Brevet FR2748806A1 — publié le 19971121

La présente invention concerne le domaine des capteurs d'angle sans contact. Elle s'applique en particulier à des capteurs d'angle destinés à être installés sur une colonne de direction d'un véhicule automobile. Plus précisément encore la présente invention concerne de préférence les capteurs d'angle à base de capteurs capacitifs. On a déjà proposé de nombreux capteurs d'angle à base de capteurs capacitifs. On pourra trouver des exemples de réalisation de tels capteurs dans les documents US-A-3845377, EP-0459118, DE-3711062, GB-2176013, DE- 3328421, US-4238781, FR-2457003, US-3732553, EP-0551066. La plupart de ces capteurs comprennent un élément de rotor, au moins un élément de stator, des moyens adaptés pour appliquer des signaux électriques à l'un, émetteur, de ces éléments et des moyens adaptés pour détecter les signaux reçus sur l'un, récepteur, de ces éléments, lesquels signaux dépendent de la position angulaire de l'élément de rotor par rapport à l'élément de stator. La présente invention a maintenant pour but de perfectionner les capteurs d'angle connus. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un capteur d'angle, notamment pour colonne de direction d'un véhicule automobile, dans lequel l'élément sensible de stator est placé dans un boitier adapté pour être engagé latéralement sur l'ensemble logeant l'élément de rotor. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'élément sensible de stator comprend au moins une électrode dont l'ouverture angulaire est de l'ordre de 180 . Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'élément sensible de stator comprend deux électrodes parallèles dont l'ouverture angulaire est de l'ordre de 180 , lesquelles électrodes sont adaptées pour recevoir entre elles l'élément de rotor. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels: - la figure 1 représente une vue extérieure en perspective d'un capteur conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une vue extérieure en perspective d'un boitier conforme à la présente invention contenant un élément sensible de stator, - la figure 3 représente une vue en perspective d'un tel élément sensible de stator conforme à la présente invention, - la figure 4 représente une vue partielle éclatée d'un tel élément sensible de stator, - la figure 5 représente une vue en coupe transversale d'un capteur conforme à la présente invention, - la figure 6 représente une vue en perspective similaire à la figure 1 après retrait du boitier contenant l'élément sensible de stator, - la figure 7 représente une vue en plan d'une première électrode de stator conforme à la présente invention, et - la figure 8 représente une vue en plan d'une deuxième électrode de stator conforme à la présente invention. Le capteur conforme à la présente invention illustré sur les figures annexées est adapté pour être assemblé sur une colonne de direction de véhicule automobile. On a illustré sur les figures annexées un tronçon de colonne 10 sur lequel est installé le capteur conforme à la présente invention. Ce capteur comprend un boitier 100 qui loge un élément sensible de stator 200 et un rotor 300 placé dans le tronçon 10 de colonne. Le rotor 300 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Il est de préférence formé d'une pièce électriquement non conductrice, avantageusement en matériau de forte permittivité diélectrique, chassée sur l'arbre de direction. Cependant en variante le rotor peut être formé en matériau électriquement conducteur, par exemple en métal. Selon le mode de réalisation particulier et non limitatif illustré sur les figures annexées, le rotor 300 comprend deux excroissances 310, 312 diamétralement opposées sur un moyeu 302 lié à l'arbre de direction. Chaque excroissance 310, 312 couvre de préférence un angle de l'ordre de . La périphérie extérieure de chaque excroissance 310, 312 est définie par un secteur de cylindre de révolution centré sur l'axe de rotation 0-0 du rotor 300. Le troncon 10 de colonne est constitué d'un cylindre de révolution centré sur le même axe O-O. Ce tronçon cylindrique 10 est par ailleurs muni d'une cage latérale 50. Celle-ci s'étend transversalement à l'axe O-O. La cage 50 débouche à la fois radialement vers l'intérieur dans le tronçon 10, et radialement vers l'extérieur. La cage 50 est adaptée pour recevoir le boitierl00 et l'élément de stator 200 logé dans celui-ci. La cage 50 est constituée de deux parois principales 52, 54 généralement parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe O-O et deux parois secondaires 56, 58 perpendiculaires aux parois principales 