Brevet FR2856474A1 — publié le 20041224

La présente invention concerne le domaine technique des capteurs magnétiques sans contact adaptés pour repérer la position d'un mobile évoluant selon un axe de déplacement, de préférence linéaire. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse 5 mais non exclusivement dans le domaine des véhicules automobiles en vue d'équiper différents organes à déplacement en particulier linéaire dont la position doit être connue et faisant partie, par exemple, d'une boîte de vitesses automatique, d'une suspension, d'un embrayage piloté, d'une direction assistée, d'un système de réglage d'assiette, etc. Dans l'état de la technique, il existe de nombreux types de capteurs sans contact adaptés pour connaître la position linéaire d'un mobile se déplaçant en translation. Par exemple, le brevet US 4 810 965 décrit un capteur magnétique comportant un circuit magnétique fermé comportant une pièce polaire en forme de U pourvue, entre ses deux extrémités libres, d'un aimant créant une induction 15 magnétique selon une direction perpendiculaire à la surface de la pièce polaire. Une cellule de mesure mobile est montée entre les branches de la pièce polaire pour mesurer la valeur de l'induction magnétique en relation de la surface de la pièce polaire. Une telle cellule mesure ainsi l'intensité de l'induction magnétique de fuite apparaissant entre les deux branches de la pièce polaire, l'intensité de cette induction 20 magnétique de fuite variant à la surface de la pièce polaire selon l'axe de translation de la cellule de mesure. Un tel capteur comporte également des moyens de traitement du signal de sortie délivré par la cellule de mesure afin de déterminer la position linéaire du mobile le long de l'axe de translation. Le capteur décrit par ce brevet nécessite la réalisation d'un circuit magnétique 25 fermé, ce qui constitue une contrainte de fabrication augmentant son coût. Par ailleurs, le guidage de la cellule de mesure doit être relativement précis puisque la cellule évolue entre deux surfaces polaires. De plus, la mobilité de la cellule de mesure pose des problèmes notamment de raccordement électrique à l'électronique de traitement. L'objet de la présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un capteur magnétique sans contact adapté pour déterminer les positions d'un mobile évoluant selon un axe de déplacement et de conception simple, économique et pouvant fonctionner avec un large entrefer. Pour atteindre un tel objectif, le capteur magnétique comporte: - un circuit magnétique comportant des moyens de création d'un flux 5 magnétique selon une direction perpendiculaire à l'axe de déplacement et à la surface d'au moins une première pièce polaire à partir de laquelle apparaît un flux magnétique de fuite, l'intensité de ce flux magnétique de fuite variant à la surface de la pièce polaire selon l'axe de déplacement, - au moins une première cellule de mesure montée dans le circuit 10 magnétique et apte à mesurer la valeur du flux magnétique en relation de la surface de la pièce polaire, - des moyens de traitement du signal de sortie délivré par la cellule de mesure pour déterminer la position du mobile le long de l'axe de déplacement. Selon l'invention: - le circuit magnétique est ouvert en délimitant au moins un entrefer, - les moyens de création du flux magnétique sont montés déplaçables par le mobile en délimitant au moins un entrefer avec la pièce polaire, - la cellule de mesure est montée de manière fixe dans le circuit magnétique à proximité d'un point extrême de déplacement de manière à mesurer le flux 20 magnétique délivré par les moyens de création diminué du flux magnétique de fuite. Selon une variante préférée de réalisation, le capteur magnétique comporte une deuxième cellule de mesure montée de manière fixe dans le circuit magnétique à proximité de l'autre point extrême de déplacement de manière à mesurer le flux magnétique délivré par les moyens de création diminué du flux magnétique de fuite. 25 Avantageusement, les moyens de création du flux magnétique sont montés déplaçables en translation. Selon un premier exemple de réalisation, les moyens de traitement calculent, pour déterminer la position du mobile, la différence entre les signaux de sortie délivrés par la première et la deuxième cellules de mesure. Selon un deuxième exemple de réalisation, les moyens de traitement calculent, pour déterminer la position du mobile, la différence entre les signaux de sortie délivrés par la première et la deuxième cellules de mesure, divisée par la somme des signaux de sortie délivrés par la première et la deuxième cellules de mesure. