Brevet FR2856189A1 — publié le 20041217

PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF DE CODAGE MAGNETIQUE, AINSI QUE LE DISPOSITIF AINSI OBTENU L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif 5 de codage magnétique, en particulier d'un joint codeur angulaire notamment utilisé pour des applications de mesures de vitesses angulaires dans l'industrie automobile par exemple. Dans un joint codeur angulaire connu à ce jour, des charges ferromagnétiques ou ferrites sont uniformément dispersées dans une matrice 10 élastomère qui est moulée sur un support de réception de forme annulaire par exemple. Ces ferrites sont mécaniquement orientées lors de l'opération de mélangeage avec la matrice élastomère selon leur direction de facile aimantation, mais sans pouvoir migrer dans la matrice. L'orientation mécanique est par exemple obtenue en soumettant la matrice à des 15 opérations de cisaillement. Ensuite, la matrice est moulée et soumise à l'action d'un champ magnétique pour aimanter les ferrites et obtenir ainsi une alternance continue de pôles magnétiques Nord/Sud. Cette technique de fabrication d'un joint codeur angulaire présente notamment l'inconvénient de pouvoir présenter de grosses ferrites 20 ou amas de ferrite qui, lorsqu'ils sont mal placés, provoquent des défauts de codage magnétique. Par ailleurs, I'orientation mécanique des ferrites qui est suivie de l'opération de moulage de la matrice ne permet pas d'atteindre une amplitude d'aimantation maximum, compte-tenu des valeurs d'aimantation des ferrites et du taux de ferrite dans la matrice, car certaines particules ne 25 sont pas orientées selon leur direction de facile aimantation. Enfin, la densité du codage se limite à 60 paires de pôles pour un joint codeur annulaire ayant un diamètre de l'ordre de 100mm, en particulier pour des joints codeurs montés sur des arbres vilebrequin de véhicules à moteur. Une telle valeur de codage est relativement faible compte-tenu des possibilités de l'électronique 30 qui traitent les signaux du codeur. Un but de l'invention est de perfectionner cette technique de fabrication d'un dispositif de codage magnétique tant pour améliorer son fonctionnement que d'augmenter la densité de codage possible. A cet effet, I'invention propose un procédé de fabrication d'un 5 dispositif de codage magnétique, du type consistant à réaliser un mélange de particules ferromagnétiques ou ferrites dans une matrice, à mouler la matrice et soumettre la matrice moulée à un champ magnétique pour obtenir une alternance continue de pôles magnétiques Nord/Sud, procédé qui est caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une matrice ayant une viscosité 10 suffisamment basse pour permettre la migration des ferrites, à appliquer le champ magnétique pendant l'opération de moulage en maintenant la matrice à une température donnée pour diminuer sa viscosité et faciliter ainsi la migration et l'orientation selon leur direction de facile aimantation des particules ferromagnétiques et obtenir des formes discontinues à forte 15 concentration en particules, et à refroidir brutalement la matrice alors que le champ magnétique est maintenu pour figer les particules dans la matrice. A titre d'exemple, la matrice est réalisée en un matériau dont la viscosité, aux températures appropriées, peut être inférieure à 500 Pa.s., ce matériau pouvant être un élastomère ou un thermoplastique élastomère 20 par exemple. Ainsi, par mise en application du procédé selon l'invention, la migration et l'orientation de particules ferromagnétiques sous l'action d'un champ magnétique qui est contrôlé tant en amplitude qu'en répartition des lignes de champ dans l'espace, dans une matrice à viscosité suffisamment 25 basse pour autoriser la migration des particules ferromagnétiques permet de réaliser des formes géométriques discontinues à forte concentration en particules ferromagnétiques. On obtient ainsi des zones dépeuplées en particules ferromagnétiques ce qui permet de séparer les pôles et d'éviter des défauts 30 de codage magnétique provoqués par des grosses ou amas de particules, et, par ailleurs, l'orientation des particules ferromagnétiques sous un champ magnétique assure une induction optimale car les particules s'orientent selon leur direction