52, 54, et parallèles entre elles et à l'axe O-O. On notera que selon le mode de réalisation illustré sur les figures annexées les deux parois secondaires 56 et 58 sont munies chacune sur leur surface extérieure d'une denture 57, 59. Celles-ci sont destinées à recevoir des pattes de clipsage 110, 115 solidaires du boitier 100. D'autres moyens d'assemblage, tels que par vissage peuvent être envisagés. Le boitier 100 comporte un corps creux central 120 généralement parallélépipédique muni des deux pattes 110, 115 précitées. Le corps 120 possède une section droite généralement rectangulaire complémentaire de la section libre interne de la cage 50. Les pattes 110, 150 sont disposées le long des petits côtés du corps 120. Comme on le voit sur les figures annexées les pattes 110, 150 sont munies chacune d'une ouverture 111, 116 complémentaire d'une denture 57, 59. De plus les pattes 110, 150 divergent en rapprochement de leurs extrémités libres, pour faciliter leur engagement sur la cage 50. L'extrémité des parois principales du corps 120 destinée à être engagée dans la cage 50 présente un contour généralement hémicylindrique concave. Sur son extrémité opposée, restant accessible sur l'extérieurde la cage 50, le corps 120 possède de préférence un boitier de connecteur 130. Comme on le voit sur les figures annexées, le corps 120 ainsi que la cage 50 peuvent posséder une section transversale non symétrique par rapport à un plan orthogonal à l'axe O-O. Cette dissymétrie peut être formée par exemple par un bossage longitudinal 122 sur l'une des faces principales du corps 120. Cette dissymétrie forme un moyen de détrompage. L'ensemble sensible de stator 200 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Selon le mode de réalisation préférentiel illustré sur les figures annexées le stator 200 comporte essentiellement deux circuits imprimés 210, 220 parallèles, séparés par une entretoise 230. Comme illustré sur la figure 7 l'un 210 des circuits imprimés est muni d'une électrode 212 sous forme d'un secteur de couronne de l'ordre de 180 . Cette électrode 212 est de préférence entouré par une électrode de garde 214. Le second circuit imprimé 220 comporte une série de secteurs adjacents d'électrodes qui recouvrent en combinaison une surface sensiblement égale à l'électrode 212. Selon le mode de réalisation préférentiel illustré sur la figure 8 le second circuit imprimé 220 comporte quatre secteurs de couronne adjacents 222, 223, 224 et 225 couvrant chacun un angle de l'ordre de 45 . Selon une autre variante, il est prévu 8 secteurs de 22,5 . L'entretoise 230 est de préférence réalisée en alliage électriquement conducteur par exemple, en aluminium ou zamak. Elle est formée d'un cadre 232 composé de deux poutres principales 233, 234 longitudinales et deux poutres transversales 235 et 238. Les poutres principales 233 et 234 sont rectilignes et parallèles entre elles. Elles sont placées entre les bords longitudinaux des circuits imprimés 210 et 220. La poutre transversale 235 est proche du bord transversal des circuits imprimés 210 et 220 extérieur à la cage 50. Cependant de préférence cette poutre transversale 235 est placée en retrait de ce bord transversal des circuits imprimés 210 et 220 comme on le voit sur la figure 4. Par ailleurs la poutre transversale 235 est munie de deux saillies 236, 237, sur sa surface extérieure et au voisinage de ses extrémités. Ces saillies 236 et 237 peuvent servir de butées pour le chassage de l'élément de stator dans le boitier 100. En effet comme on le voit sur les figures 3 et 4 pour immobiliser l'élément de stator 200 dans le boitier 100, de préférence les poutres longitudinales 233 et 234 sont munies sur leur surface extérieure de crans 239 aptes à venir en prise avec la surface interne du boitier 100 lorsque l'élément de stator 200 est introduit dans ce dernier. La poutre transversale 238 est quant à elle disposée à proximité de l'extrémité des circuits imprimés 210 et 220 adjacente au rotor 300. Cette poutre transversale 238 a la forme générale d'un demi cylindre de rayon supérieur au rayon du bord hémicylindrique des circuits imprimés 210 et 220. Les électrodes 212 et 222, 223, 224, 225 de forme générale hémicylindrique sont placées entre ce bord hémicylindrique des circuits imprimés 210, 220 et cette poutre transversale 238 hémicylindrique. Par ailleurs les rayons respectivement radialement interne et externe de ces électrodes 212 et 222, 223, 224, 225 sont au moins sensiblement égaux respectivement aux rayons respectivement radialement interne et externe des excroissances 310 et 312 du rotor 300. Les