Brevet FR2770906A1 — publié le 19990514

DISPOSITIF DE MES1R D'lIN COUPLE DE TORSION SIJR UN ELEMENT MECANIOITE L'invention concerne un dispositif de mesure de couple de torsion sur Ull élément mécanique. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de mesure de couple de torsion du type décrit par exemple dans la publication FR-2692986. Ce dispositif comprend deux générateurs de champ magnétique, solidaires d'un premier support et situés dans le plan d'une section droite d'un arbre et deux dispositifs détecteurs de champ magnétique, solidaires d'un second support et immobilisés dans le plan d'une autre section droite de l'arbre, lesdits organes détecteurs délivrant un signal proportionnel au couple de torsion par suite du décalage angulaire relatif des générateurs de champ par rapport aux organes détecteurs. Un tel dispositif peut être monté directement sur tout type d'élément mécanique, toutefois sa précision de mesure, en particulier pour de faibles décalages angulaires des détecteurs par rapport aux générateurs, dépend en grande partie de la précision de positionnement initial du détecteur de champ magnétique face à la transition magnétique située à la jonction des deux aimants constituant un générateur de champ magnétique. En effet, si le détecteur est décalé par rapport à la transition magnétique alors qu'aucun couple n'est appliqué à l'élément mécanique, celui-ci génère un signal non nul, dont la valeur varie avec la température, qui vient perturber la mesure du couple de torsion. n est connu pour remédier à cet inconvénient d'améliorer la précision de positionnement des détecteurs en réduisant les tolérances sur la précision de réalisation des pièces et du montage, mais cette réduction des tolérances s'accompagne d'une forte augmentation du coût de réalisation du dispositif. Une autre solution consiste à corriger le signal émis par chaque détecteur au moyen d'un circuit électronique adapté de manière à annuler électroniquement le signal de base émis par chaque détecteur lorsqu'aucun couple de torsion n'est appliqué à l'élément mécanique. Toutefois, cette solution entraîne la réalisation d'un dispositif complexe dont le coût est peu adapté aux applications les plus simples. Le but de la présente invention est donc de proposer un dispositif de mesure d'un couple de torsion offrant une excellente précision de mesure en permettant le réglage initial de la position des capteurs et qui soit simple et économique à réaliser. A cet effet, I'invention concerne un dispositif de mesure d'un couple sur un élément mécanique comprenant deux générateurs de champ magnétique ftxés dans un premier plan de l'élément mécanique et deux organes détecteurs du champ magnétique disposés dans un second plan parallèle au premier et fixés sur un support, le second plan étant décalé par rapport au premier plan. Selon l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que le support comporte deux logements de réception usinés en regard des générateurs de champ magnétique et destinés à recevoir un élément capteur sur lequel est fLué un organe détecteur de champ magnétique, la forme des logements de réception étant adaptée pour autoriser le mouvement des éléments capteurs de manière à permettre le réglage de la position initiale de l'élément sensible de chaque organe détecteur de champ magnétique sur le support, les éléments capteurs étant ensuite immobilisés dans les logements de réception par des moyens d'arrêt. Selon une autre caractéristique de l'invention l'élément capteur supporte également un circuit d'alimentation et de traitement du signal. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'arrêt sont constitués par le collage des éléments capteurs après le réglage de la position initiale de l'élément sensible des organes détecteurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, les générateurs de champ magnétique sont constitués par l'aboutement de deux aimants parallélépipèdiques possédant des vecteurs d'induction respectifs de sens opposes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les logements de réception sont formés par des logements cylindriques adaptés pour recevoir un élément capteur constitué d'un plot, ce dernier présentant un corps adapté pour tourner librement à l'intérieur du logement cylindrique et comportant un organe détecteur dont l'élément sensible est excentré par rapport au centre du logement cylindrique. Cette caractéristique permet par une simple rotation du plot circulaire. le réglage de la position initiale de l'élément sensible. Selon une autre caractéristique de l'invention, les plots comportent une butée limitant leur déplacement axial à l'intérieur des logements cylindriques. Cette caractéristique permet d'imposer la valeur de l'entrefer entre les générateurs de champ magnétique et les organes détecteurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, I'élément mécanique est un arbre tournant et les deux générateurs de champ magnétique sont disposés symétriquement par rapport audit arbre. