Brevet FR2713757A1 — publié le 19950616

L'invention concerne un dispositif de détection destiné à un cylindre équipé d'un piston coulissant, pour la détection de la position du piston, comportant un aimant permanent disposé sur le piston ou sur un élément5 lié au piston, au moins un capteur disposé sur le cylindre, sensible aux champs magnétiques et présentant une direction préférentielle, réagissant à l'approche de 1l'aimant permanent. Un dispositif de détection de ce type, servant & détecter la position d'un piston, est connu, par exemple, par le brevet allemand DE-C-37 08 989. Dans ce document, des dispositifs de détection de ce type sont censés permettre, en particulier, de surveiller si le piston atteint les zones de fin de course. Les dispositifs de15 détection connus permettent, certes, de détecter et d'indiquer le moment o le piston passe à côté du dispositif de détection, mais celui-ci a un comportement passif et n'est pas en mesure de donner des informations sur l'endroit o se trouve le capteur. Pour de nombreuses20 applications, il est cependant souhaitable d'obtenir des informations de ce type, afin de pouvoir constater, par exemple, si le piston se trouve dans l'une ou l'autre zone de fin de course. En conséquence, la présente invention a pour but de proposer un dispositif de détection du type évoqué ci- dessus, pouvant non seulement détecter le fait que le piston a atteint la position du capteur, mais également permettre de savoir si le piston se trouve d'un côté ou de l'autre du dispositif de détection. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que l'aimant permanent et le capteur, au nombre minimum d'un, sont orientés de telle sorte que le champ magnétique de l'aimant permanent, lors du passage relatif en des points se suivant dans l'espace de façon sensiblement parallèle à la direction préférentielle du capteur, agit sur celui-ci de façon opposée et déclenche ainsi deux réactions différentes du capteur, des moyens étant prévus pour la mémorisation de ces réactions du capteur. Chaque fois que le piston et/ou l'aimant permanent passe à côté du dispositif de détection, deux réactions différentes du capteur sont donc déclenchées, par exemple des signaux de capteur, le dernier étant mémorisé dans chaque cas, de telle sorte que les moyens de mémorisation ont un contenu différent selon que le piston se trouve & gauche ou à droite du capteur. Les possibilités10 d'utilisation du dispositif de détection sont donc considérablement élargies par des dispositions simples et de réalisation économique, la fonction d'origine de détection de position lors du passage & côté du dispositif de détection restant conservée sans modification. Un15 dispositif de détection de ce type peut donc remplacer, dans certains cas, deux dispositifs de détection ou une logique de reconnaissance compliquée. Afin d'obtenir que le champ magnétique de l'aimant permanent, lors du passage à côté du dispositif de détection, agisse deux fois sur celui-ci, dans des sens opposés, afin de déclencher les deux réactions de capteur différentes, l'axe nord-sud de l'aimant permanent est orienté radialement et la direction préférentielle du capteur est orientée parallèlement au sens de coulissement du piston, ou l'axe nord-sud de l'aimant permanent est orienté parallèlement au sens de coulissement du piston et la direction préférentielle du capteur est orientée radialement. Une solution avantageuse pour la mémorisation électrique des réactions de capteur est constituée par le fait que le capteur possède un élément électrique sensible aux champs magnétiques produisant des signaux électriques différents en tant que réactions de capteur, une mémoire de signal électrique étant montée en aval de cet élément sensible aux champs magnétiques. Cette mémoire de signal électrique est avantageusement conformée en comparateur ou en basculeur bistable, par exemple en trigger de Schmitt. En particulier dans le cas d'un comparateur présentant une hystérésis, comme un trigger de Schmitt, on obtient une commutation particulièrement fiable, car il y a connexion5 lorsqu'un seuil supérieur positif est dépassé et