composants du circuit électronique assurant le traitement des signaux électriques du capteur peuvent être portés par l'un des circuits imprimés 210 et 220 et logés dans le volume défini entre ceux-ci par l'entretoise 230. Celle-ci assure alors en combinaison avec les circuits imprimés 210 et 220 un blindage à l'égard des parasites extérieurs de nature électrique ou magnétique. Une ou plusieurs poutres supplémentaires peuvent être rajoutées pour séparer en zones distinctes les lieux d'emplacement des composants, faisant office de cage de Faraday supplémentaire pour isoler les éléments très sensibles des composants perturbateurs. Les bornes d'entrée/sortie de ce circuit, accessibles au niveau du boitier de connecteur 130 sont de préférence placées entre les butées 236 et 237 de l'entretoise 230, comme on le voit sur la figure 4. Les circuits imprimés 210 et 220 pourront être assemblés sur l'entretoise 230 par tout moyen approprié, par exemple par rivetage. De préférence le boitier 100 et la cage 50 sont réalisés par moulage en matière élastique. Pour assembler le capteur conforme à la présente invention, il suffit de chasser l'ensemble formant élément de stator composé des deux circuits imprimés 210, 220 et de l'entretoise 230 à l'intérieur du boitier 100 (l'immobilisation de l'élément de stator 200 à l'intérieur du boitier 100 est assurée par les crans 239), puis d'engager le corps 120 à l'intérieur de la cage 50 jusqu'à ce que les ouvertures 111, 116 des pattes 110 et 115 reçoivent les dents 57 et 59. Le rotor 300 est alors placé entre les deux circuits imprimés 210 et 220 de sorte qu'il modifie, selon sa position angulaire, le couplage entre les électrodes 212 et 222, 223, 224, 225. De préférence un joint d'étanchéité est intercalé entre le contour d'ouverture de la cage 50 et le boitier 100. Les signaux appliqués à l'élément de stator 200 peuvent être globalement conformes aux dispositions décrites dans l'un quelconque des documents de technique antérieure précités US-A-3845377, EP-0459118, DE-3711062, GB-2176013, DE-3328421, US-4238781, FR-2457003, US-3732553, EP-0551066. Ainsi par exemple on peut prévoir des moyens généraux et appliquant des signaux d'excitation tels que définis dans le document EP- A-0551066, sur les électrodes 222, 223, 224, 225 et des moyens adaptés pour détecter les signaux électriques reçus en coïncidence sur l'électrode 212. L'amplitude et la forme des signaux reçus sur cette électrode 212 dépend du couplage entre les électrodes de stator, et par conséquent de la position du rotor. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. Par rapport aux capteurs d'angle de type capacitif connus de la Demanderesse, qui comportent tous des structures de stator symétrique de révolution, le capteur conforme à la présente invention offre l'avantage de permettre un enfichage latéral, donc une grande facilité d'assemblage/démontage que ce soit pour un montage d'origine sur chaine ou pour une opération de maintenance ultérieure. Le capteur d'angle conforme à la présente invention peut être utilisé par exemple pour une gestion électronique de stabilité: dans un système différentiel et/ou ABS intelligent, pour piloter un système de navigation électronique, une suspension active, etc... Selon une autre variante, le troncon 10 de colonne et le boîtier peuvent être formés de deux coquilles globalement hémicylindriques complémentaires. REVENDICATIONS 1. Capteur d'angle de type capacitif, notamment pour colonne de direction d'un véhicule automobile, comprenant un élément de rotor (300), au moins un élément sensible de stator (200), des moyens adaptés pour appliquer des signaux électriques à l'un, émetteur, de ces éléments et des moyens adaptés pour détecter les signaux recçus sur l'un, récepteur, de ces éléments, lesquels signaux dépendent de la position angulaire de l'élément de rotor (300) par rapport à l'élément sensible de stator (200) caractérisé par le fait que l'élément sensible de stator (200) est placé dans un boitier (100) adapté pour être engagé latéralement sur l'ensemble (10, ) logeant l'élément de rotor (300). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément sensible de stator (200) comprend au moins une électrode (212 222,223, 224, 225) dont l'ouverture angulaire est de l'ordre de 180 . 3. Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'élément sensible de stator (200) comprend deux électrodes (212; 222, 223, 224, 225) parallèles dont l'ouverture angulaire est de l'ordre de 180 , lesquelles électrodes (212; 222, 223, 224, 225) sont adaptées pour recevoir entre elles l'élément de rotor (300). 4. Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le rotor (300) est placé dans un tronçon (10) de la colonne de direction, lequel est muni d'une cage latérale (50) adaptée pour recevoir le boitier (100) logeant l'élément sensible de stator (200). 5. Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un tronçon de colonne (10) logeant le rotor (300) et le boîtier logeant l'élément sensible de stator sont formés de coquilles complémentaires. 6. Capteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le rotor (300) est formé d'une pièce électriquement non conductrice, chassée sur l'arbre de direction. 7. Capteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le rotor (300) est formé d'une pièce électriquement conductrice, avantageusement en métal, chassée sur l'arbre de direction. 8. Capteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le rotor (300) comprend deux excroissances (310, 312) diamétralement opposées sur un moyeu (302) lié à l'arbre de direction, chaque excroissance (310, 312) couvrant de préférence un angle de l'ordre de 90 . 9. Capteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la cage (50) est munie de dentures (57, 59) destinées à recevoir des pattes de clipsage (110, 115) solidaires du boitier (100) logeant l'élément de stator (200). 10. Capteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le boitier (100) comporte un corps creux central (120) généralement parallélépipédique logeant l'élément de stator (200) et muni des deux pattes (110, 115) destinées à assurer la fixation du capteur sur la colonne de direction. 11. Capteur selon l'une des revendications i à 10, caractérisé par le fait que l'élément sensible de stator (200) comporte une première électrode (212) sous forme d'un secteur de couronne de l'ordre de 180' et une deuxième électrode sous forme d'une pluralité de secteurs de couronne (222, 223, 224, 225) adjacents, superposés à la première électrode et de même amplitude angulaire que celle-ci. 12. Capteur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le stator (200) comporte deux circuits imprimés (210, 220) parallèles, séparés par une entretoise (230). 13. Capteur selon la revendication 11 prise en combinaison avec la revendication 12 caractérisé par le fait que les électrodes (212, 222, 223, 224, 225) sont placées respectivement sur les circuits imprimés (210, 220). 14. Capteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la deuxième électrode comporte quatre secteurs de couronne adjacents (222, 223, 224 et 225) couvrant chacun un angle de l'ordre de 45 . 15. Capteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la deuxième électrode comporte huit secteurs de couronne adjacents couvrant chacun un angle de l'ordre de 22,5 . 16. Capteur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait que chaque électrode (212; 222, 223, 224, 225) de l'élément de stator est entourée par une électrode de garde (214). 17. Capteur selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'entretoise (230) est réalisée en matériau électriquement conducteur, tel que de l'aluminium. 18. Capteur selon l'une des revendications 12 ou 17, caractérisé par le fait que l'entretoise (230) est formée d'un cadre (232) composé de deux poutres principales (233, 234) longitudinales et deux poutres transversales (235 et 238). 19. Capteur selon la revendication 18, caractérisé par le fait que l'une des poutres transversales (235) est placée en retrait d'un bord transversal des circuits imprimés( 210 et 220) et munie de deux saillies (236, 237), sur sa surface extérieure et au voisinage de ses extrémités pour servir de butées pour le chassage de l'élément de stator (200) dans le boitier (100). 20. Capteur selon l'une des revendications 12 et 17 à 19, caractérisé par le fait que les poutres longitudinales (233 et 234) sont munies sur leur surface extérieure de crans (239) aptes à venir en prise avec la surface interne du boitier (100) lorsque l'élément sensible de stator (200) est introduit dans ce dernier. 21. Capteur selon l'une des revendications 12 et 17 à 20, caractérisé par le fait que la poutre transversale (238) disposée à proximité de l'extrémité des circuits imprimés (210 et 220) adjacente au rotor (300) a la forme générale d'un demi cylindre placé sur l'extérieur des électrodes (212 et 222, 223,224, 225). 22. Capteur selon l'une des revendications 12 et 17 à 21, caractérisé par le fait que les composants du circuit électronique assurant le traitement des signaux électriques du capteur sont portés par l'un au moins des circuits imprimés (210 et 220) et logés dans le volume défini entre ceux-ci par l'entretoise (230).