Brevet FR2849691A1 — publié le 20040709

La présente invention concerne le domaine technique des capteurs magnétiques adaptés pour repérer la position d'un mobile se déplaçant linéairement selon un axe de translation. 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 linéaire dont la position doit être connue et faisant partie, par exemple, d'une boîte de vitesses automatique, d'un embrayage piloté, d'une suspension, 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 adaptés pour connaître la position linéaire d'un mobile se déplaçant en translation. Cependant, la plupart des capteurs de position connus présentent l'inconvénient de posséder un encombrement important selon la direction de déplacement du mobile, de l'ordre, en général, de deux fois la course maximale du mobile dont la position est 15 à déterminer. Il apparaît donc le besoin de disposer d'un capteur de position linéaire présentant dans la direction de déplacement de l'organe mobile, un encombrement limité de l'ordre de la longueur de la course maximale du mobile se déplaçant en translation, voire plus faible que cette course maximale. L'objet de la présente invention vise donc à atteindre cet objectif en proposant un capteur adapté pour déterminer les positions linéaires d'un mobile se déplaçant en translation et présentant dans la direction de déplacement du mobile, un encombrement limité, en particulier de l'ordre de la longueur de la course maximale dudit mobile. Un autre objet de l'invention vise à proposer un capteur de position de conception simple et économique. Pour atteindre de tels objectifs, l'objet de l'invention concerne un capteur magnétique pour déterminer la position d'un mobile se déplaçant linéairement selon un axe de translation. Selon l'invention, le capteur magnétique comporte: * un système de transformation du mouvement linéaire du mobile en un mouvement de rotation avec un angle de rotation qui est une fonction en arc sinus de la position linéaire du mobile, * et un aimant possédant une induction magnétique selon une direction 5 donnée et au moins une cellule de mesure montée pour être sensible à la direction de l'induction magnétique créée par l'aimant, la cellule ou l'aimant étant fixe tandis que respectivement l'aimant ou la cellule est guidé en rotation selon un axe de rotation et entraîné en rotation autour de l'axe par le système de transformation de mouvement, de sorte que la 10 cellule mesure linéairement le sinus de l'angle de rotation de l'aimant mobile ou de la cellule mobile et délivre ainsi un signal électrique qui varie linéairement en fonction de la position du mobile en translation. Selon une caractéristique préférée de réalisation: * l'aimant est guidé en rotation selon un axe de rotation et entraîné en 15 rotation autour de son axe de rotation par le système de transformation, l'aimant possédant une induction magnétique orientée selon une direction perpendiculaire à l'axe de rotation, * la cellule de mesure sensible à la direction de l'induction magnétique créée par l'aimant est positionnée de manière fixe par rapport à l'aimant 20 de manière à mesurer linéairement le sinus de l'angle de rotation de l'aimant de sorte que le signal électrique délivré par la cellule varie linéairement en fonction de la position du mobile en translation. 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 fig. 1 est un schéma illustrant le principe du capteur magnétique conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue partielle d'une première variante de réalisation du capteur selon l'invention. La fig. 3 est une vue partielle d'une deuxième variante de réalisation du capteur selon l'invention. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 1, l'objet de l'invention concerne un capteur magnétique 1 adapté pour déterminer la position d'un mobile 2, au sens général, se déplaçant linéairement selon un axe de translation T. Le mobile 2 est constitué par tout type d'organe ayant une course linéaire faisant partie de 5 préférence, mais non exclusivement, d'un dispositif équipant un véhicule automobile. Conformément à l'invention, le capteur magnétique 1 comporte un système 4 permettant de transformer le mouvement linéaire du mobile 2 en un mouvement de rotation avec un angle de rotation A qui est une fonction en arc sinus de la position 10 linéaire P du mobile 2 le long de son axe T. Dans l'exemple de réalisation illustré à la fig. 1, le système de transformation 4 du mouvement linéaire du mobile 2 en un mouvement de rotation est réalisé par l'intermédiaire d'un levier 6 dont une extrémité 7 est sollicitée par le mobile 2 se déplaçant en translation. Le levier 6 comporte une deuxième extrémité 8 montée, dans l'exemple de 15 réalisation illustré à la fig. 1, solidaire d'un aimant 11 guidé en rotation par des moyens connus, non représentés, selon un axe de rotation X s'étendant perpendiculairement au plan de la feuille à la fig. 1. La distance entre l'axe de rotation X de l'aimant 11 et l'extrémité 7 sollicitée par le mobile 2 est notée L. L'angle de rotation ou la variation angulaire noté A de l'aimant 11 est tel que A = 20 arcsin (P/L). L'angle de rotation A de l'aimant 11 est donc une fonction en arc sinus de la position linéaire du mobile 2. Bien entendu, la liaison entre le mobile 2 et le levier 6 est réalisée de toute manière appropriée, par exemple, par l'intermédiaire d'une liaison pivot. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le levier 6 possède 25 une longueur L supérieure à la moitié de la course maximale du mobile 2 de manière que l'angle de rotation A de l'aimant soit inférieur à 1800. Dans l'exemple de réalisation illustré à la fig. 1, l'aimant 11 possède une induction magnétique représentée par les flèches B, orientée selon une direction perpendiculaire à l'axe de rotation X. La direction du flux magnétique à la périphérie 30 de l'aimant 11 est également dirigée selon cette direction perpendiculaire de sorte qu'elle suit la même variation angulaire que celle A de l'aimant 11. Dans l'exemple illustré à la fig. 2, l'aimant 11 est constitué sous la forme d'un cylindre dont l'axe longitudinal constitue l'axe de rotation X. Cet aimant cylindrique 11 possède une induction magnétique représentée par les flèches B, orientée selon une direction parallèle au diamètre de l'aimant et perpendiculaire à l'axe de rotation X. Le capteur magnétique 1 selon l'invention comporte également au moins une cellule de mesure 13 sensible au moins à la direction de l'induction magnétique créée par l'aimant 11. La cellule de mesure 13 est donc positionnée au voisinage de l'aimant 11 pour être sensible au flux magnétique crée à l'extérieur de l'aimant par 10 ce dernier. Dans l'exemple de réalisation illustré, la cellule de mesure 13 est montée de manière fixe par rapport à l'aimant 11 monté tournant. La cellule de mesure 13 est constituée, par exemple, par une cellule à effet hall ou par un élément magnétorésistif. La cellule de mesure 13 est donc sensible à la direction de l'induction magnétique par rapport au plan de l'élément sensible, voire également à la valeur du 15 flux d'induction magnétique dans le cadre de la mise en oeuvre d'une cellule à effet hall. En d'autres termes, la cellule de détection 13 est sensible uniquement à la composante orthogonale de l'induction par rapport à l'élément sensible. La cellule de mesure 13 mesure ainsi le sinus de l'angle de rotation A de l'aimant 11 dans la 20 mesure o la variation angulaire du flux magnétique à l'extérieur de l'aimant correspond à la variation angulaire A de l'aimant 11. La cellule 13 sensible délivre donc un signal électrique qui varie linéairement en fonction de la position P du mobile 2 en translation, puisque la variation angulaire A de l'aimant 11 est une fonction en arc sinus de la position linéaire P du mobile 2. 25 Dans l'exemple de réalisation illustré dans lequel le système de transformation du mouvement est constitué par un levier, le signal de sortie S délivré par la cellule de mesure 13 est donc tel que: S = F[sin(arc sin(P/L)]. En pratique, le signal de sortie S est tel que: S = Z + Y.sin(arcsin(P/L)) Z + (Y/L).P. Le terme Z est un terme d'offset propre à la cellule de mesure 13 et généralement programmable en fonction des besoins de l'application du capteur. Le terme Y est un terme de pente propre à la cellule de mesure et généralement programmable en fonction des besoins de l'application du capteur. La longueur L du bras de levier permettant l'entraînement en rotation de l'aimant 11 est un terme de pente qui permet également de définir la course angulaire de rotation de l'aimant 11 en fonction de la course linéaire de translation du mobile. Le signal électrique S délivré par la cellule de mesure 13 varie donc linéairement en fonction de la position du mobile en translation. Bien entendu, il est clair qu'il peut être obtenu la même fonction en intervertissant les positions de la cellule de mesure 13 et l'aimant 11. Selon cette variante, l'aimant 11 est monté fixe tandis que la cellule de mesure 13 est entraînée en rotation par le levier 6. Dans le 10 même sens, la description qui précède décrit un levier comme système de transformation 4 d'un mouvement linéaire en un mouvement de rotation avec un angle de rotation qui est une fonction en arcsinus de la position linéaire du mobile. Il est clair qu'un tel système de transformation de mouvement peut être réalisé de manière différente telle que par exemple, par un système pignon-crémaillère à profil 15 adapté pour obtenir la transformation en arcsinus. Le capteur 1 conforme à l'invention offre l'avantage d'être peu encombrant dans sa dimension parallèle à l'axe de translation du mobile et se trouve peu sensible aux dispersions de fabrication, de montage ou d'utilisation. Ainsi, le corps du capteur 1, à