de facile aimantation. Avantageusement, la nature est maintenue à une température suffisamment élevée pendant l'application du champ 5 magnétique, de l'ordre de 150 C pour une matrice en un matériau thermoplastique élastomère, pour obtenir une matrice ayant une viscosité suffisamment basse. D'une manière générale, le moulage de la matrice s'effectue dans une empreinte d'un moule de part et d'autre de laquelle on monte deux 10 concentrateurs aptes à canaliser les lignes du champ magnétique, chaque concentrateur présentant une gravure sous la forme de bossages, et les bossages des deux concentrateurs étant placés mutuellement en regard les uns des autres. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en 15 oeuvre du procédé selon l'invention, ce dispositif comprenant notamment deux bobines axialement alignés l'une avec l'autre et montées respectivement de part et d'autre des deux concentrateurs du moule pour produire un champ électromagnétique. L'invention concerne également un dispositif de codage 20 magnétique, en particulier un joint codeur angulaire, qui peut avoir de nombreuses applications dans le domaine automobile par exemple, en particulier dans les systèmes de freinage ABS et pour contrôler la position des soupapes électromagnétiques des futurs moteurs à combustion interne. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention 25 ressortiront du complément de description qui va suivre en référence à des dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: la figure 1 est une vue de face avec arrachement partiel d'une partie d'un joint codeur angulaire selon l'art antérieur; - la figure 2 est une vue schématique de principe d'un 30 dispositif de structuration de particules ferromagnétiques pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention; - la figure 3 est une vue éclatée d'un moule pour la réalisation d'un dispositif de codage magnétique selon l'invention et qui comprend notamment deux concentrateurs des lignes de champ magnétique; - la figure 4 est une vue en perspective partielle agrandie du 5 détail IV de la figure 3 pour illustrer la gravure formée sur chaque concentrateur; et la figure 5 est une demi-vue en coupe partielle à plat du moule de la figure 3 dans une position fermée. Sur la figure 1, on a représenté une partie d'un dispositif de 10 codage magnétique tel un joint codeur angulaire 1 de forme annulaire qui présente une alternance de pôles Nord/Sud. Ces pôles Nord/Sud ont été obtenus en mélangeant des particules ferromagnétiques dans une matrice élastomère 3, en moulant la matrice et en appliquant ensuite un champ magnétique, un tel procédé selon l'art antérieur présentant les inconvénients 15 énoncés en préambule. Au contraire, le procédé conforme à l'invention consiste à réaliser un mélange de particules ferromagnétiques dans une matrice en un matériau qui présente une viscosité suffisamment basse, inférieure à 500 Pa.s. par exemple, de manière à ce que les particules puissent migrer 20 dans la matrice d'une part, et s'orienter selon leur direction de facile d'aimantation d'autre part, sous l'action d'un champ magnétique appliqué au cours de l'opération de moulage de la matrice. A titre d'exemple, la matrice peut être réalisée en un matériau élastomère ou un thermoplastique élastomère. D'une manière générale, au cours de la mise en oeuvre du procédé, on maintient la matrice à une température suffisamment élevée pour diminuer sa viscosité et faciliter la migration et l'orientation des particules, cette température pouvant être de l'ordre de 150 C pour une matrice en un matériau thermoplastique élastomère. Par ailleurs, à la fin de la mise en oeuvre du procédé, on refroidit brutalement la matrice pour figer les particules alors que le champ magnétique est toujours appliqué. La mise en oeuvre de ce procédé permet de constituer une alternance de pôles Nord/Sud, c'est-à-dire des formes géométriques à fortes concentration en particules ferromagnétiques qui vont former des pôles qui sont deux à deux séparés par des zones dépeuplées de particules ferromagnétiques. D'une manière générale, la structuration des particules ferromagnétiques dans la matrice élastomère est réalisée pendant l'opération de moulage au moyen d'un dispositif de structuration 5 schématiquement