Brevet FR2772470A1 — publié le 19990618

L'objet de l'invention concerne le domaine des capteurs de déplacement rotatif au sens général, et elle vise avantageusement les capteurs de déplacement rotatif sans contact, caractérisés par l'absence de liaison mécanique entre au moins une cellule sensible de détection et la pièce dont ils mesurent la position, le déplacement, la vitesse ou l'accélération. L'objet de l'invention vise, plus précisément, les capteurs de déplacement sans contact dont le couplage entre la pièce mobile et la cellule sensible est établi par l'intermédiaire d'un champ magnétique, électromagnétique ou électrostatique, l'intensité de ce couplage étant fonction de la position relative de la pièce et du capteur. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des capteurs de déplacement rotatif sans contact mettant en oeuvre des cellules sensibles de détection du type à effet Hall. Dans le domaine des capteurs de déplacement rotatif à contact, par exemple du type potentiométrique, un capteur comporte un rotor équipé de balais frottant sur des pistes conductrices aménagées sur un stator. Le rotor est équipé de moyens de liaison ou d'assemblage avec un axe d'entraînement d'une pièce dont la position et/ou le déplacement sont à détecter. Dans le domaine technique des capteurs de déplacement rotatif sans contact, du type magnétique, il est connu de réaliser un capteur comportant un stator équipé d'une ou de plusieurs cellules sensibles à une induction magnétique ou à une variation d'induction magnétique, telles que des cellules à effet Hall. Un tel capteur comporte également un rotor équipé d'une cible mobile pourvue d'éléments magnétiques et délimitant avec les cellules sensibles, au moins un entrefer de couplage. Les cellules de détection sont aptes à délivrer un signal qui est fonction de la position et/ou du déplacement de l'élément mobile. De manière classique, le rotor d'un tel capteur est pourvu de moyens de liaison avec un axe d'entraînement d'une pièce dont la position et/ou le déplacement sont à détecter. Un capteur de déplacement rotatif, du type à contact ou sans contact, nécessite de réaliser une connexion mécanique, par l'intermédiaire des moyens de liaison, entre le rotor et l'axe d'entraînement présenté par la pièce, dont il convient de détecter la position et/ou le déplacement. Par exemple, le rotor est pourvu, généralement, en tant que moyen de liaison, d'un logement complémentaire à la section de l'axe d'entraînement qui peut être de forme en D ou en I. Le montage d'un tel capteur consiste ainsi à assurer la liaison mécanique entre le rotor du capteur et l'axe de déplacement et la fixation du boîtier du capteur sur le support associé à la pièce dont le déplacement est détecté. Il apparaît que le montage d'un tel capteur pose un certain nombre de difficultés. En effet, il doit être considéré que compte tenu des tolérances de fabrication et des jeux fonctionnels, il peut apparaître un désalignement du rotor par rapport à l'axe d'entraînement, conduisant à une modification du positionnement du rotor par rapport au stator. Pour un capteur de déplacement rotatif à contact par exemple du type potentiomètrique, pour lequel les balais liés au rotor frottent sur des pistes liées au stator, il en résulte un fonctionnement dans des conditions anormales conduisant à une détérioration rapide, même si le fonctionnement d'un tel capteur n'est pas altéré dans la mesure o le contact électrique est toujours assuré. Pour les capteurs de déplacement rotatif sans contact, en particulier pour les capteurs magnétiques, un décentrement axial ou radial du rotor par rapport au stator modifie les caractéristiques du circuit magnétique, notamment en ce qui concerne les entrefers et les fuites magnétiques. La variation de l'entrefer du circuit magnétique entraîne une variation du signal électrique délivré par le capteur conduisant, notamment, à une dégradation de la linéarité du signal ou à une modification de la pente de la caractéristique de la tension en fonction de l'angle de rotation du rotor. L'objet de la présente invention vise à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un nouveau capteur de déplacement rotatif, conçu pour minimiser, sur les conditions de fonctionnement du capteur, l'influence des conditions d'assemblage entre le rotor du capteur et l'axe d'entraînement. Un autre objet de l'invention vise à offrir un capteur de déplacement rotatif, avantageusement sans contact, adapté pour permettre une maîtrise des variations de l'entrefer du circuit magnétique, en fonction des tolérances mécaniques sur l'assemblage réalisé entre le rotor et l'axe d'entraînement. Pour atteindre cet objectif, le capteur pour détecter la position et le déplacement rotatif