Brevet FR2853409A1 — publié le 20041008

La présente invention concerne le domaine technique des capteurs magnétiques sans contact 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'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 type de capteurs adaptés pour connaître la position linéaire d'un mobile se déplaçant en translation. Par exemple, la demande de brevet français 2 790 551 décrit un capteur magnétique de mesure de la position d'un mobile se déplaçant linéairement selon un axe de translation. Ce capteur comporte un ou d'une manière générale deux circuits magnétiques dans 15 lesquels est créée une induction magnétique s'étendant selon une direction perpendiculaire à l'axe de translation. Ce ou ces circuits magnétiques comporte(nt) d'une part, une pièce polaire fixe et d'autre part, une pièce polaire mobile de forme triangulaire délimitant un entrefer de largeur constante incliné par rapport à l'axe de translation et dont la position par 20 rapport à la pièce polaire fixe est représentative de la position du mobile. Cette pièce polaire mobile fait partie d'un chariot guidé en coulissement et relié au mobile dont la position est à mesurer. Un tel capteur comporte également une cellule de mesure montée dans le circuit magnétique, sensible à la valeur du flux d'induction magnétique et apte à mesurer les variations de la valeur du flux d'induction 25 magnétique consécutives aux variations de réluctance du circuit magnétique permettant de déterminer la position linéaire du mobile le long de l'axe de translation. Un inconvénient majeur de ce capteur est de nécessiter une liaison entre la partie mobile du capteur et le mobile dont la position est à mesurer. Par ailleurs, la 30 linéarité d'un tel capteur dépend directement d'une part, de la largeur constante de l'entrefer et d'autre part, de la forme du chariot mobile. Or, il s'avère, en pratique, très difficile de réaliser un tel entrefer à largeur constante de sorte qu'un tel capteur ne permet pas de délivrer un signal de sortie linéaire. Ainsi, un tel capteur apparaît très sensible au positionnement du chariot mobile par rapport à la cellule de mesure. Enfin, un tel capteur pour offrir une bonne précision, doit présenter deux circuits magnétiques différentiels associés chacun à une cellule de mesure et à des circuits électroniques de traitement sophistiqués. 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 linéaires d'un mobile se déplaçant en translation, ne nécessitant pas de modifications majeures du mobile, ni de liaison avec ledit mobile. 10 Un autre objet de l'invention vise à proposer un capteur de position de conception simple, économique et pouvant être mise en oeuvre avec de nombreux types de mobile. Un autre objet de l'invention est de proposer un capteur de position adapté pour délivrer un signal de sortie linéaire en fonction du déplacement en translation du 15 mobile. Pour atteindre de tels objectifs, le capteur magnétique selon l'invention comporte un circuit magnétique fixe délimitant: * un circuit magnétique dans lequel est créée au moins une induction magnétique selon une direction perpendiculaire à l'axe, * une cellule de mesure montée dans le circuit magnétique, sensible à la valeur du flux d'induction magnétique et apte à mesurer les variations de la valeur du flux d'induction magnétique consécutives aux variations de réluctance du circuit magnétique de manière à déterminer la position linéaire du mobile le long de l'axe de translation. Selon l'invention, le capteur comporte un unique circuit magnétique fixe délimitant entre deux pièces polaires fixes: * un entrefer de variation dans lequel est créée au moins une induction magnétique s'étendant sur une longueur parallèle à l'axe de translation et au moins égale à la course à mesurer du mobile, l'entrefer de variation 30 étant adapté pour permettre le déplacement linéaire du mobile qui est pourvu de moyens de modification de la réluctance dudit entrefer de variation, indépendants mécaniquement dudit capteur, et un entrefer de mesure dans lequel est montée la cellule de mesure. Selon une caractéristique de réalisation permettant un fonctionnement autour du zéro magnétique, le circuit magnétique délimite un entrefer de variation dans lequel est créée une première induction magnétique s'étendant sur une longueur 5 donnée parallèle à l'axe de translation et selon un sens de la direction perpendiculaire à l'axe et une deuxième induction magnétique, s'étendant à côté de la première induction sur une longueur donnée parallèle à