déconnexion lorsqu'on passe en-dessous d'un seuil inférieur négatif. Les deux états de signaux, en tant que réactions de capteur, restent mémorisés. Il est ainsi possible de fabriquer le dispositif de détection selon10 l'invention de façon simple et économique, à partir de deux composants ordinaires. Afin d'empêcher que, lorsqu'on rebranche le dispositif, il y ait présence d'un signal de capteur accidentel, une tension de service est appliquée en15 permanence à la mémoire de signaux, ou un étage de signaux d'erreur est prévu et produit, une fois la tension d'alimentation branchée, un signal d'erreur jusqu'à ce que le capteur réagisse pour la première fois. Ce signal d'erreur indique que le signal de capteur mémorisé ne doit pas être encore correct. Selon une autre possibilité avantageuse de mémorisation magnétique des réactions de capteur, le capteur, en tant que mémoire de signal, possède un élément magnétisable et dont l'aimantation peut être inversée, agissant conjointement avec un élément électrique sensible aux champs magnétiques et produisant différents signaux électriques en tant que réactions de capteur. Les moyens de restitution des différents signaux électriques peuvent être des moyens optiques, acoustiques ou électriques. L'élement électrique sensible aux champs magnétiques peut être conformé en élément & effet Hall, en magnétorésistance ou en bobine d'induction. Enfin, il existe encore une autre possibilité avantageuse de mémoriser de façon mécanique les réactions de capteur. Selon celle-ci, le capteur, en tant que mémoire de signal, présente un élément mobile magnétique ou magnétisable, dont la position peut être modifiée par 1l'aimant permanent. De préférence, l'élément est monté pivotant autour d'un axe, des moyens étant prévus pour son maintien dans les deux positions de fin de course de pivotement et 1l'aimant permanent surmontant, & son passage, l'action de ces moyens. A partir de chaque position de fin de course de pivotement ou, globalement, & partir de la position de cet élément mobile, on peut10 ensuite lire de quel côté du dispositif de détection le piston se trouve. Des exemples d'exécution de l'invention sont représentés sur le dessin et sont décrits plus en détail dans la description ci-après.15 La figure 1 représente, de façon schématique, un ensemble piston/cylindre avec deux possibilités de montage de l'aimant permanent disposé sur le piston et du capteur disposé sur le cylindre, la figure 2 représente une courbe de signal représentant20 la variation de champ dans le capteur lors du passage de l'aimant permanent, la figure 3 représente un premier exemple d'exécution de mémorisation électrique de signal, la figure 4 représente un deuxième exemple d'exécution de mémorisation magnétique de signal, la figure 5 représente un troisième exemple d'exécution de mémorisation mécanique de signal. Selon la figure 1, un piston 11 relié à une tige de piston 10 est monté coulissant à l'intérieur d'un cylindre 12. Dans le piston 11, dans la partie supérieure de la figure 1, un aimant permanent 13 est disposé de telle sorte que son axe nord-sud est orienté de façon radiale. On obtient ainsi le champ magnétique 14 agissant dans l'espace extérieur. Pour la détection de position du piston 11, un capteur 15 est monté sur la surface extérieure du cylindre 12, et sa direction préférentielle, indiquée par une double flèche, s'étend parallèlement au sens de coulissement du piston 11 et, donc, dans le sens axial. En principe, ce capteur 15 peut être encastré dans la paroi du cylindre 12. Comme on le distingue à la figure 1, lorsque le piston 11 et/ou l'aimant permanent 13 passe & côté du capteur 15, au cours d'un déplacement vers la droite, le capteur 15 est tout d'abord traversé par un champ magnétique qui est orienté vers la droite et ensuite par10 un champ magnétique opposé, c'est-à-dire orienté vers la gauche. Les lignes de force du champ traversant le capteur , en différents points du piston 11 se succédant dans l'espace, s'étendent dans ce cas chacune parallèlement & la direction préférentielle de ce capteur 15.15 Dans la partie inférieure de la figure 1 est représentée