diamétralement opposées; - la première pièce tournante 10 comporte deux tétons 24, diamétralement opposés, portés par la face de la couronne circulaire 11 de cette pièce 10 qui est di10 rigée du côté de la pièce intermédiaire 15, ces tétons 24 pénétrant dans les encoches 23a de la pièce intermédiaire ; et tons 25, 15 couronne la deuxième pièce tournante 16 comporte deux tédiamétralement opposés, portés par la face de la circulaire plate 17 de cette pièce 16 qui est i: dirigée du côté de la pièce intermédiaire 15, ces tétons pénétrant dans les encoches 23b de cette pièce 15. Un ressort hélicoïdal de rappel 26 est disposé, à l'intérieur du boltier 3,entre la surface interne 27 de la 20 face latérale 6 du boîtier portant le tuyau 7 et la couronne 17 de la deuxième pièce tournante 16 pour assurer le rattrapage du jeu de rotation entre les pièces 2, 10, 15, 16 en exerçant un couple de rappel qui assure, à l'arrêt ou pendant la rotation de l'arbre 2, l'application de la 25 portion plane 14 de l'arbre tournant 2 sur la portion plane interne 13 de la première pièce tournante 10, des tétons 24 sur les encoches 23a de la pièce intermédiaire 15, des encoches 23b sur les tétons 25 de la deuxième 35 pièce tournante 16. Une protubérance centrale 28,portée par la face 29 de la couronne circulaire 11 qui est en regard du couvercle 4,assure le contact,avec possibilité de débattement, entre la couronne circulaire 11 de la première pièce tournante 10 et le couvercle 4 en réduisant le frottement. Le fonctionnement du capteur potentiométrique selon l'invention est le suivant. La rotation de l'arbre 2 entraîne, par les surfaces planes 13 et 14, la rotation de la première pièce tournante 10 dont les tétons 24, en coopérant avec les encoches 23a de la pièce intermédiaire 15, entrainent celle5 ci en rotation, tandis que la coopération des tétons 25 de la deuxième pièce tournante 16 et des encoches 23b assure l'entrainement en rotation de la deuxième pièce tournante 16. De ce fait la rotation de l'arbre 2 entraîne d'une manière homocinétique la rotation de la deuxième pièce 10 tournante 16 et donc du porte-balais 19 dont les balais 20 se déplacent sur la piste conductrice fixe 21 portée par le bottier 3. A la manière connue, la position des balais 20 sur la piste conductrice 21 est traitée dans le connecteur 5 15 du capteur et utilisée comme désiré, notamment pour assurer la recopie à distance de la position ou du déplacement de l'arbre tournant 2. On réalise ainsi un capteur compact, bien à l'abri des poussières et qui permet d'obtenir une précision très 20 grande du repérage de la position ou du déplacement d'un arbre tournant, par exemple une précision inférieure à 1'. 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 et de réalisation qui 25 ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 259797-0 REVENDICATIONS 1. Capteur à potentiomètre rotatif pour le repérage de la position ou du déplacement d'un arbre tournant, qui comporte, pour la transmission homocinétique de la ro5 tation dudit arbre à la partie tournante ou rotor du capteur, un joint du type Oldham avec, d'une part, trois pièces tournantes, à savoir une première pièce (10) portée et entraînée en rotation par ledit arbre (2), une deuxième pièce (16) apte à tourner à l'intérieur du capteur (1) 10 dont elle constitue la partie tournante ou rotor et une troisième pièce, dite pièce intermédiaire (15), disposée entre la première et la deuxième pièces, et, d'autre part, des moyens (23a, 23b, 24, 25) prévus sur ces trois pièces, pour assurer l'entraînement en rotation homocinétique de 15 la pièce intermédiaire par la première pièce et de la deuxième pièce par la pièce intermédiaire, tout en permettant un débattement angulaire entre l'axe dudit arbre et l'axe de la partie tournante ou rotor du capteur, capteur caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (3) de forme 20 générale cylindrique contenant ledit arbre tournant et les trois pièces tournantes du joint, ce boîtier présentant deux faces latérales dont l'une est complètement fermée par un couvercle (4) solidaire du boîtier et dont l'autre (6) est traversée par un tube circulaire (7) solidaire du 25 bottier et dont l'alésage interne reçoit, avec un jeu au moins égal à l'erreur de concentricité maximale raisonnablement envisageable, ladite première pièce tournante qui coiffe l'extrémité libre (2a) dudit arbre et dont la surface périphérique est entourée, avec le jeu précité, par 30 ladite deuxième pièce tournante et ladite pièce intermédiaire tournante. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première pièce tournante (10) comporte une portion tubulaire (12) qui entoure l'extrémité libre (2a) 35 de l'arbre tournant (2) et qui peut tourner, avec le jeu précité, & l'intérieur dudit tube circulaire (7). 3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième pièce tournante (16) comporte une portion tubulaire (17), qui peut tourner à frottement doux autour dudit tube circulaire (7), et un élément por5 te-balais (19), dont les balais (20) frottent sur une piste conductrice (21) disposée sur une partie (22) de la surface latérale interne du boîtier (3). 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle (4) 10 du boîtier (3) porte le connecteur (5) du capteur. 5. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boitier (3) comporte, du côté de la face latérale (6) qui porte ledit tube circulaire (7), une collerette circulaire (8) concen15 trique audit tube et disposée à l'extérieur et à distance de celui-ci, cette collerette servant au centrage du boîtier dans un alésage (8) traversé par ledit arbre (2). 6. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce inter20 médiaire (15) est une couronne circulaire plate, tandis que lesdites première et deuxième pièces tournantes (10; 16) comportent des couronnes circulaires plates (11; 17), et les moyens d'entraînement en rotation homocinétique des trois pièces tournantes, avec possibilité de débattement 25 angulaire, sont constituées par quatre encoches radiales (23a, 23b) prévues sur la périphérie de la pièce intermédiaire, & 90' chacune de la précédente dans le sens périphérique, et par deux tétons (24; 25) portés par les couronnes circulaires plates de chacune desdites première et 30 deuxième pièces tournantes sur leur face dirigée vers la pièce intermédiaire, ces deux tétons étant diamétralement opposés et la droite réunissant les centres des deux tétons de la première pièce tournante étant orthogonale à la droite réunissant les centres des deux tétons de la 35 deuxième pièce tournante. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendica- 15 20 tions précédentes, caractérisé en ce qu'un ressort hélicoldal de rappel (26) est disposé, à l'intérieur du boltier (3), entre la surface interne (27) de la face latérale (6) du boîtier portant ledit tube circulaire (7) et la deuxième pièce tournante (16) pour appliquer cette deuxième pièce contre la pièce intermédiaire (15), cette pièce intermédiaire contre la première pièce tournante (10) et cette première pièce contre le couvercle (3) du boîtier (4), afin d'assurer la coopération efficace des trois pièces tournantes. 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce tournante (10) porte une protubérance centrale (28) contre sa face (29) qui est dirigée du côté du couvercle (4) du boîtier (3). 9. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité libre de l'arbre tournant (2) comporte une portion plane (14) qui coopère avec une portion plane (13) que comporte à son intérieur la portion tubulaire (12) de la première pièce tournante (10).