l'axe de translation et selon un sens opposé à la première induction, la somme des longueurs étant au moins égale à la course à mesurer du mobile. Avantageusement, au moins une et de préférence, les deux pièces polaires sont pourvues d'un aimant créant l'induction magnétique selon une direction perpendiculaire à l'axe. Selon une variante de réalisation, l'entrefer de variation permet le déplacement du mobile dont les moyens de modification de la réluctance sont constitués par la 15 partie terminale du mobile délimitée par son extrémité libre. Selon une autre variante de réalisation, l'entrefer de variation permet le déplacement du mobile dont les moyens de modification de la réluctance sont constitués par des parties du mobile présentant des sections de valeur différente. De préférence, l'entrefer de variation permet le déplacement du mobile dont les 20 moyens de modification de la réluctance sont constitués par des parties présentant chacune une section de révolution. Avantageusement, l'entrefer de variation permet le déplacement du mobile dont les moyens de modification de la réluctance sont formés par des zones de section de valeur constante afin d'obtenir une réponse linéaire du capteur. Avantageusement, l'entrefer de variation permet le déplacement du mobile dont une partie du mobile est positionnée de manière à s'étendre à micourse, de manière symétrique par rapport à la ligne de jonction entre les deux zones d'induction magnétiques de sens contraires. Avantageusement, l'entrefer de variation permet le déplacement du mobile 30 dont une partie du mobile est aménagée de manière que le front de jonction entre lesdites parties du mobile s'étende toujours à l'intérieur de la zone d'induction lors de la course du mobile. Un autre objet de l'invention vise à proposer un dispositif pour déterminer la position d'un mobile se déplaçant linéairement selon un axe de translation, caractérisé en ce qu'il comporte: * un capteur conforme à l'invention, * et des moyens de modification de la réluctance équipant le mobile. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 1 est une vue schématique en perspective illustrant un premier 10 exemple de réalisation d'un capteur conforme à l'invention. La Figure 2 est une vue schématique en coupe du capteur illustré à la Figure 1. La Figue 3 est une vue schématique en perspective illustrant une autre variante de réalisation du capteur conforme à l'invention. La Figure 4 illustre de façon schématique une autre variante de réalisation du capteur conforme à l'invention. La Figure 5 est une vue en coupe illustrant une autre variante de réalisation du capteur conforme à l'invention. Tel que cela ressort plus précisément des figures 1 et 2, l'objet de l'invention 20 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 préférence, mais non exclusivement, d'un dispositif équipant un véhicule automobile. Conformément à l'invention, le capteur magnétique 1 comporte un unique circuit magnétique fixe 3 délimitant un entrefer de variation 4 dans lequel est créée au moins une induction magnétique représentée par les flèches Il dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 2. L'induction magnétique Il est dirigée selon une direction perpendiculaire à l'axe de translation T et s'étend sur une longueur ou une 30 zone Z1 donnée parallèle à l'axe de translation T. La zone d'extension Z1 de l'induction magnétique selon l'axe de translation T est au moins égale et de préférence supérieure à la course utile C à mesurer du mobile 2. Le mobile 2 est pourvu de moyens 5 permettant de modifier la réluctance de l'entrefer de variation 4 en fonction de la position du mobile 2 le long de l'axe de translation T. En d'autres termes, le mobile 2 est monté par rapport à l'entrefer de variation 4 de manière que la réluctance de l'entrefer de variation varie en fonction 5 de la position du mobile le long de l'axe de translation T. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de modification de la réluctance 5 sont indépendants mécaniquement du capteur, c'est-à-dire ne sont pas liés au capteur. Les moyens de modification de la réluctance 5 équipant le mobile 2 forment avec le capteur 1, un dispositif complet pour déterminer la position du mobile se déplaçant linéairement 10 selon l'axe de translation T. Le circuit magnétique fixe 3 délimite également un entrefer de mesure 7 dans lequel est destinée à être montée une cellule de mesure non représentée, sensible à la valeur du flux d'induction magnétique. L'entrefer de mesure 7 est aménagé de manière que la cellule puisse mesurer la totalité du flux d'induction magnétique Il 15 circulant dans le circuit magnétique. Une telle cellule de mesure comme par exemple une cellule à effet hall est apte à mesurer les variations de la valeur du flux d'induction magnétique circulant dans le circuit magnétique 3. Ces variations de la valeur du flux d'induction magnétique sont consécutives aux variations de réluctance de l'entrefer de variation 4 qui sont liées à la valeur de pénétration du mobile 2 à 20 l'intérieur de la zone d'extension Z1 permettant ainsi de déterminer la position linéaire du mobile 2 le long de l'axe de translation T. Dans l'exemple de réalisation illustré, le circuit magnétique 3 est constitué par deux pièces polaires fixes 8 montées pour définir entre elles l'entrefer de variation 4 et l'entrefer de mesure 7. Ces deux pièces polaires 8 sont réalisées par exemple dans 25 un matériau magnétique doux. Les pièces polaires 8 sont montées de manière à délimiter l'entrefer de variation 4 qui est adapté pour permettre le déplacement du mobile 2. Dans l'exemple de réalisation illustré, le circuit magnétique fixe 3 présente une section sensiblement rectangulaire dont un côté correspond à l'entrefer de variation 4 tandis que le côté opposé est pourvu de l'entrefer de mesure 7. Selon cet 30 exemple, chaque pièce polaire 8 présente sensiblement une forme en " L " s'étendant symétriquement l'une à l'autre par rapport à un plan de symétrie passant par l'axe de translation T. Les deux pièces polaires 8 sont écartées d'une mesure adaptée pour permettre le déplacement du mobile 2 à l'intérieur de l'entrefer de variation 4 sans qu'il n'y ait de liaison entre le mobile 2 et le capteur. Au moins une et de préférence les deux pièces polaires 8 sont pourvues d'un aimant 11 créant, dans l'entrefer de variation 4, l'induction magnétique Il selon la 5 direction perpendiculaire à l'axe de translation T et sur la zone d'extension Zl. Dans le cas o chaque pièce polaire 8 est équipée d'un aimant 11, les deux aimants 11 sont montés sur les pièces polaires 8 selon des polarités Nord/Sud inversées pour permettre la création de l'induction magnétique Il dans l'entrefer de variation 4 et son rebouclage entre les deux pièces polaires 8. Comme expliqué ci-dessus, le mobile 2 est pourvu de moyens 5 permettant de modifier la réluctance de l'entrefer de variation 4 en fonction de la position du mobile 2 le long de l'axe de translation T. A cet effet, au moins la partie du mobile 2 destinée à s'étendre en relation de l'entrefer de variation 4 est réalisée en matériau magnétique doux. De plus, la partie du mobile 2 destinée à s'étendre dans l'entrefer 15 de variation 4 présente au moins deux sections de valeurs différentes de manière que la réluctance de l'entrefer de variation 4 puisse être modifiée en fonction du niveau de pénétration du mobile 2 à l'intérieur dudit entrefer de variation 4. Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 2, les moyens de modification 5 sont constitués par la partie terminale 21 du mobile 2 qui comporte une section de valeur constante suivie au-delà 20 de son extrémité libre, d'une section de valeur nulle. Ainsi, plus la partie terminale 21 du mobile pénètre à l'intérieur de l'entrefer de variation 4, plus la réluctance de l'entrefer de variation 4 diminue. En d'autres termes, l'extrémité libre de la partie terminale 21 doit être située dans la zone Z1 pour permettre une détection de position. Ainsi, la position variable du mobile 2 dans l'entrefer de variation 4 entraîne 25 une modification de la réluctance dans cet entrefer entraînant une modification du flux d'induction magnétique dans l'entrefer de variation, et par suite dans l'entrefer de mesure 7. Il est à noter que la cellule mesure la variation globale de la réluctance de l'entrefer de variation 4, c'est-à-dire une réluctance dite perturbée correspondant à la partie d'introduction du mobile 2 à l'intérieur de l'entrefer de variation, ajoutée à 30 une réluctance dite non perturbée correspondant au reste de l'entrefer de variation dans lequel le mobile 2 n'est pas présent. Il s'ensuit que la mesure effectuée par la cellule au niveau de l'entrefer de mesure 7 est donc dépendante de la position du mobile 2 le long de l'axe T permettant ainsi de déterminer la position du mobile 2 le long de l'axe de translation T. La cellule de mesure délivre ainsi un signal électrique dont une des caractéristiques (tension, courant, rapport cyclique...) varie linéairement en fonction de la position du mobile 2 le long de l'axe de translation T. Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 2, les moyens de modification 5 sont constitués par l'extrémité libre du mobile 2 se déplaçant linéairement à l'intérieur de l'entrefer de variation 4. Il est à noter que les moyens de modification 5 peuvent être réalisés de manière différente. Par exemple, les moyens de modification 5 peuvent être constitués par deux parties différentes présentant des sections de valeurs non 10 nulles. Dans l'exemple illustré à la figure 3, les moyens de modification 5 comportent une partie modificatrice 51 différente par rapport à une partie adjacente 52. Dans l'exemple illustré à la figure 3, la partie modificatrice 51 est constituée par un motif de section plus importante par rapport à sa partie voisine 52 de valeur réduite. Bien entendu, il pourrait être envisagé que la partie modificatrice 51 présente 15 une section de valeur inférieure par rapport à celle de la partie adjacente 52. Dans la description qui précède des deux exemples de réalisation, les moyens de modification 5 sont réalisés par des zones ou des parties du mobile 2 qui présentent chacune une section de valeur constante (partie terminale 21, partie modificatrice 51 et partie voisine 52). La mise en oeuvre d'un mobile 2 avec des 20 zones de sections de valeurs constantes séparées par un front rectiligne permet au capteur de délivrer un signal de sortie linéaire. En effet, la section ou la forme des parties du mobile destinées à s'étendre à l'intérieur de l'entrefer de variation 4 influe sur la linéarité de réponse du capteur. Aussi, il est possible d'obtenir une réponse non linéaire du capteur, en faisant varier la forme du mobile 2, en réalisant par exemple 25 une partie de section progressive. En d'autres termes, les moyens de modification de la réluctance 5 sont formés dans ce cas, par au moins une zone de section de valeur non constante afin d'obtenir une réponse non linéaire du capteur. De même, selon une forme de réalisation, le mobile 2 et en particulier sa partie pourvue des moyens de modification 5, présente une forme de révolution autour de 30 l'axe de translation T comme illustré à la figure 4. Une telle géométrie de révolution pour les parties 51, 52 permet que le capteur soit peu sensible à la localisation du mobile 2 selon les axes perpendiculaires à l'axe de translation T tout en offrant l'avantage d'être insensible à la position angulaire du mobile autour de cet axe. Il est ainsi possible d'effectuer une mesure de la position en translation le long de son axe T pour un mobile rotatif. Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 5, le capteur magnétique 1 5 selon l'invention permet de fonctionner autour du zéro magnétique. Selon cette variante de réalisation, le circuit magnétique 3 présente un entrefer de variation 4 dans lequel est créée une deuxième induction magnétique 12 s'étendant à côté de la première induction Il sur une longueur donnée Z2 parallèle à l'axe de translation T et selon un sens opposé à la première induction Il. De préférence, cette deuxième 10 induction magnétique 12 est créée par un et de préférence deux aimants 12 placés chacun sur une pièce polaire 8 à côté des aimants 11 créant la première induction magnétique Il. Selon cette variante de réalisation, le mobile 2 est placé de manière à s'étendre à mi-course, de manière symétrique par rapport à la ligne de jonction L entre les deux zones Z1, Z2 des inductions magnétiques Il, 12 de sens contraires. En 15 d'autres termes, le mobile 2 est positionné de manière que le milieu de la partie modificatrice 51 se trouve au niveau de la ligne de jonction L lorsque le mobile 2 occupe la moitié de sa course C. Selon une caractéristique préférée de réalisation, les parties du mobile 2 sont aménagées de manière que le front de jonction entre les parties 51, 52 du mobile 20 s'étende toujours à l'intérieur d'une zone Zl, Z2 lors de la course du mobile 2. Une telle disposition permet de s'affranchir des effets de bord susceptibles d'apparaître si l'extrémité d'une partie du mobile vient à proximité d'une extrémité des zones Z1, Z2. Tel que cela ressort de la description qui précède, le capteur selon l'invention 25 présente l'avantage de pouvoir déterminer la position d'un mobile sans nécessiter une liaison avec le capteur et une modification du mobile se présentant sous la forme d'un axe, par exemple. De par sa conception, un tel capteur est insensible aux défauts de positionnement du mobile selon les directions latérale et verticale, c'est-à-dire selon les directions perpendiculaires à l'axe de translation. 