une autre disposition. Un aimant permanent 13a est monté dans le piston 11 de telle sorte que son axe nord-sud soit parallèle au sens de coulissement du piston 11, c'est-à-dire s'étende de façon axiale. On obtient ainsi un champ magnétique 14a. Un capteur 15a est disposé à l'extérieur du cylindre 12, avec une direction préférentielle orientée radialement. Lors du passage du piston 11 et/ou de l'aimant permanent 13a au cours d'un coulissement vers la droite, le capteur 15a est donc tout d'abord traversé par des lignes de force du champ magnétique s'étendant radialement vers l'intérieur et, ensuite, par des lignes de force du champ magnétique de l'aimant permanent 13a s'étendant radialement vers l'extérieur. La figure 2 représente la variation de champ H dans le capteur 15 et/ou 15a lors du passage de l'aimant permanent 13 et/ou 13a. Lors de l'approche, le champ magnétique s'élève tout d'abord jusqu'à une valeur maximum, qui est atteinte lorsque les lignes de force, s'étendant parallèlement à la direction préférentielle du capteur, atteignent leur intensité de champ la plus importante. Ensuite, l'intensité de champ chute brusquement, jusqu'à ce que les lignes de force orientées de façon inverse atteignent, peu après, une valeur maximum orientée de façon opposée, qui est représentée à la figure5 2 sous forme de valeur minimum. Ensuite, le champ magnétique baisse au fur et à mesure que l'aimant permanent s'éloigne du capteur, et se rapproche de la valeur zéro. La figure 3 représente un premier exemple d'exécution d'un capteur 16 de ce type avec une mémorisation électrique de signal et un dispositif indicateur. Ce capteur 16 peut être employé à la place du capteur 15 et/ou du capteur 15a, avec une orientation appropriée de la direction préférentielle.15 Le capteur 16 est constitué d'un élément 17 à effet Hall, dont le signal est acheminé vers un trigger de Schmitt 18. Les deux sorties complémentaires du trigger de Schmitt 18 sont reliées à des témoins lumineux 19, 20. En outre, ces deux sorties sont reliées, par l'intermédiaire d'une porte OU 21, à un étage de commutation bistable 22, dont la deuxième entrée est sollicitée par un signal de commutation S lors de la commutation de la tension d'alimentation. Une sortie de l'étage de commutation bistable 22 est reliée à un indicateur de détection d'erreur 23. Lors du passage de l'aimant permanent 13, un signal électrique est produit dans l'élément 17 & effet Hall, signal qui est sensiblement proportionnel à l'intensité de champ magnétique qui sollicite à chaque fois l'élément à effet Hall. Le signal électrique, lors du passage de l'aimant permanent 13, présente donc une variation correspondant sensiblement à celle de la courbe représentée à la figure 2. Le trigger de Schmitt 18 possède un seuil de commutation supérieur Sp positif et un seuil de commutation inférieur Sn négatif. Dans la position du piston 11 représentée à la figure 1, le signal de sortie du trigger de Schmitt 18 pour la commande du témoin lumineux 19 est tout d'abord conformé en signal "1"l, de telle sorte que le témoin lumineux 19 est allumé et que le témoin lumineux 20 n'est pas commuté. Au point X1, on passe en-dessous du seuil de commutation inférieur Sn, de telle sorte que le trigger de Schmitt commute, c'est-&-dire que le témoin lumineux 19 est éteint et que le témoin lumineux 20 est commuté. Le fait que le témoin lumineux 20 soit allumé indique que le piston se trouve10 alors à droite du capteur, si l'on regarde la figure 1. Lorsque le piston effectue une course de retour dans le sens inverse, le trigger de Schmitt est & nouveau commuté, lorsque le seuil de commutation supérieur Sp est dépassé. Cela signifie qu'il y a toujours un des deux témoins15 lumineux 19, 20 qui est allumé et qui indique ainsi de quel côté du capteur le piston se trouve. En outre, le passage du piston 11 au niveau du capteur est indiqué par l'instant de commutation. Au lieu du dispositif indicateur au moyen de deux témoins lumineux 19, 20, donné à titre de simple exemple, une indication peut naturellement être également donnée de façon analogue par un instrument d'affichage, un