Brevet FR2618547A1 — publié le 19890127

Dispositif pour générer des signaux à partir d'un aimant présentant au moins une surface à polarité al- ternée ". L'invention concerne un dispositif pour gé- nérer des signaux à l'aide d'un aimant qui comporte au moins une polarité alternée au niveau de la surface et un concentrateur de champ magnétique, avec un mouve- ment relatif entre l'aimant et l'élément magnétosensi- ble ainsi que par rapport au concentrateur de champ magnétique. * La polarité alternée englobe tous les pro- fils de champ magnétique dans lesquels on a des zones dont l'intensité du champ magnétique a des valeurs su- périeures au seuil de commutation et alternant avec des zones de champ magnétique dont l'intensité est in- férieure au seuil de commutation. Ce dispositif s'ap- plique partout o il faut générer des signaux de com- mande à l'aide d'un aimant et d'un capteur indépendam- ment des tolérances de fabrication ou d'exécution ou encore de variations de distance d'origine fonction- nelle ou encore pour commander l'allumage de moteurs à combustion interne. L'invention s'applique également à des commutateurs de position, de type quelconque. Il est connu de former des signaux de com- mande électriques en utilisant le mouvement d'un cir- cuit magnétique de polarité alternée par rapport à un capteur (DE 2 704 269). Dans ce cas, les capteurs pré- sentent des ondes de commutation qui doivent être dé- passées pour l'émission de signaux et qui par suite des tolérances de fabrication ont des positions dépen- dant du produit en tant que tel et de sa réalisation, entraînant des commandes erronées. Il est en outre connu que le profil de l'in- tensité d'un champ magnétique dépend fortement de la géométrie des pièces magnétoconductrices placées dans le champ magnétique. C'est pourquoi, les capteurs de position, connus, à effet magnétique, prévoient des moyens particuliers pour conserver cette géométrie. C'est ainsi que l'on connaît par exemple selon DE 2 038 037 le montage flottant d'un stator avec un cap- teur sur un rotor. La présente invention a pour but de réduire les moyens mis en oeuvre pour la fabrication d'un dis- positif générateur de signaux et d'améliorer la préci- sion de l'association entre la position des signaux et le mouvement relatif entre le capteur et l'aimant. Ainsi, l'invention a pour but de créer un dispositif générant des signaux en particulier des si- gnaux de commande indépendants de la forme d'un pro- duit et des influences de réalisation sur l'émission des signaux en éliminant les erreurs résultant de la géométrie des parties magnétiques. L'invention a no- tamment pour but de corriger les tolérances des posi- tions des ondes de commutation de capteurs magnétiques et de permettre une indépendance géométrique et chro- nologique de la position des signaux vis-à-vis de va- riations non voulues entre les capteurs et les surfa- ces polaires. A cet effet, l'invention concerne un dispo- sitif du type ci-dessus caractérisé en ce que le con- centrateur de champ magnétique présente deux extrémi- tés et est monté basculant autour d'un axe essentiel- lement perpendiculaire à la surface à polarité alter- née (surfaces polaires), et en ce que l'élément magné- tosensible se trouve sur cet axe au voisinage des ex- trémités du concentrateur de champ magnétique tournées vers l'axe. Suivant la forme du concentrateur de champ magnétique, cette extrémité entoure une partie de l'axe ou se trouve à son voisinage immédiat. Selon l'invention, on crée de manière intentionnelle une asymétrie dans l'induction magnétique, asymétrie qui se règle en basculant le concentrateur de champ magné- tique et qui s'utilise pour la correction du signal. La surface polaire peut faire partie d'un dispositif d'aimant en forme de barreau ou de forme circulaire et dont les pôles alternent suivant une succession pério- dique. L'élément magnétosensible peut être un capteur à effet Hall qui, à côté de l'élément sensible c'est- à-dire le capteur proprement dit, comporte un disposi- tif de déclenchement commandé par l'un des deux seuils de commutation. Le concentrateur de champ magnétique peut être réalisé en forme de barreau dont les deux extrémités sont plus ou moins pointues. L'élément ma- gnétosensible est asymétrique en avant d'une extrémi- té, en étant décalé vers l'aimant, de sorte qu'il se trouve dans la zone de la plus grande intensité de champ. Une réalisation avantageuse du concentrateur de champ magnétique est une forme de U constituée par une piece cintrée ou matricée dont les deux extrémités sont tournées vers l'aimant et comportant un capteur à effet Hall entre une extrémité et l'aimant. L'invention permet de réaliser un système mécaniquement découplé et un capteur de champ magnéti- que déclenché de manière indépendante. Exemple de réalisation: La présente invention sera décrite ci-après à l'aide des dessins schématiques dans lesquels: - la