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), le capteur comportant: * un circuit magnétique dans lequel est créée au moins une induction magnétique (Il, 12) selon une direction perpendiculaire à l'axe, * une cellule de mesure montée dans le circuit magnétique, sensible à la valeur du flux d'induction magnétique et apte à mesurer les variations de la valeur du flux d'induction magnétique consécutives aux variations de réluctance du circuit magnétique de manière à déterminer la position 10 linéaire du mobile (2) le long de l'axe de translation (T), caractérisé en ce qu'il comporte un unique circuit magnétique fixe délimitant entre deux pièces polaires fixes: * un entrefer de variation (4) dans lequel est créée au moins une induction magnétique (Il, I2) s'étendant sur une longueur parallèle à l'axe de 15 translation (T) et au moins égale à la course à mesurer (C) du mobile, l'entrefer de variation (4) étant adapté pour permettre le déplacement linéaire du mobile (2) qui est pourvu de moyens (5) de modification de la réluctance dudit entrefer de variation, indépendants mécaniquement dudit capteur, * et un entrefer de mesure (7) dans lequel est montée la cellule de mesure. 2 - Capteur magnétique caractérisé en ce que le circuit magnétique (3) délimite un entrefer de variation (4) dans lequel est créée une première induction magnétique (Il) s'étendant sur une longueur donnée (ZI) parallèle à l'axe de translation (T) et selon un sens de la direction perpendiculaire à l'axe et une deuxième induction 25 magnétique (12), s'étendant à côté de la première induction (Il) sur une longueur donnée (Z2) parallèle à l'axe de translation et selon un sens opposé à la première induction, la somme des longueurs (Zi, Z2) étant au moins égale à la course à mesurer (C) du mobile. 3 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins 30 une et de préférence, les deux pièces polaires (8) sont pourvues d'un aimant (11, 12) créant l'induction magnétique selon une direction perpendiculaire à l'axe. 4 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrefer de variation (4) permet le déplacement du mobile (2) dont les moyens de modification de la réluctance (5) sont constitués par des parties (S1, 52) du mobile présentant des sections de valeur différente. 5 - Capteur magnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entrefer de variation (4) permet le déplacement du mobile (2) dont les moyens de modification de la réluctance (5) sont constitués par la partie terminale (21) du mobile (2) délimitée par son extrémité libre. 6 - Capteur magnétique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que 10 l'entrefer de variation (4) permet le déplacement du mobile (2) dont les moyens de modification de la réluctance (5) sont constitués par des parties présentant chacune une section de révolution. 7 - Capteur magnétique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'entrefer de variation (4) permet le déplacement du mobile (2) dont les moyens de 15 modification de la réluctance (5) sont formés par des zones (21, 51, 52) de section de valeur constante afin d'obtenir une réponse linéaire du capteur. 8 - Capteur magnétique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'entrefer de variation (4) permet le déplacement du mobile (2) dont les moyens de modification de la réluctance (5) sont formés par au moins une zone de section de 20 valeur non constante afin d'obtenir une réponse non linéaire du capteur. 9 - Capteur magnétique selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que l'entrefer de variation (4) permet le déplacement du mobile (2) dont une partie du mobile (2) est positionnée de manière à s'étendre à micourse, de manière symétrique par rapport à la ligne de jonction (L) entre les deux zones d'induction magnétique 25 (Z1, Z2) de sens contraires. - Capteur magnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'entrefer de variation (4) permet le déplacement du mobile (2) dont une partie du mobile est aménagée de manière que le front de jonction entre lesdites parties (51, 52) du mobile s'étende toujours à l'intérieur de la zone d'induction (Z1, Z2) lors de la course du 30 mobile. 11 - Dispositif pour déterminer la position d'un mobile (2) se déplaçant linéairement selon un axe de translation (T), caractérisé en ce qu'il comporte: * un capteur (1) conforme à l'une des revendications 1 à 10, * et des moyens de modification de la réluctance (5) équipant le mobile (2).