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de dispositif selon l'invention, en référence aux dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif avant montage des éléments capteurs, - la figure 3 est une vue en perspective d'un élément capteur pris isolément, - la figure 4 est une vue de côté de l'élément capteur représenté à la figure 3, - la figure 5 est une vue partielle de côté d'un élément capteur et d'un générateur de champ magnétique lui faisant face lors de la phase initiale de réglage. L'arbre l représenté sur les figures 1 et 2 est, selon un exemple de réalisation de l'invention, destiné à être intégré sur une colonne de direction de manière à réaliser la liaison entre la crémaillère et l'arbre de transmission (non représentés). A cet effet, il comporte en ses deux extrémités des zones d'accrochage 20,21 symbolisées par des emmanchements à section carrée. L'arbre 1 comporte également de manière connue en soi une zone 2 de diamètre réduit, qui permet de localiser axialement la déformation en torsion, et une piste de roulement intérieure 13 permettant d'intégrer un palier de roulement non représenté, tel que décrit dans FR96-0773 1. La figure I représente l'arbre I équipé d'un dispositif de mesure du couple de torsion dont le fonctionnement est décrit dans la publication FR-2692986. Cet arbre I, avantageusement réalisé en matériau fèrromagnétique, comporte un collet 23 portant sur sa périphérie la piste roulement 13 et présentant sur ses bords latéraux deux trous Il disposés symétriquement de part et d'autre de l'axe de l'arbre 1. L'arbre 1 porte également un élément codeur 3 constitué d'un corps sensiblement tubulaire présentant à une extrémité un alésage réduit à section carrée venant s'emmancher sur l'arbre 1, L'autre extrémité du corps se prolougeant radialement par une partie annulaire 3a, en matériau ferromagnétique, portant deux organes générateurs de champ magnétique 4 disposés symétriquement par rapport à l'axe de l'arbre 1 et venant en regard des trous 11 du collet 23. Un organe de canalisation 6, en matériau magnétique, est rapporté sur la partie annulaire 3a de l'élément codeur 3 de manière à canaliser les lignes de champ magnétique autour des générateurs 4. Dans le mode de réalisation présenté, les générateurs de champ magnétique 4 sont réalisés par deux aimants parallélépipèdiques placés bout à bout et dont les vecteurs d'induction magnétique sont dirigés en sens contraire, cette disposition permettant un fort gradient du champ magnétique pour un déplacement dans la direction OX ainsi que cela est décrit dans la publication FR-2692986. Un élément capteur 9 présentant un corps cylindrique 15, avantageusement réalisé en matériau ferromagnétique, est inséré axialement à travers les trous 11, ces derniers possédant un diamètre adapté pour permettre la libre rotation de l'élément capteur 9 suivant 1 'axe OZ. Cet élément capteur 9, représenté séparément sur les figures 3 et 4, comporte à une extrémité de son corps cylindrique 15 un détecteur magnétique 7 destiné à faire face au générateur de champ magnétique 4, L'autre extrémité comportant un appendice 16 limitant le mouvement axial de l'élément capteur 9 à l'intérieur des trous 11. Le détecteur magnétique 7 présente un élément sensible 19 qui est disposé de façon excentrée par rapport à la section circulaire de l'élément capteur 9 de manière à ce que la rotation de l'élément capteur 9 génère un déplacement suivant l'axe OX de l'élément sensible 19. Le corps cylindrique 15 de l'élément capteur 9 présente également un méplat 17 libérant un espace par lequel un contact électrique entre le détecteur magnétique 7 et wi circuit d'alimentation électrique peut être assuré, par exemple au moyen d'un connecteur coaxial. Le fonctionnement du dispositifva maintenant être expliqué. Lors de l'assemblage en usine des éléments constituant le dispositif, l'opérateur termine le montage par la mise en place des éléments capteurs 9 à l'intérieur des trous 11 et par la mesure du signal fourni par les deux éléments capteurs 9 à l'aide d'un appareil adapté. Ce signal étant fonction de la position de l'élément sensible 19 vis-à-vis de la transition magnétique, formée par l'aboutement des deux aimants