l'exclusion du levier 6, peut présenter un encombrement inférieur à la course 20 maximale à mesurer. La fig. 3 illustre une seconde variante de réalisation du capteur 1 dans lequel l'aimant 11 est constitué sous la forme d'un anneau dont l'axe central X constitue l'axe de rotation. Cet anneau aimanté 11 présente une induction magnétique orientée selon une direction parallèle au diamètre de l'anneau et perpendiculaire à l'axe de 25 rotation X. Une cellule de mesure 13 est positionnée au centre de cet anneau aimanté 11. Le fonctionnement d'un tel capteur est identique au fonctionnement du capteur décrit en relation des rig. 1 et 2. Selon une caractéristique préférée de réalisation, l'anneau aimanté 11 est entouré d'une culasse magnétique annulaire 15 constituant un circuit magnétique 30 fermé. La présence d'un circuit magnétique 15 fermé rend l'aimant 11 insensible à l'environnement puisque la totalité du flux qu'il génère se referme dans un tel circuit, et augmente ainsi l'induction mesurée grâce à la diminution de la réluctance de bouclage. 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) se déplaçant linéairement selon un axe de translation (T), caractérisé en ce qu'il comporte: * un système (4) de transformation du mouvement linéaire du mobile (2) 5 en un mouvement de rotation avec un angle de rotation (A) qui est une fonction en arcsinus de la position linéaire (P) du mobile, * et un aimant (11) possédant une induction magnétique selon une direction donnée et au moins une cellule (13) de mesure montée pour être sensible à la direction de l'induction magnétique créée par l'aimant (11), 10 la cellule (13) ou l'aimant (11) étant fixe tandis que respectivement l'aimant (11) ou la cellule (13) est guidé en rotation selon un axe de rotation (X) et entraîné en rotation autour de l'axe par le système de transformation de mouvement (4), de sorte que la cellule (13) mesure linéairement le sinus de l'angle de rotation (A) de l'aimant mobile ou de 15 la cellule mobile et délivre ainsi un signal électrique qui varie linéairement en fonction de la position (P) du mobile en translation. 2 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que: * l'aimant (11) est guidé en rotation selon un axe de rotation (X) et entraîné en rotation autour de son axe de rotation par le système de transformation 20 (4), l'aimant (11) possédant une induction magnétique orientée selon une direction perpendiculaire à l'axe de rotation (X), * et en ce que la cellule de mesure (13) sensible à la direction de l'induction magnétique créée par l'aimant est positionnée de manière fixe par rapport à l'aimant (11) de manière à mesurer linéairement le sinus de 25 l'angle de rotation de l'aimant (11) de sorte que le signal électrique délivré par la cellule (13) varie linéairement en fonction de la position (P) du mobile en translation. 3 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce le système de transformation (4) du mouvement linéaire du mobile (2) en un mouvement de 30 rotation est réalisé par un levier (6) dont une extrémité (8) est montée solidaire de l'aimant (11) tandis que l'autre extrémité (7) est sollicitée par le mobile (2) se déplaçant en translation. 4 - Capteur magnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le levier (6) possède une longueur (L) supérieure à la moitié de la course maximale du mobile (2). - Capteur magnétique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le 5 signal électrique délivré par la cellule de mesure (13) varie linéairement en fonction de la position (P) du mobile (2) en translation divisée par la longueur (L) du levier (6). 6 - Capteur magnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal électrique délivré par la cellule de mesure est de la forme: Z + (Y/L).P, avec Z 10 correspondant à l'offset de la cellule de mesure et Y correspondant à un terme de pente de la cellule de mesure, avec L correspondant à la longueur du levier et P, la position du mobile. 7 - Capteur magnétique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'aimant (11) est constitué sous la forme d'un anneau dont l'axe central constitue 15 l'axe de rotation (X) et dont l'induction magnétique est orientée selon une direction parallèle au diamètre de l'anneau, et en ce que la cellule de mesure (13) est positionnée au centre de cet anneau aimanté. 8 - Capteur magnétique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une culasse magnétique annulaire (15) entourant l'anneau aimanté (11) pour 20 constituer un circuit magnétique fermé. 9 - Capteur magnétique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'aimant (11) est constitué sous la forme d'un cylindre dont l'axe longitudinal constitue l'axe de rotation (X) et avec une induction magnétique orientée selon une direction parallèle au diamètre du cylindre aimanté et en ce qu'au moins une cellule 25 de mesure (13) est montée au voisinage du cylindre aimanté.