Brevet FR2844875A1 — publié le 20040326

La présente invention se rapporte à un capteur analogique de décalage angulaire. On connaît de la demande WO01/30637 déposée par la demanderesse un capteur analogique de décalage angulaire du type comprenant: - au moins une première plaque annulaire supportant au moins une première bobine plate agencée selon au moins un arc de cercle, - au moins une deuxième plaque annulaire supportant des premiers moyens pour faire varier l'inductance de ladite première bobine plate, - lesdites première et deuxième plaques annulaires étant adaptées pour être 10 fixées respectivement à des premier et deuxième organes montés rotatifs l'un par rapport à l'autre de manière que la rotation relative desdits organes ait pour effet de faire défiler lesdits premiers moyens de variation d'inductance devant ladite première bobine plate. Ce capteur de décalage angulaire est notamment utilisé pour connaître la 15 position angulaire d'une colonne de direction de véhicule automobile. Dans l'agencement divulgué par WO 01/30637, ce capteur présente un encombrement notamment axial relativement important, ce qui peut s'avérer gênant en particulier dans les véhicules o l'espace au voisinage de la colonne de direction est compté. La présente invention se propose donc de fournir un capteur analogique de décalage angulaire peu encombrant. On atteint ce but de l'invention avec un capteur analogique de décalage angulaire du type comprenant: - au moins une première plaque annulaire supportant au moins une première 25 bobine plate agencée selon au moins un arc de cercle, - au moins une deuxième plaque annulaire supportant des premiers moyens pour faire varier l'impédance de ladite première bobine plate, - lesdites première et deuxième plaques annulaires étant adaptées pour être fixées respectivement à des premier et deuxième organes montés rotatifs l'un par 30 rapport à l'autre de manière que la rotation relative desdits organes ait pour effet de faire défiler lesdits premiers moyens de variation d'impédance devant ladite première bobine plate, - ledit capteur étant remarquable en ce qu'au moins l'une desdites plaques annulaires est formée dans une feuille mince. Par " feuille mince ", on entend une feuille analogue à celle permettant de réaliser le disque d'une disquette pour ordinateur. On comprend qu'en utilisant une telle feuille pour former au moins l'une des plaques annulaires du capteur selon l'invention, on peut obtenir un capteur pratiquement aussi plat qu'une disquette d'ordinateur. Un tel capteur permet donc de gagner beaucoup de place notamment selon la direction axiale d'une colonne de direction de véhicule automobile. Cette caractéristique différentie nettement le capteur selon l'invention des capteurs de la technique antérieure, dans lesquels au contraire les plaques annulaires sont formées dans des galettes rigides présentant une épaisseur relativement importante. Suivant d'autres caractéristiques du capteur selon l'invention: - ce capteur comprend des moyens pour maintenir un écart constant entre lesdites plaques annulaires, - ce capteur comprend au moins une première feuille de séparation interposée entre lesdites plaques annulaires, - ce capteur comprend un boîtier enfermant lesdites plaques annulaires, et au moins une deuxième feuille de séparation interposée entre ledit boîtier et l'une desdites plaques annulaires, lesdites feuilles de séparation sont formée dans un matériau choisi dans le groupe comprenant le feutre et le non-tissé, 20 - ce capteur est remarquable: en ce que ladite première plaque annulaire supporte au moins une deuxième bobine plate agencée selon au moins un arc de cercle, en ce qu'il comprend une troisième plaque annulaire supportant des deuxièmes moyens pour faire varier l'impédance de ladite deuxième 25 bobine plate, en ce que ladite troisième plaque annulaire est adaptée pour être fixée à un troisième organe monté rotatif par rapport auxdits premier et deuxième organes de manière que la rotation dudit troisième organe par rapport audit premier organe ait pour effet de faire défiler lesdits 30 deuxièmes moyens de variation d'impédance devant ladite deuxième bobine, et en ce que ladite troisième plaque annulaire est formée dans une feuille mince, ladite deuxième plaque annulaire comprend des troisièmes moyens pour faire 35 varier l'impédance de ladite deuxième bobine, lesdits troisièmes moyens de variation d'impédance étant disposés de manière à fonctionner en couplage avec lesdits deuxièmes moyens de variation d'impédance, - lesdits moyens de variation d'impédance comprennent des éléments métalliques, ladite première plaque annulaire est recouverte d'une couche noyau, et lesdits moyens de variation d'impédance comprennent des aimants. La présente invention se rapporte également à une colonne de direction, remarquable en ce qu'elle comprend un ensemble conforme à ce qui précède. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'une colonne de direction équipée d'un capteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe axiale de cette partie de colonne de direction à l'état assemblé, - la figure 3 est une vue de côté schématique du capteur équipant la colonne de 15 direction des figures 1 et 2, - la figure 4 est une vue de face d'un premier rotor du capteur selon l'invention, - la figure 5 est une vue de face d'un deuxième rotor du capteur selon l'invention, - la figure 6 est une vue de face du stator du capteur selon l'invention, et - les figures 7 à 9 sont des vues de face de l'ensemble des éléments des figures 20 4 à 6 dans trois positions différentes de fonctionnement. Dans ce qui suit, on va décrire le capteur selon l'invention lorsqu'il est utilisé pour une colonne de direction de véhicule automobile, mais il va de soi qu'il ne faut pas interpréter cet exemple particulier comme étant limitatif. Le capteur qui va être décrit peut en effet être utilisé pour mesurer les positions 25 angulaires de tous les organes tournants d'un véhicule automobile et, plus généralement, de tous les organes tournants dans d'autres domaines techniques. On se reporte à présent aux figures 1 et 2, sur lesquelles on a représenté une partie de colonne de direction comprenant des premier et deuxième arbres 1, 3 montés rotatifs l'un par rapport à l'autre, et reliés entre eux par une barre de torsion 5 grâce à 30 des adaptateurs appropriés Ai et A2. Typiquement, le premier arbre 1 est destiné à être monté solidaire en rotation d'un volant de direction 6 d'un véhicule 7, et le deuxième arbre 3 est destiné à actionner une crémaillère 9 par l'intermédiaire d'un pignon 11, en vue de faire tourner les roues (non représentées) du véhicule 7. Un capteur 13 selon l'invention est interposé entre les deux arbres rotatifs 1 et 3. Comme cela est visible sur la figure 1, ce capteur 13 comprend un boîtier sensiblement plat et circulaire 15 comprenant un couvercle 17 et un fond 19, ce boîtier étant destiné à être monté fixe par rapport au châssis du véhicule 7. A l'intérieur de ce boîtier se trouvent trois plaques annulaires définissant respectivement un premier rotor 21, un deuxième rotor 23, et un stator 25. Il faut bien comprendre, à ce stade de la description, que le premier rotor 21 est solidaire en rotation du premier arbre 1, que le deuxième rotor 23 est solidaire en rotation du deuxième arbre 3, et que le stator 25 est fixe par rapport au boîtier 15. Les pièces 21, 23, 25, qui sont également visibles sur la figure 3, peuvent se 10 succéder dans cet ordre, mais il est aussi possible, en variante, qu'elles se succèdent dans un ordre différent: les premier 21 et deuxième 23 rotors pourraient par exemple prendre le stator 25 " en sandwich ". On se reporte à présent à la figure 4, sur laquelle on a représenté de manière schématique le premier rotor 21. Ce premier rotor 21 est donc essentiellement formé par une plaque annulaire 27 supportant, à sa périphérie, une pluralité d'éléments métalliques 29 disposés de façon régulière selon des secteurs angulaires prédéterminés. On notera également qu'en variante, les éléments 29 pourraient être remplacés par des aimants. On se reporte à présent à la figure 5, sur laquelle on a représenté de manière schématique le deuxième rotor 23. Ce deuxième rotor 23 est essentiellement formé d'une plaque annulaire 37 supportant, à sa périphérie, une première série d'éléments métalliques 39a disposés de façon régulière selon des secteurs angulaires prédéterminés. Ce deuxième rotor 23 comprend, à l'intérieur de la première série d'éléments métallique 39a et en quinconce par rapport à cette première série, une deuxième série d'éléments métalliques 39b, disposée de façon régulière selon des secteurs angulaires prédéterminés. On notera également qu'en variante, les première 39a et deuxième 39b séries 30 d'éléments pourraient être formées par des aimants. On peut également voir sur la figure 5 que le deuxième rotor 23 comprend, à l'intérieur des couronnes définies par les première 39a et deuxième 39b séries d'éléments, un élément métallique 41 en forme de C. On notera qu'en variante, cet élément 41 en forme de C pourrait être remplacé 35 par un aimant. On se reporte à présent à la figure 6, sur laquelle on a représenté de manière schématique le stator 25. Ce stator 25 est essentiellement formé par une plaque annulaire 47 sur laquelle sont imprimées