illustré à la figure 2. Ce dispositif 5 comprend notamment une embase 6 à 10 partir de laquelle s'étendent deux potences verticales 7 dont l'une peut se déplacer le long de l'embase 6 par des moyens de guidage et de fixation appropriés. Les faces en regard des deux potences 7 supportent deux bobines B1 et B2 axialement alignées l'une avec l'autre suivant un axe X- X perpendiculaire aux potences 7. A l'intérieur de chaque bobine B1 et B2, on 15 place un noyau plein N1 et N2 en fer doux par exemple, qui fait saillie au-delà des faces d'extrémité en regard l'une de l'autre des deux bobines B1 et B2, et on place un moule M entre les deux faces d'extrémité en regard l'une de l'autre des deux noyaux N1 et N2. Le moule M comprend notamment deux concentrateurs en fer doux 10 de lignes du champ électromagnétique produit 20 par les deux bobines B. et B2, ces deux concentrateurs 10 étant disposés perpendiculairement à l'axe X-X des deux bobines B1 et B2 qui vont produire un champ de type électromagnétique lorsqu'elles sont alimentées à partir d'une source non représentée. Un exemple de moule M est illustré sous une forme éclatée 25 sur la figure 3, ce moule M comprenant les deux concentrateurs 10 en fer doux par exemple montés dans les deux parties d'extrémité M1 et M2 du moule M, entre lesquelles on monte une empreinte 13 de forme annulaire formant la cavité du moule avec interposition d'une feuille 15 conductrice du point de vue magnétique entre l'empreinte 13 et chaque concentrateur 10. 30 Chaque feuille 15 laisse passer les lignes du champ électromagnétique produit par les deux bobines B1 et B2, mais forme une barrière étanche pour éviter que le matériau élastomère ou thermoplastique élastomère injecté dans l'empreinte 13 par des ouvertures 17 ne vienne polluer les concentrateurs 10. Dans le cas o l'on désire mouler un dispositif de codage magnétique sous la forme d'un anneau par exemple, on utilise des 5 concentrateurs 10 sous la forme d'un anneau présentant une gravure 20 formée par un ensemble de bossages b1 et b2 par exemple, régulièrement répartis sur un cercle et qui se présentent sous la forme de blocs parallélépipédiques rectangles dont les axes longitudinaux passent par le centre de l'anneau (figure 4). Les bossages b2 ont des dimensions plus 10 importantes que celles des bossages b1 pour former des singularités magnétiques qui vont constituer des points de repère angulaire absolus pour l'électronique de traitement, leur nombre étant limité par rapport aux bossages b1. Les deux concentrateurs 10 sont identiques et montés de 15 manière à ce que leurs bossages b1 et b2 soient mutuellement en regard les uns des autres, comme cela est illustré à la figure 5, pour concentrer les lignes L du champ électromagnétique produit par les deux bobines B. et B2, de manière à faire migrer et orienter suivant leur axe de facile aimantation les particules ferromagnétiques. On obtient ainsi des formes discontinues à forte 20 concentration en particules entre les saillies bl des deux concentrateurs 10. Plus précisément, les particules ferromagnétiques contenues dans la matrice 3 vont migrer et s'orienter suivant leur direction de facile aimantation dans les zones de la matrice situées en regard des bossages b1 pour former une série de zones Z1 à forte concentration, qui sont séparées 25 par des zones Z2 dépeuplées de particules. Pour obtenir ce résultat, la matrice 3 est maintenue à une température suffisamment élevée pour diminuer sa viscosité et faciliter la migration et l'orientation des particules, cette température pouvant être de l'ordre de 150 C pour une matrice en matériau thermoplastique élastomère, et on refroidit ensuite brutalement la 30 matrice 3 pour figer les particules suivant les zones Z1 et Z2. Le refroidissement de la matrice 3 est par exemple constitué par des moyens 25 situés de part et d'autre du moule M. A titre d'exemple, pour un joint codeur annulaire d'un diamètre de l'ordre de 100mm, on peut réaliser plusieurs centaines de paires de pôles au lieu de 60 pour un joint codeur selon l'art antérieur, ce nombre dépendant du matériau utilisé pour la matrice 3. D'une manière générale, le dispositif issu du moulage de l'empreinte 13 est monté rotatif et coopère avec un capteur fixe (non représenté) qui