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, les moyens de traitement comportent des moyens pour analyser chaque signal de sortie de façon indépendante 5 ou combinée en vue d'établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement de chaque cellule de mesure. Avantageusement, les moyens de création du flux magnétique sont constitués par un élément annulaire aimanté radialement dont l'axe est parallèle à l'axe de translation. Selon une autre forme de réalisation, les moyens de création du flux magnétique sont constitués par une série d'au moins quatre aimants dont les directions d'aimantation sont décalées deux à deux de 90 . Selon certaines applications, le circuit magnétique ouvert comporte une deuxième pièce polaire disposée en regard de la première pièce polaire en délimitant 15 avec cette dernière un entrefer. Selon cette variante de réalisation la deuxième pièce polaire est pourvue des moyens de création du flux magnétique. Par exemple, cette deuxième pièce polaire est formée par un élément tubulaire équipé de l'élément annulaire aimanté radialement. Avantageusement, l'une ou l'autre des pièces polaires possède(nt) un profil plan adapté pour améliorer la linéarité du signal de sortie délivré par les cellules de mesure. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des 25 formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 1 est une vue schématique montrant le principe d'un capteur conforme à l'invention. La Figure 2 est une vue schématique en perspective montrant une variante préférée de réalisation du capteur conforme à l'invention. Les Figures 3 et 4 sont des vues en perspective montrant diverses formes de réalisation des moyens de création d'un flux magnétique. Les Figures 5 et 6 illustrent deux variantes de réalisation de profil de pièces polaires pouvant être mises en oeuvre par un capteur conforme à l'invention. Les Figures 7 et 8 sont des vues en perspective de deux variantes de réalisation du capteur conforme à l'invention. Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 1 et 2, l'objet de l'invention concerne un capteur magnétique 1 adapté pour déterminer la position d'un mobile 2 au sens général se déplaçant selon un axe de déplacement T qui dans l'exemple illustré est un axe de translation. Le mobile 2 est constitué par tout type d'organes ayant dans l'exemple illustré une course linéaire faisant partie, de préférence, mais 10 non exclusivement, d'un dispositif équipant un véhicule automobile. Dans la suite de la description, le mobile 2 est considéré comme ayant une course linéaire mais il est clair que l'objet de l'invention peut s'appliquer pour un mobile 2 ayant une course de déplacement différente par exemple circulaire. D'une manière générale, le mobile 2 évolue selon l'axe de déplacement T entre deux points extrêmes notés Pl et P2 dans 15 l'exemple illustré à la Fig. 1. Le capteur 1 comprend un circuit magnétique fixe 3 comportant des moyens 4 de création d'un flux magnétique selon une direction fi perpendiculaire à l'axe de translation T. Le circuit magnétique 3 comporte également au moins une première pièce polaire 5 présentant une surface 6 s'étendant sensiblement perpendiculairement 20 à la direction fi du flux magnétique et parallèlement à l'axe de translation T. Conformément à l'invention, les moyens 4 de création du flux magnétique sont montés déplaçables par le mobile 2 en délimitant avec la première pièce polaire 5 un entrefer 8. De préférence, les moyens de création du flux magnétique 4 sont constitués par un aimant faisant partie ou rapporté de toute manière appropriée sur le 25 mobile 2 dont la position est à déterminer selon l'axe de déplacement T. L'aimant 4 délivre ainsi un flux magnétique orienté perpendiculairement à la surface 6 de la première pièce polaire 5. Il est à noter que la pièce polaire 5 présente une longueur au moins égale à la course à mesurer du mobile 2 déterminée entre les points extrêmes Pl et P2. Par ailleurs, comme cela ressortira de la description qui suit, la première 30 pièce polaire 5 est réalisée dans un matériau adapté pour limiter l'effet d'hystérésis et selon des dimensions appropriées pour ne pas atteindre sa valeur de saturation magnétique. Selon une caractéristique de l'invention, le capteur 1 comporte au moins une première cellule de mesure 11 montée dans le circuit magnétique 3 et apte à mesurer la valeur du flux magnétique en relation de la première pièce polaire 5. Une telle cellule de mesure 11 comme par exemple une cellule à effet hall est apte à mesurer, à 5 une position déterminée fixe, les variations de la valeur du flux magnétique circulant dans le circuit magnétique. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, la cellule de mesure 11 est montée à proximité d'un point extrême de déplacement P2. Plus précisément la cellule de mesure 11 est montée en dehors de la course du mobile 2 et à proximité d'un point extrême de déplacement. Il doit être compris que la cellule 11 mesure le flux magnétique délivré par l'aimant 4 diminué du flux magnétique de fuite dont certaines lignes de champ F ont été représentées à la Fig. 1. La cellule 11 mesure ainsi le flux magnétique résiduel à une extrémité de déplacement, ce flux magnétique résiduel étant égal au flux total de l'aimant 4 diminué du flux magnétique de fuite direct entre le circuit magnétique 3 et 15 l'aimant 4. Dans la mesure o le flux de fuite dépend de façon monotone de la position relative entre l'aimant 4 et la cellule 11, le signal de sortie délivré par la cellule 11 donne une information de la position de l'aimant 4, et par suite du mobile 2 selon l'axe de translation T. Bien entendu, la mesure est possible si le circuit magnétique et en particulier la pièce polaire 5 n'est pas saturée. Le signal de sortie 20 délivré par la cellule de mesure 11 est transmis à des moyens de traitement du signal, non représentés mais connus en soi, permettant de déterminer la position linéaire du mobile 2 le long de l'axe de déplacement T. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le capteur 1 comporte une deuxième cellule de mesure 13 montée de manière fixe dans le circuit magnétique 3 25 à proximité de l'autre point extrême, à savoir P1 dans l'exemple illustré à la Fig. 2. Comme expliqué ci-dessus, les cellules 11 et 13 sont placées en dehors de la course délimitée entre les points Pl et P2. Cette deuxième cellule de mesure 13 est apte également à mesurer le flux magnétique délivré par l'aimant 4 diminué du flux magnétique de fuite. Il est à noter que dans les exemples illustrés, les cellules de 30 mesure 11, 13 sont fixées sur la pièce polaire 5. Bien entendu, les cellules de mesure 11, 13 peuvent être placés à proximité des points extrêmes Pl et P2 sans être en contact direct avec la pièce polaire 5. La réalisation d'un capteur magnétique 1 comportant deux cellules de mesure 11, 13 permet d'obtenir une structure différentielle de mesure en vue d'améliorer la linéarité du signal de sortie des cellules de mesure. Selon une première variante de réalisation, il peut être envisagé que les moyens 5 de traitement calculent, pour déterminer la position du mobile, la différence entre les signaux de sortie délivrés la première 11 et deuxième 13 cellules de mesure. Selon une autre caractéristique de réalisation, il peut être envisagé que les moyens de traitement calculent, pour déterminer la position du mobile 2, la différence entre les signaux de sortie délivrés par la première 11 et la deuxième 13 10 cellules de mesure, divisée par la somme des signaux de sortie délivrés par la première 11 et la deuxième 13 cellules de mesure. Un tel traitement permet d'obtenir un signal de sortie qui est peu sensible aux dérives des signaux délivrés par les cellules 11, 13 dues par exemple à des variations d'entrefer ou de température. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de traitement 15 comportent des moyens pour analyser chaque signal de sortie de façon indépendante ou combinée en vue d'établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement de chaque cellule de mesure 11, 13. Ainsi, par exemple il peut être détecté un état défectueux pour une cellule qui délivre un signal qui ne se trouve pas compris dans une plage de valeurs prédéfinies. De même, si la somme des signaux délivrés par les cellules est 20 en dehors d'un intervalle déterminé, un état défectueux est détecté. Dans le même sens, dans la mesure o les signaux délivrés par les deux cellules sont indépendants mais symétriques de part et d'autre de la position de l'aimant 4, une telle caractéristique peut être analysée pour détecter l'état de fonctionnement des cellules de mesure 11, 13. Dans l'exemple illustré aux Fig. 1 et 2, les moyens de création d'un flux magnétique 4 sont réalisés par l'intermédiaire d'un aimant dont la direction d'aimantation est perpendiculaire à la surface 6 de la première pièce polaire 5. Dans le cas o le mobile 2 subit également une rotation selon l'axe T, il peut être envisagé de réaliser, comme illustré à la Fig. 3, les moyens de création du flux magnétique 4 30 par l'intermédiaire d'un élément annulaire 14 aimanté radialement dont l'axe A est parallèle à l'axe de déplacement T. Dans l'exemple illustré à la Fig. 4, Les moyens 4 de création du flux magnétique sont constitués par une série d'au moins quatre aimants 15 dont les directions d'aimantation sont décalées deux à deux de 90 . Selon une caractéristique avantageuse illustrée plus précisément aux Fig. 5 et 6, la pièce polaire 5 peut posséder un profil plan adapté pour améliorer la linéarité du 5 signal de sortie délivré par les cellules de mesure 11, 13. Par exemple, la pièce polaire 5 peut présenter une surface symétrique constituée par deux troncs de cône montés tête bêche avec leurs plus grandes bases jointives (Fig. 5) ou avec leurs petites bases jointives (Fig. 6). La Fig. 7 illustre une autre variante de réalisation du capteur mettant en oeuvre 10 une deuxième pièce polaire 18 identique ou non à la première pièce polaire 5 permettant de limiter les fuites magnétiques, c'est-àdire permettant