des première 49a et deuxième 49b bobines plates, coplanaires et coaxiales, ne se recouvrant pas et disposées au voisinage de la périphérie de la plaque 47. Sur cette plaque 47 sont également imprimées des première 51 et deuxièmes 53 paires de demi-bobines plates en forme de C associées deux à deux, coplanaires et coaxiales, ne se recouvrant pas, décalées angulairement d'environ 90 l'une par rapport à l'autre et disposées à l'intérieur des première 49a et deuxième 49b bobines plates. Dans l'hypothèse o les éléments 29 du premier rotor 21 et 39 du deuxième rotor 10 23 sont des aimants, les bobines 49, 51 et 53 du stator 25 sont recouvertes, comme cela est connu en soi, d'une couche noyau formée dans un matériau ferromagnétique à forte perméabilité magnétique et à faible champ de saturation. Un tel matériau est connu par exemple sous les noms commerciaux de Permalloy, Ultraperm ou Finmec. On pourra noter que les éléments métalliques 29 du premier rotor 21 définissent une couronne qui correspond sensiblement aux première 49a et deuxième 49b bobines plates du stator 25. On pourra également noter que les première 39a et deuxième 39b séries d'éléments métalliques du deuxième rotor 23 définissent des couronnes coaxiales qui 20 correspondent respectivement aux première 49a et deuxième 49b bobines plates du stator 25. On remarquera encore que l'élément métallique 41 en forme de C correspond à la moitié de la couronne définie par les première 51 et deuxième 53 paires de demibobines plates représentées à la figure 6. Selon une caractéristique importante de l'invention, au moins une, et de préférences les trois plaques annulaires 27, 37, 47 sont formées dans une feuille mince. Par " feuille mince ", on entend une feuille analogue à celle permettant de réaliser le disque d'une disquette pour ordinateur. Un matériau particulièrement adapté pour la réalisation d'une telle feuille mince 30 est le Mylar (marque déposée). Une feuille de séparation (non représentée) formée par exemple en feutre ou en non-tissé (ou, plus généralement, dans tout matériau présentant une faible aptitude à la friction) peut être placée entre le couvercle 17 du boîtier 15 (voir figure 1) et le premier rotor 21. De telles feuilles de séparation peuvent également être placées entre les deux rotors 21, 23, et entre le deuxième rotor 23 et le stator 25. On peut remarquer sur la figure 2 qu'une fois assemblé, le capteur 13 présente un très faible encombrement axial. On se reporte à présent à la figure 7, sur laquelle on peut voir la manière dont les différentes parties des premier 21 et deuxième 23 rotors et du stator 25 coopèrent entre 5 elles en fonctionnement, c'est-à-dire lorsque ces rotors et ce stator et sont disposés côte-à-côte à l'intérieur du boîtier du capteur 13. Le mode de fonctionnement et les avantages du capteur selon l'invention découlent directement de la description qui précède. On comprend qu'en utilisant une feuille mince pour former au moins une (et de 10 préférence les trois) plaques annulaires 27, 37 et 47 du capteur selon l'invention, on peut obtenir un capteur pratiquement aussi plat qu'une disquette d'ordinateur. Un tel capteur permet donc de gagner beaucoup de place notamment selon la direction axiale d'une colonne de direction de véhicule automobile. Cette caractéristique différentie nettement le capteur selon l'invention des 15 capteurs de la technique antérieure, dans lesquels au contraire les plaques annulaires sont formées dans des galettes rigides présentant une épaisseur relativement importante. De par leur faible épaisseur, les plaques annulaires 27, 37 et 47 peuvent présenter une certaine souplesse. Cette souplesse, combinée avec l'utilisation de feuilles de séparation en feutre ou en non tissé insérées entre les différents éléments constitutifs du capteur selon l'invention, permet de s'assurer que la distance entre les plaques annulaires 27, 37 et 47 demeure sensiblement constante quelles que soient les positions angulaires relatives de ces plaques. On obtient ainsi un capteur particulièrement fiable même s'il est soumis à des sollicitations mécaniques (vibrations, accélérations, torsions) importantes. La configuration représentée à la figure 7 correspond à une situation o la position absolue du deuxième arbre 3 est de 0 , et o le décalage angulaire de ce deuxième arbre par rapport au premier arbre 1 est également de 0 : il s'agit de la 30 situation au repos o le volant 6 (voir figure 1) est en position neutre (roues du véhicule 7 droites), et o aucun effort n'est exercé par le conducteur sur ce volant (c'est-àdire qu'aucun couple n'est transmis entre les premier 1 et deuxième 3 arbres par la barre