d'un axe d'entraînement rotatif comporte, d'une part, un stator et, d'autre part, un rotor pourvu de moyens de liaison avec l'axe d'entraînement et d'une cible mobile destinée à se déplacer devant au moins un système de détection apte à délivrer un signal fonction de la position de la cible mobile. Selon l'invention, le capteur comprend: - une articulation à rotule interposée entre le stator et le rotor et placée selon l'axe du rotor, à une distance donnée limitée de la cible mobile, et un rotor équipé, en tant que moyens de liaison, par au moins deux pattes élastiques sollicitées en rapprochement mutuel par une épingle élastique destinée à assurer la connexion avec l'arbre d'entraînement en un point distant de l'articulation adapté pour autoriser un décalage d'alignement de valeur donnée entre le rotor et l'axe tout en obtenant une variation minimale déterminée du positionnement entre le rotor et le stator. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe-élévation montrant un premier exemple de réalisation d'un capteur de déplacement conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue éclatée en perspective du capteur illustré à la fig. 1 illustrant des détails caractéristiques de l'invention. La fig. 3 est un schéma illustrant le principe de maîtrise des variations de l'entrefer par la mise en oeuvre du capteur conforme à l'invention. La fig. 4 est une coupe transversale montrant un autre exemple de réalisation d'un capteur auquel l'objet de l'invention est appliqué. La fig. 5 est une vue éclatée en perspective illustrant un détail avantageux de l'objet de l'invention. La fig. 6 est une vue en perspective montrant une autre caractéristique de réalisation d'un capteur selon l'invention. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 1 et 2, le capteur désigné dans son ensemble par la référence 1, est adapté pour détecter la position et/ou le déplacement d'un axe d'entraînement rotatif 2 faisant partie d'une pièce au sens général, non représentée. Dans la description qui suit d'un exemple préféré de réalisation, le capteur de déplacement rotatif 1 selon l'invention est du type sans contact, mais il est à considérer que l'objet de l'invention peut s'appliquer également à un capteur à contact. Dans l'exemple de réalisation illustré, le capteur 1 est du type magnétique et met en oeuvre les principes décrits dans le document FR 2 715 726. Bien entendu, l'objet de l'invention peut être appliqué à tout type de capteur de déplacement rotatif. Dans l'exemple de réalisation illustré, le capteur 1 comprend un boîtier 3 dans lequel sont montés un rotor 4 et un stator 5. Dans l'exemple de réalisation illustré, le stator 5 forme un couvercle présentant une bordure périphérique épaulée 5, venant en appui sur des gradins complémentaires 3, aménagés sur le boîtier. Le couvercle 5 est fixé, de préférence de manière étanche, sur le boîtier 3 par tous moyens appropriés, tels que par soudure. Le rotor 4 comprend une cible mobile 6 délimitant au moins un et, dans l'exemple illustré, deux entrefers I, il d'un circuit magnétique incluant une première 7 et seconde 8 pièces polaires. Dans l'exemple illustré, la cible mobile 6 est formée par l'intermédiaire d'un disque aimanté définissant un entrefer entre chacune de ses faces transversales et les pièces polaires 7 et 8 en regard, disposées de part et d'autre du disque aimanté. Tel que cela ressort clairement des dessins, les pièces polaires 7 et 8 sont constituées chacune sous la forme d'un anneau réalisé par une ou plusieurs parties et monté dans des logements complémentaires aménagés respectivement dans le boîtier 3 et le stator 5. Il est à noter que le disque aimanté 6 peut être rapporté sur le rotor 4 ou, selon une forme de réalisation avantageuse, former une pièce unique réalisée par injection d'une matière incluant des particules magnétisables. La cible mobile 6 est destinée à défiler ou à coopérer avec un système de détection 9 formé, dans l'exemple illustré, par une cellule sensible du type à effet Hall. Conformément à l'invention, le rotor 4 est monté sur le stator 5 par l'intermédiaire d'une articulation à rotule 10 centrée sur l'axe longitudinal x du rotor. Dans l'exemple illustré, le rotor 4 est équipé à l'une de ses parties terminales, d'une sphère 11 destinée à être engagée à l'intérieur d'un logement 12 de forme complémentaire aménagé sur le stator 5. Selon une variante préférée de réalisation, le logement 12 est délimité, au moins en partie, par au moins deux languettes élastiques 13 permettant de bloquer axialement la sphère 11, par encliquetage, à l'intérieur du logement 12. Selon une caractéristique de l'invention, le rotor 4 est pourvu, à son extrémité opposée de celle équipée de la sphère 11, de moyens 14 de