calculateur, une imprimante ou similaire. Lors du branchement de la tension de service, le trigger de Schmitt 18 se trouve soit dans un état aléatoire, soit dans un état défini, qui ne donne cependant pas d'indication sur la position du piston 11. Pour déceler cet état, lors du branchement de la tension de service, l'étage de commutation bistable 22 est actionné par le signal S, de telle sorte que l'indicateur de détection d'erreur 23 s'allume. Ce n'est que lorsque le trigger de Schmitt 18 commute pour la première fois & cause du passage de l'aimant permanent 13 que l'étage de commutation bistable 22 est remis à l'état initial par la porte OU 21, de telle sorte que l'indicateur de détection d'erreur 23 s'éteint. Ce n'est qu'une fois que l'indicateur de détection d'erreur 23 s'est éteint que la position du piston 11 est restituée de façon correcte, par l'intermédiaire des témoins lumineux 19, 20. A la place de l'élément 17 à effet Hall, il est naturellement possible, en principe, d'utiliser un autre élément sensible aux champs magnétiques, par exemple une magnétorésistance ou une bobine d'induction. En outre, un autre comparateur avec ou sans hystérésis, ou un basculeur bistable, peuvent être utilisés à la place du trigger de10 Schmitt 18. Dans le cas du deuxième exemple d'exécution représenté à la figure 4, un noyau magnétique doux 24 est prévu pour la mémorisation de position et, lors du passage de l'aimant permanent 13 et/ou 13a, est magnétisé ou voit son aimantation inversée. L'état de magnétisation de ce noyau magnétique doux 24 est capté par un élément 25 à effet Hall ou par un autre élément sensible aux champs magnétiques. Le signal de sortie de ce dernier est acheminé vers un dispositif de traitement et d'affichage 26 qui indique, en fonction de l'état de magnétisation capté, les deux positions du piston & droite et à gauche du capteur. Etant donné que l'état de magnétisation à l'intérieur du noyau magnétique doux 24 est conservé, on dispose immédiatement d'une indication correcte de la position, lors du branchement de la tension d'alimentation. Dans le cas du troisième exemple d'exécution représenté à la figure 5, un barreau aimanté 27 est monté pivotant sur une articulation 28. Dans les deux positions terminales de pivotement, le barreau aimanté 27 se trouve chaque fois en contact électrique avec l'une des deux butées de fin de course 29, 30. Ces butées de fin de course 29, 30 sont respectivement reliées aux témoins lumineux 19, 20, dont la deuxième borne est reliée électriquement, par l'intermédiaire d'une source de tension 31, avec l'articulation 28. Un ressort non représenté maintient le barreau aimanté 27 de façon élastique sur l'une des deux butées de fin de course 29, , la force élastique étant calculée de telle sorte qu'elle soit surmontée lors du passage de l'aimant permanent 13 et/ou 13a. Si le dispositif de la figure 5 adopte la position du capteur li5a de la figure 1, lors du passage du piston 11 et/ou de l'aimant permanent 13a, le barreau aimanté 27 est tout d'abord poussé vers la butée de fin de course 29 et ensuite vers la butée de fin de course 30. C'est là qu'il conserve sa position. Lors de la course de retour et du passage du piston 11, le barreau aimanté est & nouveau amené vers la butée de fin de course 29. Si le barreau aimanté 27 se trouve au niveau de la butée de fin de15 course 30, ce qui est visible du fait que le témoin lumineux 20 est allumé, le piston 11 selon la figure 1 se trouve & droite du capteur 15a, et lorsque le barreau aimanté 27 se trouve au niveau de la butée de fin de course 29, de telle sorte que le témoin lumineux 19 soit allumé, c'est que le piston 11 se trouve alors à gauche du capteur 15a. A la place du barreau aimanté 27 pivotant, un autre aimant permanent peut également être prévu pour pouvoir être déplacé dans différentes positions lors du passage du piston 11, par exemple un aimant permanent pouvant coulisser, à la manière d'un piston, de façon parallèle ou perpendiculaire au sens de déplacement du piston. La détection de la position de l'aimant permanent et/ou du barreau aimanté 27 peut également être réalisée30 de