de torsion 5). Dans cette configuration, la première série d'éléments 39a du deuxième rotor 23 35 s'étend exactement entre les éléments 29 du premier rotor 21, et la deuxième série d'éléments 39b du deuxième rotor 23 s'étend exactement au droit des éléments 29 du premier rotor 21. On peut donc dire que 100% de la surface de la première bobine plate 49a du stator 25 est couverte par des éléments métalliques de l'un ou l'autre des deux rotors, et que 50% de la surface de la deuxième bobine plate 49b du stator 25 est couverte par des éléments métalliques de l'un ou l'autre des deux rotors. On notera par ailleurs que l'élément 41 en forme de C recouvre la totalité de la surface de l'une (51a) des demi-bobines plates de la paire 51, et la moitié de chacune des surfaces des demi-bobines plates 53a, 53b de la paire 53. La configuration représentée à la figure 8 correspond à une situation o la position absolue du deuxième arbre 3 est de 90 , et o le décalage angulaire de ce 10 deuxième arbre par rapport au premier arbre 1 est de 0 : il s'agit d'une situation o le volant 6 (voir figure 1) est tourné à droite et o aucun effort n'est exercé par le conducteur sur le volant (c'est-à-dire qu'aucun couple n'est transmis entre les premier 1 et deuxième 3 arbres par la barre de torsion 5). Dans cette configuration, la position relative des éléments 39a, 39b du deuxième 15 rotor 23 et des éléments 29 du premier rotor 21 est la même que dans la configuration précédente. En revanche, l'élément 41 en forme de C recouvre à présent la moitié de chacune des surfaces des demibobines plates 51a, 51b de la paire 51, et la totalité de la surface de l'une (53b) des demi-bobines plates de la paire 53. Ainsi, par rapport à la configuration précédente, et en raison du phénomène des courants de Foucault dans le cas o l'élément 41 est métallique, on peut comprendre que lors du passage de la configuration représentée à la figure 7 à la configuration représentée à la figure 8: l'impédance de la demi-bobine-plate 51a passe d'une valeur maximale à une 25 valeur intermédiaire, - l'impédance de la demi-bobine-plate 51b passe d'une valeur minimale à une valeur intermédiaire, - l'impédance de la demi-bobine-plate 53a passe d'une valeur intermédiaire à une valeur minimale, et - l'impédance de la demi-bobine-plate 53b passe d'une valeur intermédiaire à une valeur maximale. Il est à noter que lorsque l'élément 41 est un aimant, la modification des propriétés magnétiques de la couche noyau recouvrant la plaque annulaire 47 génère une variation d'impédance des demi-bobines plates inverse de celle décrite ci dessus. Ainsi, en mesurant les impédances de chacune des demi-bobines plates 51a, 51b et 53a, 53b, on comprend que l'on peut déduire la position angulaire de l'élément 41 en forme de C par rapport à ces demi-bobines plates, et donc la position angulaire absolue du deuxième arbre 3. On remarquera que le fait d'utiliser des paires de demi-bobines permet d'effectuer des mesures différentielles d'impédance, et ainsi de s'affranchir des dérives liées par exemple à la température. On remarquera également que le fait d'utiliser deux paires de demi-bobines décalées angulairement d'environ 90 l'une par rapport à l'autre permet d'effectuer des mesures sur 3600 de la position angulaire absolue du deuxième arbre 3. La configuration représentée à la figure 9 correspond à une situation o la 10 position absolue du deuxième arbre 3 est de 150, et o le décalage angulaire de ce deuxième arbre par rapport au premier arbre 1 est de 7 : il s'agit d'une situation o le volant 6 (voir figure 1) est positionné à droite de 15 et o un effort est exercé par le conducteur pour faire pivoter ce volant encore plus à droite (c'est-à-dire qu'un couple est transmis entre les premier 1 et deuxième 3 arbres par la barre de torsion 5). Dans cette configuration, et par rapport aux figures 7 et 8, les éléments 29 du premier rotor 21 ont pivoté de 7 vers la droite par rapport aux éléments 39a, 39b du deuxième rotor 23, grâce à quoi: - la proportion de la surface de la première bobine plate 49a du stator 25 couverte par des éléments métalliques ou des aimants de l'un ou l'autre des deux rotors 20 a diminué par rapport à celle correspondant aux figures 7 et 8, et - la proportion de la surface de la deuxième bobine plate 49b du stator 25 couverte par des éléments métalliques ou des aimants de l'un ou l'autre des deux rotors a augmenté par rapport à celle correspondant aux figures 7 et 8. Ainsi, en mesurant les impédances de chacune des bobines plates 49a et 49b, 25 on comprend que l'on peut déduire la position angulaire des éléments 39 par rapport aux éléments 29, et donc la