figure 1 est un détail d'un barreau aimanté en vue de face. - la figure 2 est un diagramme d'induction. - la figure 3 représente un anneau magnétique. La figure 1 montre un barreau magnétique 1 à polarité alternée S-N-S au voisinage duquel est placé un concentrateur de champ magnétique 2 qui concentre les lignes de champ 3 d'une manière indiquée et cons- titue lui-même un pôle S. Au voisinage d'une extrémité du concentrateur de champ magnétique 2, dans la zone de la concentration maximale des lignes de champ, on a placé un élément magnéto-sensible 4 dont le point sen- sible est sur l'axe 5; le concentrateur de champ ma- gnétique 2 peut pivoter autour de cet axe 5 sur au moins 180. L'élément magnéto-sensible 4 doit être imaginé comme étant concentré au point sensible. Le barreau magnétique 1 est mobile dans la direction in- diquée par la flèche 6. Grâce à cette disposition du concentrateur de champ magnétique 2 et de l'élément magnéto-sensible 4, on a une asymétrie qui se répercu- te dans la forme de la courbe d'induction (figure 2) au passage d'une polarité à l'autre. La figure 2 représente l'induction magnéti- que B par rapport à la course de déplacement D du bar- reau magnétique 1; on examinera tout d'abord les courbes tracées en trait plein 7a, 7b, 7c et qui se produisent lorsqu'on déplace le barreau magnétique 1 (figure 1) en direction de la flèche 6 dans le cas de deux alternances consécutives de polarité pour trois intervalles différents a, b, c, entre d'une part le barreau magnétique 1 et d'autre part le concentrateur de champ magnétique 2 et l'élément 4. Plus les inter- vales a, b, c, sont grands et plus plates sont les courbes 7a, 7b, 7c. Les caractéristiques de ces cour- bes sont celles qui se trouvent au niveau des bosses 7a2, 7b2, 7c2 à la suite des flancs avant 7al, 7bl, 7cl et ont des dos aplatis par rapport à l'axe S 7a4, 7b4, 7c4 qui font suite jusqu'aux flancs arrière 7a3, 7b3, 7c3. Toutes les courbes 7a, 7b, 7c se coupent en un point 71 ou 72 qui est au-dessus de l'axe G pour les flancs avant 7al, 7bl, 7cl et en- dessous de l'axe G pour les flancs arrière 7a3, 7b3, 7c3. Si l'on fait basculer le concentrateur de champ magnétique 2 (figure 1) autour de l'axe 5 dans la position 21 représentée en traits interrompus, on obtient pour des conditions restant par ailleurs iden- tiques, les courbes d'induction 8a, 8b, 8c également représentées par les traits interrompus et qui commen- cent dans la même zone avec des flancs avant réduits 8al, 8bl, 8cl suivis par des dos aplatis 8a4, 8b4, 8c4 inclinés vers l'axe D avec des bosses 8a2, 8b2, 8c2 directement en amont des flancs arrière prolongés 8a3, 8b3, 8c3. Toutes les courbes d'induction 8a, 8b, 8c se coupent en deux points 81, 82; de ces deux points, le point d'intersection 81 se trouve endessus de l'axe D pour les flancs avant 8al, 8bl, 8cl et le point d'in- tersection 8b2 est au-dessus de l'axe D pour les flancs arrière 8a3, 8b3, 8c3. Lorsqu'on bascule le concentrateur de champ magnétique 2 (figure 1) dans une position non repré- sentée, parallèle aux plans de joint 9 entre les pôles NS du barreau magnétique 1, qui à la figure 1 appa- raissent perpendiculaires au plan du dessin, on ob- tiendrait en fonction des distances a, b, c dans le diagramme d'induction selon la figure 2, un faisceau de courbes dont les dos plats seraient parallèles à l'axe D et qui n'auraient plus de bosses.. Les points d'intersection correspondant de ce faisceau de cour- bes se situeraient sur l'axe D. Pour toutes les autres positions de basculement intermédiaire entre 0 et 180' du concentrateur de champ magnétique par rapport à sa position de sortie 2 de la figure 1, on obtiendrait des courbes des faisceaux de courbes avec des bosses qui se situeraient jusqu'à un basculement de 90' au voisinage du flanc avant et pour un basculement com- pris entre 90 et 180' au voisinage du flanc arrière de la courbe d'induction. Les points d'intersection des différents faisceaux de courbes se déplacent alors sur les droites 10, 11l définies par les points d'intersec- tion 71 et 81 ou 72 et 82 (figure 2) et entre les points d'intersection des faisceaux de courbes 7a, 7b, 7c ou 8a, 8b, 8C représentés à la figure 2. La description relative aux figures 1 et 2 montre que la position des points d'intersection 71, 72; 81, 82 de chacun des faisceaux de' courbes 7, 8 ne dépend pas de la distance a, b, c entre le concentra- teur de champ magnétique 2 et le barreau aimanté 1 mais seulement de son basculement par rapport au plan de jonction 9. Il est ainsi possible par un bascule- ment relatif du concentrateur de champ magnétique 2 par rapport au barreau aimanté 1, à des fins d'ajusta- ge, de modifier de manière reproductible la position des points d'intersection 71, 72; 81, 82. A titre d'exemple, les points d'intersection d'un faisceau de courbes constituant en même temps les points d'inver- sion de ces courbes peuvent