connexion, de liaison ou d'assemblage avec l'axe d'entraînement 2. Conformément à l'invention, les moyens d'assemblage 14 sont constitués par l'intermédiaire d'au moins deux pattes élastiques 15 sollicitées en rapprochement mutuel par l'intermédiaire d'une épingle élastique 16. Tel que cela ressort des figures, les deux pattes élastiques 15 se trouvent diamétralement opposées en s'étendant sur une portion angulaire limitée, par exemple de l'ordre de 45 . Les pattes élastiques 15 présentent une face interne possédant un profil complémentaire au profil de l'axe 2 et une face externe sur laquelle est aménagé un sillon 17 centré sur l'axe x pour recevoir l'épingle élastique 16 constituée avantageusement sous la forme d'un jonc ouvert assurant le rapprochement mutuel des pattes. Le serrage effectué par l'intermédiaire des pattes élastiques 15 permet d'assurer une solidarisation angulaire entre le rotor 4 et l'axe d'entrainement 2. Pour s'adapter à la section droite transversale de l'arbre d'entraînement 2, les pattes élastiques 15 peuvent être en nombre supérieur ou présenter une face interne avec un profil différent. L'examen de la fig. 3 permet de bien comprendre tous les avantages de l'objet de l'invention. Il peut être considéré que la connexion entre le rotor 4 et l'axe d'entraînement 2 est réalisée par l'intermédiaire des moyens d'assemblage 14, au niveau de l'épingle élastique 16. Le plan fictif P dans lequel s'étend l'épingle élastique 16 coupe l'axe x du rotor en un point C distant d'une mesure H de l'articulation à rotule 10 dont le plan fictif Pl est considéré comme coupant l'axe du rotor en un point A. Par ailleurs, il doit être considéré que la cible mobile 6 s'étend dans un plan P2 coupant l'axe x du rotor en un point B, de sorte qu'il peut être considéré que la cible mobile 6 est placée à une distance donnée h du plan Pl de l'articulation 10. De plus, il peut être défini un écart radial E correspondant à un défaut d'alignement entre l'axe x du rotor 4 et l'axe d'entraînement 2. A cet écart E correspond, dans le plan P2, un déplacement radial e de la cible mobile 6 par rapport au stator entraînant concomitamment, dans l'exemple illustré, une variation des entrefers I et II. Compte tenu des conditions géométriques décrites ci-dessus, il peut être défmini le rapport suivant: e/E = h/H. Il apparaît donc intéressant de minimiser la valeur h, c'est-à-dire la distance entre l'articulation à rotule 10 et la cible mobile 6 et à maximaliser la grandeur H, de manière à obtenir respectivement une limitation de la variation radiale e de l'entrefer et une augmentation de l'écart E d'alignement entre le rotor 4 et l'axe d'entraînement 2 pour autoriser une large valeur de tolérance pour le décentrement entre le rotor 4 et l'axe 2. La mise en oeuvre combinée de l'articulation à rotule 10 à une distance donnée h limitée par rapport à la cible mobile 6, ainsi qu'une liaison avec l'axe de déplacement 2 en un point le plus éloigné possible de l'articulation 10, permet d'autoriser un décalage d'alignement de valeur donnée entre le rotor 4 et l'axe 2 tout en obtenant une variation minimale de l'écart e de positionnement entre le rotor et le stator, au niveau de la cible mobile. Ainsi, il peut être envisagé de maîtriser la variation de positionnement du rotor et du stator pour laquelle le fonctionnement du capteur n'est pas affecté en déterminant le dimensionnement et les tolérances des diverses pièces, à partir du choix de l'écart e admissible. Dans l'exemple décrit ci-dessus, l'objet de l'invention est appliqué à un capteur présentant une cible mobile réalisée sous la forme d'un disque aimanté. Bien entendu, l'objet de l'invention peut être mis en oeuvre sur d'autres types de capteurs. Ainsi, la fig. 4 illustre un autre exemple de mise en oeuvre de l'objet de l'invention, sur un capteur 1 comportant un rotor 4 pourvu d'une cible mobile 6 constituée par une pièce polaire 8 de forme annulaire montée sur le rotor et sur laquelle est fixé un aimant 20 délimitant un entrefer I avec la pièce polaire 7. Le montage du rotor 4, d'une part, sur le stator 5 par l'intermédiaire de l'articulation à rotule 10 et, d'autre part, sur l'axe d'entraînement 2, reste identique à la description cidessus. Dans les exemples décrits, il est à noter que le montage des différents organes du capteur à l'intérieur du boîtier 3 est relativement facile à mener à bien, puisqu'il consiste, comme cela ressort plus particulièrement de la fig. 2, à empiler les pièces les unes sur les autres. Dans l'exemple illustré aux fig. 1 et 2, un tel capteur 1 se présente sous la forme d'un bloc unitaire composé du boîtier 3 et du couvercle 5 destiné à être monté par tous moyens appropriés sur le support de la pièce, dont le déplacement est à mesurer, en assurant l'assemblage mécanique entre le rotor 4 et l'axe d'entraînement 2. Il est à noter que le capteur 1 selon l'invention présente l'avantage, compte tenu de sa conception, de pouvoir être intégré tout ou partie, au support de la pièce dont le déplacement est à détecter. Ainsi, tel que cela ressort de la fig. 5, l'axe d'entraînement 2 d'une pièce non représentée sort d'un support 22 aménagé pour être équipé d'un demi-boîtier 31 inférieur destiné à coopérer avec un demi- boîtier supérieur 32 formant le stator 5. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, les deux demi-boîtiers 31, 32 sont montés ensemble par l'intermédiaire d'au moins deux languettes élastiques 23 aménagées sur l'un des demi-boîtiers et destinées à coopérer avec des oreilles complémentaires 24 aménagées sur l'autre des demi-boîtiers. L'assemblage des demi-boîtiers entre-eux peut être facilement obtenu en raison de la présence de l'articulation à rotule 10, autorisant un débattement angulaire du demi-boîtier supérieur pour permettre l'encliquetage mutuel des oreilles avec les languettes élastiques. Dans le même sens, il est à noter que l'axe d'entrainement 2 peut être directement intégré à l'intérieur du capteur 1 selon l'invention. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 6, l'axe 2 peut être monté sur le rotor 4 par les moyens de liaison 14, tels que décrits ci-dessus, et être guidé en rotation dans un palier 30 ménagé directement sur le boîtier du capteur ou, comme illustré sur le dessin, sur une pièce 31 rapportée sur ce dernier. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Capteur pour détecter la position et le déplacement d'un axe d'entraînement rotatif (2), le capteur comportant, d'une part, un stator (5) et, d'autre part, un rotor (4) pourvu de moyens de liaison (14) avec l'axe d'entraînement (2) et d'une cible mobile (6) destinée à se déplacer devant au moins un système de détection (9) apte à délivrer un signal fonction de la position de la cible mobile, caractérisé en ce qu'il comprend: - une articulation à rotule (10) interposée entre le stator (5) et le rotor (4) et placée selon l'axe (x) du rotor, à une distance donnée (h) limitée de la cible mobile, - et un rotor (4) équipé, en tant que moyens de liaison (14), par au moins deux pattes élastiques (15) sollicitées en rapprochement mutuel par une épingle élastique (16) destinée à assurer la connexion avec l'arbre d'entraînement (2) en un point distant de l'articulation (10) adapté pour autoriser un décalage d'alignement (E) de valeur donnée entre le rotor (4) et l'axe (2) tout en obtenant une variation minimale déterminée du positionnement entre le rotor et le stator. 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'articulation à rotule (10) est formée par l'intermédiaire d'une sphère (11) portée par l'une des extrémités du rotor (4) et destinée à coopérer avec un logement complémentaire (12) aménagé sur le stator. 3 - Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le logement complémentaire (12) est équipé de languettes élastiques (13) assurant le maintien axial de la sphère à l'intérieur dudit logement. 4 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (4) est équipé d'une cible mobile (6) constituée par un disque aimanté délimitant au moins un entrefer (I, 11) avec au moins une pièce polaire (7, 8) du stator. - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le disque aimanté (6) est rapporté sur le rotor (4). 6 - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rotor (4) et le disque aimanté (6) forment une pièce unique réalisée par injection d'une matière incluant des particules magnétisables. 7 - Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le stator (5) dans lequel est aménagé le logement (12) de réception de la rotule forme un couvercle destinée à être fixé sur un boîtier (3). 8 - Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le couvercle (5) est équipé d'une pièce polaire (7) définissant un entrefer (I) avec la cible mobile (6). 9 - Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le boîtier (3) comprend une pièce polaire (8) définissant un entrefer (I) avec la cible mobile (6). 10 - Capteur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le couvercle est formé par un demi-boîtier supérieur (32) destiné à être monté sur un demi-boîtier inférieur (30). 11 - Capteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le demi- boitier (32) est monté sur le demi-boîtier inférieur (30) par l'intermédiaire d'au moins deux languettes élastiques (23) destinées à être encliquetées dans des oreilles complémentaires (24). 12 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (4) est équipé d'un arbre d'entraînement (2) guidé en rotation dans un palier (30).