position angulaire du deuxième rotor 23 par rapport au premier rotor 21. On remarquera que le fait d'utiliser deux bobines plates permet d'effectuer des mesures différentielles d'impédance (quand l'impédance d'une bobine diminue, 30 l'impédance de l'autre bobine augmente), et ainsi de s'affranchir des dérives liées par exemple à la température. On obtient de la sorte des mesures très précises. En ce qui concerne l'élément 41 en forme de C, on peut constater que dans la configuration de la figure 9, sa position peut se déduire de celle de la figure 7 par une 35 rotation vers la droite de 15 . Du fait de la présence de la barre de torsion 5 (voir figure 2) reliant le deuxième arbre 3 au premier arbre 1, dont on connaît la raideur, on comprend que la connaissance du décalage angulaire du deuxième rotor 23 par rapport au premier rotor 21 (et donc du deuxième arbre 3 par rapport au premier arbre 1 auxquels ces rotors sont respectivement fixés) permet d'accéder à la connaissance du couple transmis par le premier arbre 1 au deuxième arbre 3. L'invention fournit ainsi un capteur aux fonctions très complètes, peu encombrant et peu coteux. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. REVENDICATIONS 1. Capteur analogique de décalage angulaire (13) du type comprenant: - au moins une première plaque annulaire (47) supportant au moins une première bobine plate (51, 53) agencée selon au moins un arc de cercle, - au moins une deuxième plaque annulaire (37) supportant des premiers moyens S (41) pour faire varier l'impédance de ladite première bobine plate (51, 53), lesdites première (47) et deuxième (37) plaques annulaires étant adaptées pour être fixées respectivement à des premier (15) et deuxième (3) organes montés rotatifs l'un par rapport à l'autre de manière que la rotation relative desdits organes (15, 3) ait pour effet de faire défiler lesdits premiers moyens de variation d'impédance (41) devant 10 ladite première bobine plate (51, 53), - ledit capteur (13) étant caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites plaques annulaires (37, 47) est formée dans une feuille mince. 2. Capteur (13) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour maintenir un écart constant entre lesdites plaques annulaires (37, 47). 3. Capteur (13) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une première feuille de séparation interposée entre lesdites plaques annulaires (37, 47). 4. Capteur (13) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (15) enfermant lesdites plaques annulaires (37, 47), et en ce qu'il comprend au 20 moins une deuxième feuille de séparation interposée entre ledit boîtier (15) et l'une desdites plaques annulaires (37, 47). 5. Capteur (13) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdites feuilles de séparation sont formée dans un matériau choisi dans le groupe comprenant le feutre et le non-tissé. 6. Capteur (13) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: - ladite première plaque annulaire (47) supporte au moins une deuxième bobine plate (49a, 49b) agencée selon au moins un arc de cercle, en ce que - ledit capteur (13) comprend une troisième plaque annulaire (27) supportant des 30 deuxièmes moyens (29) pour faire varier l'impédance de ladite deuxième bobine plate (49a, 49b), en ce que - ladite troisième plaque annulaire (27) est adaptée pour être fixée à un troisième organe (1) monté rotatif par rapport auxdits premier (15) et deuxième (3) organes de manière que la rotation dudit troisième organe (1) par rapport audit premier organe (3) ait 35 pour effet de faire défiler lesdits deuxièmes moyens de variation d'impédance (29) devant ladite deuxième bobine (49a, 49b), et en ce que il - ladite troisième plaque annulaire (27) est formée dans une feuille mince. 7. Capteur (13) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite deuxième plaque annulaire (37) comprend des troisièmes moyens (39a, 39b) pour faire varier l'impédance de ladite deuxième bobine (49a, 49b), lesdits troisièmes moyens de 5 variation d'impédance (39a, 39b) étant disposés de manière à fonctionner en couplage avec lesdits deuxièmes moyens de variation d'impédance (29). 8. Capteur (13) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de variation d'impédance (29, 39a, 39b, 41) comprennent des éléments métalliques. 9. Capteur (13) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite première plaque annulaire (47) est recouverte d'une couche noyau, et en ce que lesdits moyens de variation d'impédance (29, 39a, 39b, 41) comprennent des aimants. 10. Colonne de direction, caractérisée en ce qu'elle comprend un capteur 15 conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.