être modifiés de façon que de préférence le point d'intersection en amont de la bosse corresponde à la valeur respective de l'induc- tion (valeur de seuil) nécessaire pour que l'élément magnétosensible fournisse un signal dans tous les cas. De cette manière, les variations d'écartement ne se répercutent plus dans de très larges limites sur l'é- mission du signal. Le concentrateur de champ magnétique 2 peut être un barreau ferromagnétique ou une pièce de tôle matricée qui possède une extrémité étroite au voisina- ge de l'élément magnétosensible 2 et une extrémité large à l'opposé. La figure 3 montre un anneau magnétique 12 avec un pôle nord N et un pôle sud S séparés l'un de l'autre par les plans de joint 13. L'anneau magnétique 12 est monté à rotation autour de son axe 15 dans la direction de la flèche 14. A une distance a de la sur- face de la pièce polaire 16 de l'anneau magnétique 12 se trouve un étrier 17 de manière que les extrémités de l'étrier 18, 19 soient tournées vers la surface po- laire 16. Entre les extrémités d'étrier 18 et l'anneau magnétique 12, on a un capteur à effet Hall 20, de sorte que la surface du capteur à effet Hall 20 tour- née vers l'anneau magnétique 12 et l'extrémité 19 de l'étrier se trouvent principalement dans un plan pa- rallèle à la surface de la partie polaire 16. L'étrier 17 peut basculer autour d'un axe 21 perpendiculaire à la surface de la pièce polaire 16, parallèle à l'axe et correspondant au point sensible du capteur à ef- fet Hall 20. En tournant l'étrier 17 autour de l'axe 21, il est possible, selon les indications des figures 1 et 2, de rendre imperceptibles les tolérances de ré- alisation ou celles dépendant du produit au niveau du seuil de commutation du capteur à effet Hall 20 et risquant de provoquer des signaux erronés. Pour la mise en oeuvre de l'invention, le nombre d'alternances de pâles sur le barreau magnéti- que ou l'anneau magnétique 12 et ainsi le nombre de surfaces ou plans de jonction 9, 13 qui passent de ma- nière périodique ou non périodique l'extrémité 19 du concentrateur de champ magnétique 2, 17 en regard de l'élément magnétosensible 4, 20 sont sans importance. Il est également possible de réaliser l'aimant comme ruban aimanté ou comme cylindre et dont la surface- enveloppe présente une polarité alternée. Dans ce cas, l'élément magnétosensible et le concentrateur de champ magnétique doivent être situés dans un plan tangent à l'enveloppe du cylindre. Liste des références numériques 1. barreau magnétique 2 concentrateur de champ ma- gnétique 3 ligne de champ 4 élément magnétosensible ; 15; 21 axe 6; 14 flèche 7a; 7b; 7c courbe 8a; 8b; 8c courbe d'induction 7al; 7bl; 7cl; 8al; 8bl; 8cl flanc avant 7a2; 7b2; 7c2; 8a2; 8b2; 8c2 bosse 7a3; 7b3; 7c3; 8a3; 8b3; 8c3; flanc arrière 7a4; 7b4; 7c4; 8a4; 8b4; 8c4; dos plat 9; 13 surface de séparation; plan de joint ; 11 droite 12 anneau magnétique 16 surface de polarité 17 étrier 18; 19 extrémité de l'étrier - capteur à effet Hall 71; 72; 81; 82 point d'intersection a distance B induction D course N; S pôles REVENDICATIONS ) Dispositif pour générer des signaux à l'aide d'un aimant qui comporte au moins une polarité alternée au niveau d'une surface, avec un élément ma- gnétosensible voisin de la surface et un concentrateur de champ magnétique, avec un mouvement relatif entre l'aimant et l'élément magnétosensible ainsi que par rapport au concentrateur de champ magnétique, disposi- tif caractérisé en ce que le concentrateur de champ magnétique (2) comporte deux extrémités et est monté mobile autour d'un axe (5, 21) principalement perpen- diculaire à la surface des pôles et en ce que l'élé- ment magnétosensible (4, 20) se trouve sur cet axe au voisinage de celles des extrémités du concentrateur de champ magnétique (2) qui est tourné vers l'axe. ) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'élément magnétosensible (4) se trouve à l'extrémité tournée vers la zone de plus grande intensité de champ du concentrateur de champ magnétique (2). 3 ) Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que l'aimant (16) est en forme d'an- neau. 4') Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que l'élément magnétosensible (4) est un capteur à effet Hall, à déclenchement. ) Dispositif selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que le concentrateur de champ magnéti- que (2) est une pièce matricée dont les extrémités ont des sections de dimensions différentes et en ce que la plus petite section se trouve au voisinage de l'élé- ment magnétosensible (20). 6 ) Dispositif selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que le concentrateur de champ magnéti- que (2) est formé d'un fil. 7) Dispositif selon les revendications 5 et caractérisé en ce que le concentrateur de champ magné- tique (17) est recourbé en forme de U et présente des branches de longueurs différentes qui sont tournées vers la surface des pôles.