parallélépipèdiques formant un générateur de champ 4, l'opérateur peut alors sensiblement annuler ce signal en tournant l'élément capteur 9 de manière à amener l'élément sensible 19 en regard de la transition magnétique du générateur de champ magnétique. Cette opération de réglage initial de la position d'un élément capteur 9 est représentée figure 5 où l'on voit que l'élément sensible 19 étant excentré d'une distance i e " vis-à-vis du centre du corps cylindrique 15 de l'élément capteur 9 une rotation d'angle a de ce dernier entraîne un déplacement suivant OX de la position de l'élément sensible 19 d'une distance d " telle que: d= e*sin(a). Il est ainsi aisé pour l'opérateur d'amener l'élément sensible 19 en regard de la transition magnétique en coordonnant la rotation de l'élément capteur 9 avec la lecture du signal émis par le détecteur magnétique 7, la plage de réglage offerte par la rotation de l'élément capteur 9 étant nettement supérieure aux dispersions de positionnement des organes générateurs de champ magnétique 4. La puissance du signal fourni par chaque détecteur magnétique 7 peut également etre modulée en modifiant la pénétration axiale de I'élément capteur 9 à travers les trous 11 de manière à modifier l'entrefer entre le détecteur magnétique 7 et l'organe générateur de champ magnétique 4 lui faisant face. Dans l'exemple représenté, cet entrefer est amené à une valeur constante en amenant en butée l'appendice 16 contre la paroi du collet 23 de manière à ce que la puissallcc du signal fourni par chaque détectcur soit équivalente. Une fois ces réglages effectués. les éléments capteurs 9 sont immobilisés, par exemple au moyen d'une colle. Bien entendu, I'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, I'invention est applicable à tout type d'élément mécanique, tels qu'une poutre ou un cadre, sur lequel il est nécessaire d'intégrer un dispositif de mesure de couple de torsion. REVENDICATIONS I) Dispositif de mesure d'un couple de torsion sur un élément mécanique (1) comprenant deux générateurs de champ magnétique (4) fixés dans un premier plan dudit élément mécanique (1) et deux organes détecteurs du champ magnétique (7) disposés dans un second plan parallèle et fixés sur un support (23), ledit second plan étant décalé par rapport au premier plan, caractérisé en ce que ledit support (23) comporte deux logements de réception (11) usinés en regard desdits générateurs (4) et destinés à recevoir un élément capteur (9) sur lequel est fixé un desdits organes détecteur (7), la forme desdits logements ( l l) étant adaptée pour autoriser le mouvement desdits éléments capteurs (9) de manière à permettre le réglage de la position initiale de l'élément sensible (19) de chaque organe détecteur (7) sur le support (23), lesdits éléments capteurs (9) étant ensuite immobilisés dans les logements ( 11 ) par des moyens d'arrêt. 2) Dispositif de mesure d'un couple de torsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément capteur (9) supporte également un circuit d'alimentation et de traitement du signal. 3) Dispositif de mesure d'un couple de torsion selon l'une quelconque des revendications l à 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'arrêt sont constitués par le collage des éléments capteurs (9) après le réglage de la position des éléments sensible (19) sur le support (23). 4) Dispositif de mesure d'un couple de torsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits générateurs de champ magnétique (4) sont constitués par l'aboutement de deux aimants parallélépipèdiques possédant des vecteurs d'induction respectifs de sens opposés. 5) Dispositif de mesure d'un couple de torsion sur un élément mécanique selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que lesdits logements de réceptions (il) sont formés par des logements cylindriques adaptés pour recevoir un élément capteur (9) constitué d'un plot, ledit plot (9) présentant un corps (15) adapté pour tourner librement à l'intérieur du logement cylindrique (l l) et comportant un organe détecteur (7) dont l'élément sensible (19) est excentré par rapport au centre du logement cyhndrique (I I). 6) Dispositif de mesure d'un couple de torsion selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits plots (9) comportent une butée (16) limitant le déplacement asial dudit plot (9) à l'intérieur des logements cylindriques (11). 7) Dispositif de mesure d'un couple de torsion selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que l'élément mécanique (1) est un arbre tournant les deux générateurs de champ magnétique (4) étant disposés symétriquement par rapport audit arbre (1).