peut être un capteur à effet HALL ou un capteur magnéto-résistif, ce dernier capteur présentant une meilleure sensibilité. Un dispositif de codage magnétique selon l'invention peut être 10 avantageusement utilisé dans toutes les applications de mesure de vitesses angulaires avec la possibilité d'avoir une information de positionnement angulaire par la présence d'une ou plusieurs singularités magnétiques qui fournissent une ou plusieurs références angulaires. Parmi les applications envisagées, on peut notamment citer 15 celle de l'industrie automobile pour mesurer la vitesse de rotation des roues dans les systèmes ABS, ou pour la mesure de vitesse et de positionnement sur les arbres de vilebrequin. Par ailleurs, le dispositif de codage magnétique pourra être utilisé dans le développement des moteurs à soupapes électromagnétiques qui nécessiteront un positionnement précis et dynamique 20 des soupapes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif de codage magnétique, du type consistant à réaliser un mélange de particules 5 ferromagnétiques ou ferrites dans une matrice, à mouler la matrice et soumettre la matrice moulée à un champ magnétique pour obtenir une alternance continue de pôles magnétiques Nord/Sud, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une matrice ayant une viscosité suffisamment basse pour permettre la migration des ferrites, à appliquer le champ magnétique 10 pendant l'opération de moulage en maintenant la matrice à une température donnée pour diminuer sa viscosité et faciliter ainsi la migration et l'orientation selon leur direction de facile aimantation des particules ferromagnétiques et obtenir des formes discontinues à forte concentration en particules, et à refroidir brutalement la matrice alors que le champ magnétique est maintenu 15 pour figer les particules dans la matrice. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise une matrice dont la viscosité est inférieure à 500 Pa.s. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la matrice est réalisée à partir d'un matériau élastomère. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la matrice est réalisée à partir d'un matériau thermoplastique élastomère. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matrice est maintenue à une température suffisamment élevée, de l'ordre de 150 C pour un matériau thermoplastique 25 élastomère, pour obtenir une matrice ayant une viscosité suffisamment basse. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moulage de la matrice s'effectue dans une empreinte (13) d'un moule (M) de part et d'autre de laquelle on monte deux 30 concentrateurs (10) aptes à canaliser les lignes du champ magnétique. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel chaque concentrateur (10) présente une gravure (20) sous la forme de bossages (b1, b2) et dans lequel les bossages des deux concentrateurs (10) sont placés mutuellement en regard les uns des autres. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel certains bossages (b2) présentent des formes géométriques différentes des autres bossages (b1) pour constituer des singularités magnétiques. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini par l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend notamment un moule (M) avec une empreinte (13) apte à recevoir une matrice (3) réalisée en un matériau à faible viscosité, deux 10 concentrateurs (10) de lignes de champ magnétique montés de part et d'autre de l'empreinte (13), deux bobines (B1, B2) axialement alignées l'une avec l'autre et montées de part et d'autre des deux concentrateurs (10) pour produire un champ électromagnétique, et des moyens de refroidissement (25) de la matrice (3). 10. Dispositif de codage magnétique tel un joint codeur angulaire, caractérisé en ce qu'il est fabriqué ou mis en oeuvre selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Dispositif de codage magnétique, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour assurer un positionnement précis et dynamique des 20 soupapes électromagnétiques d'un moteur de véhicule. 12. Dispositif de codage magnétique selon la revendication 10 ou 11, dans lequel on réalise plusieurs centaines de paires de pôles pour un dispositif de codage annulaire d'un diamètre de l'ordre de mm.