différentes manières, comme ceci a déjà été expliqué en liaison avec la figure 3. A la place de l'aimant permanent 13a, on peut naturellement employer également deux aimants permanents disposés l'un à côté de l'autre et orientés radialement, et présentant des pôles magnétiques différents tournés radialement vers l'extérieur. Revendications 1. Dispositif de détection destiné à un cylindre (12) équipé d'un piston coulissant (11), pour la détection de la position du piston, comportant un aimant permanent disposé sur le piston ou sur un élément lié au piston, au moins un capteur disposé sur le cylindre, sensible aux champs magnétiques et présentant une direction préférentielle, réagissant à l'approche de l'aimant permanent, caractérisé en ce que l'aimant permanent (13,10 13a) et le capteur (15, 15a; 16; 24, 25; 27-30), au nombre minimum d'un, sont orientés de telle sorte que le champ magnétique (14, 14a) de l'aimant permanent (13, 13a), lors du passage relatif en des points se suivant dans l'espace de façon sensiblement parallèle à la direction préférentielle du capteur (15, 15a; 16; 24, 25 27-30), agit sur celui-ci de façon opposée et déclenche ainsi deux réactions différentes du capteur, des moyens étant prévus pour la mémorisation de ces réactions du capteur. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe nord-sud de l'aimant permanent (13) est orienté radialement et la direction préférentielle du capteur (15) est orientée parallèlement au sens de coulissement du piston (11). 3. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe nord-sud de l'aimant permanent (13a) est orienté parallèlement au sens de coulissement du piston (11) et la direction préférentielle du capteur (15a) est orientée radialement. 4. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur (16) possède un élément électrique (17) sensible aux champs magnétiques produisant des signaux électriques différents sous forme de réactions de capteur, une mémoire de signal électrique (18) étant montée en aval de cet élément. 5. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mémoire de signal électrique (18) est conformée en comparateur ou en basculeur bistable. 6. Dispositif de détection selon la revendication , caractérisé en ce que la mémoire de signal électrique (18) est conformée en trigger de Schmitt. 7. Dispositif de détection selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'une tension de service est appliquée en permanence à la mémoire de signal électrique (18). 8. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'un étage de signaux d'erreur (22) est prévu et produit, une fois la15 tension d'alimentation branchée, un signal d'erreur jusqu'à ce que le capteur (16) réagisse pour la première fois. 9. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur, en tant que mémoire de signal, possède un élément (24) magnétisable et dont l'aimantation peut être inversée, agissant conjointement avec un élément électrique (25) sensible aux champs magnétiques et produisant différents signaux électriques en tant que réactions de capteur. 10. Dispositif de détection selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément (24) magnétisable et dont l'aimantation peut être inversée est conformé en noyau magnérique doux. 11. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que des moyens (19, 20) sont prévus pour la restitution des différents signaux électriques. 12. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que l'élément électrique (17; 35) sensible aux champs magnétiques est conformé en élément à effet Hall, en magnétorésistance ou en bobine d'induction. 13. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur, en tant que mémoire de signal, présente un élément mobile magnétique ou magnétisable (27), dont la position peut être modifiée par l'aimant permanent (13, 13a). 14. Dispositif de détection selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'élément (27) est monté pivotant autour d'un axe (28), des moyens étant prévus pour son maintien dans les deux positions de fin de course de pivotement et l'aimant permanent (13, 13a) surmontant, son passage, l'action de ces moyens.