de canaliser le flux magnétique dans le circuit magnétique 3. Dans l'exemple illustré à la Fig. 7, la deuxième pièce polaire 18 comporte une surface plane disposée en regard de la première pièce polaire 5 en délimitant avec cette dernière un entrefer 19 à l'une de 15 son extrémité. L'autre extrémité de cette deuxième pièce polaire 18 est équipée de l'aimant 4 qui délimite également un entrefer réduit 8 avec la première pièce polaire 5. La Fig. 8 illustre une autre forme de réalisation de la deuxième pièce polaire 18 réalisée par un élément tubulaire sur lequel est monté l'élément annulaire aimanté 20 radialement 14 tel qu'illustré à la Fig. 3. Cette deuxième pièce polaire 18 délimite également un entrefer 19 avec la première pièce polaire 5. 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 magnétique pour déterminer la position d'un mobile (2) évoluant selon un axe de déplacement (T) entre deux points extrêmes (P1, P2), le capteur comportant: - un circuit magnétique (3) comportant des moyens (4) de création d'un flux magnétique selon une direction perpendiculaire à l'axe de déplacement (T) et à la surface d'au moins une première pièce polaire (5) à partir de laquelle apparaît un flux magnétique de fuite, l'intensité de ce flux magnétique de fuite variant à la surface de la pièce polaire selon l'axe de déplacement (T), - au moins une première cellule de mesure (11) montée dans le circuit magnétique (3) et apte à mesurer la valeur du flux magnétique en relation de la surface de la pièce polaire, - des moyens de traitement du signal de sortie délivré par la cellule de mesure (11) pour déterminer la position linéaire du mobile le long de l'axe de 15 déplacement, caractérisé en ce que: - le circuit magnétique (3) est ouvert en délimitant au moins un entrefer (8), - les moyens de création d'un flux magnétique (4) sont montés déplaçables par le mobile (2) en délimitant au moins un entrefer (8) avec la pièce polaire, - la cellule de mesure (11) est montée de manière fixe dans le circuit 20 magnétique (3) à proximité d'un point extrême de déplacement de manière à mesurer le flux magnétique délivré par les moyens de création (4) diminué du flux magnétique de fuite. 2 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième cellule de mesure (13) montée de manière fixe dans le circuit 25 magnétique (3) à proximité de l'autre point extrême de déplacement de manière à mesurer le flux magnétique délivré par les moyens de création (4) diminué du flux magnétique de fuite. 3 - Capteur magnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de création d'un flux magnétique (4) sont montés déplaçables en translation. 30 4 - Capteur magnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de traitement calculent, pour déterminer la position du mobile (2), la différence entre les signaux de sortie délivrés par la première (11) et la deuxième (13) cellules de mesure. 5- Capteur magnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de traitement calculent, pour déterminer la position du mobile (2), la 5 différence entre les signaux de sortie délivrés par la première (11) et la deuxième (13) cellules de mesure, divisée par la somme des signaux de sortie délivrés par la première et la deuxième cellules de mesure. 6 - Capteur magnétique selon la revendication 1, 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent des moyens pour analyser chaque signal de sortie 10 de façon indépendante ou combinée en vue d'établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement de chaque cellule de mesure (11, 13). 7- Capteur magnétique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de création d'un flux magnétique (4) sont constitués par un élément annulaire (14) aimanté radialement dont l'axe est parallèle à l'axe de déplacement en 15 translation. 8 - Capteur magnétique selon l'une des revendications 1 à 6,caractérisé en ce que les moyens de création d'un flux magnétique sont constitués par une série d'au moins quatre aimants (15) dont les directions d'aimantation sont décalées deux à deux de 900. 9- Capteur magnétique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit magnétique ouvert (3) comporte une deuxième pièce polaire (18) disposée en regard de la première pièce polaire (5) en délimitant avec cette dernière un entrefer (19). - Capteur magnétique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la 25 deuxième pièce polaire (18) est pourvue des moyens de création du flux magnétique (4). 11 - Capteur magnétique selon les revendications 5 et 9, caractérisé en ce que la deuxième pièce polaire (18) est formée par un élément tubulaire équipé de l'élément annulaire aimanté radialement (14). 12 - Capteur magnétique selon la revendication 1 ou 8, caractérisé en ce que l'une ou l'autre des pièces polaires (5, 18) possède(nt) un profil plan adapté pour améliorer la linéarité du signal de sortie délivré par les cellules de mesure (11, 13).