Brevet FR2875905A1 — publié le 20060331

CAPTEUR DE COUPLE La présente invention est relative à un capteur de couple détectant un couple d'arbre appliqué à un arbre rotatif sous la forme d'une variation de densité de flux magnétique (c'est-à-dire de l'intensité d'un champ magnétique). La demande de brevet japonais n 2003-149 062 (figure 13) ouverte à l'inspection publique divulgue un capteur de couple selon la technique antérieure. Selon ce capteur de couple, comme représenté sur la figure 13, un premier arbre 100 et un deuxième arbre 110 sont couplés de manière coaxiale par une barre de torsion 120. Un aimant multipolaire 130 est fixé au premier arbre 100 (ou à une première extrémité de la barre de torsion 120). Un ensemble de culasses magnétiques 140, fixées au deuxième arbre 110 (ou à l'autre extrémité de la barre de torsion 120), est disposé dans un champ magnétique généré par l'aimant multipolaire 130. Les culasses magnétiques 140 sont mutuellement opposées de part et d'autre d'un entrefer dans la direction axiale. Un capteur magnétique 150 détecte la densité du flux magnétique généré dans l'entrefer. Chacune des culasses magnétiques 140 a plusieurs pôles à griffes disposés à intervalles égaux dans la direction circonférentielle. Les pôles à griffes des culasses magnétiques respectives 140 sont espacés par un entrefer prédéterminé dans la direction axiale et sont décalés angulairement les uns des autres par un demi-intervalle dans la direction circonférentielle. Les culasses magnétiques 140 et l'aimant multipolaire 130 sont disposés de façon que le centre de chaque pôle à griffes des culasses magnétiques 140 concorde avec une ligne de délimitation aimantée (c'est-à-dire une limite entre le pôle N et le pôle S), afin d'obtenir un point neutre où la sortie (tension) du capteur magnétique 150 devient nulle à la condition que la barre de torsion 120 ne crée aucune torsion (c'est-à- dire lorsque aucun couple n'est appliqué à la barre de torsion 120). Le document selon la technique antérieure décrit ci-dessus propose une partie de fixation 160 servant au positionnement de l'ensemble des culasses magnétiques 140. Cependant, les détails de l'agencement de la partie de fixation 160 ne sont pas expliqués, et la manière dont les culasses magnétiques 140 sont placées (en particulier dans la direction circonférentielle) n'apparaît donc pas. La manière dont l'état des culasses magnétiques 140 positionnées par la partie de fixation 160 est maintenu n'est pas clair non plus. Compte tenu des problèmes ci-dessus, la présente invention vise à réaliser un capteur de couple permettant de placer d'une manière sûre et simple un ensemble de culasses magnétiques et permettant également de maintenir d'une manière sûre l'état de positionnement. Pour atteindre les objectifs ci-dessus et d'autres objectifs voisins, la présente invention propose un premier capteur de couple comprenant un premier arbre et un deuxième arbre couplés de manière coaxiale, une barre de torsion convertissant en déplacement en torsion un couple appliqué entre le premier arbre et le deuxième arbre, et un aimant multipolaire fixé au premier arbre ou à une première extrémité de la barre de torsion. Un ensemble de culasses magnétiques est fixé au deuxième arbre ou à l'autre extrémité de la barre de torsion et est disposé dans un champ magnétique généré par l'aimant multipolaire. Les culasses magnétiques sont mutuellement opposées de part et d'autre d'un entrefer dans une direction axiale. D'autre part, un capteur magnétique est prévu pour détecter la densité du flux magnétique généré dans l'entrefer. En outre, une entretoise amagnétique est disposée entre les culasses magnétiques comme moyen pour positionner les culasses magnétiques couplées. Par ailleurs, l'entretoise et les culasses magnétiques couplées sont intégrées dans de la résine moulée. Selon le présent agencement, l'entretoise sert à positionner un ensemble de culasses magnétiques. L'entretoise et les culasses magnétiques sont 30 intégrées les unes avec les autres par de la résine moulée. Ainsi, il devient possible de conserver d'une manière sûre l'état de couplage des culasses magnétiques ainsi mises en place. De préférence, les culasses magnétiques ont plusieurs pôles à griffes disposés à intervalles égaux dans une direction circonférentielle. L'entretoise 35 maintient les culasses magnétiques avec un espacement prédéterminé dans la direction axiale et comporte au moins une saillie présente sur chaque surface d'extrémité axiale de celle-ci. La saillie est disposée entre les pôles à griffes voisins les uns des autres dans la direction circonférentielle de la culasse magnétique, de façon que les culasses magnétiques couplées soient positionnées dans la direction circonférentielle. Dans le présent agencement, la hauteur (c'est-à-dire la longueur dans la direction axiale) de l'entretoise définit avec précision la distance entre deux culasses magnétiques dans la direction axiale pour créer l'entrefer d'une longueur prédéterminée. Par ailleurs, la saillie présente sur l'entretoise coopère avec les pôles à griffes de la culasse magnétique. La saillie empêche des culasses magnétiques respectives de bouger par rapport à l'entretoise dans la direction circonférentielle. Ainsi, en prévoyant au moins une saillie sur chaque surface d'extrémité de l'entretoise et en disposant cette saillie entre les pôles à griffes voisins l'un de l'autre dans la direction circonférentielle de la culasse magnétique, il devient possible de positionner avec précision un ensemble des culasses magnétiques dans la direction circonférentielle. De préférence, le capteur magnétique est constitué de deux capteurs séparés disposés parallèlement l'un à l'autre par rapport à la direction du flux magnétique et ont des directions de détection de magnétisme mutuellement opposées par une différence angulaire de 180 . Selon le présent agencement, deux capteurs magnétiques peuvent produire des sorties symétriques réalisant des caractéristiques à croisement. Ainsi, il devient possible d'annuler la dérive de la température en prenant une différence entre les sorties des deux capteurs magnétiques. En outre, la grandeur physique détectable est doublée. La sensibilité de détection peut être améliorée. Les performances du capteur de couple peuvent être améliorées. Par ailleurs, la présente invention propose un deuxième capteur de couple comprenant un premier arbre et un deuxième arbre à couplage coaxial, une barre de torsion convertissant en déplacement en torsion un couple appliqué entre le premier arbre et le deuxième arbre, et un aimant multipolaire fixé au premier arbre ou à une première extrémité de la barre de torsion. Un ensemble de culasses magnétiques est fixé au deuxième arbre ou à l'autre extrémité de la barre de torsion et est disposé dans un champ magnétique généré par l'aimant multipolaire. Les culasses magnétiques sont mutuellement opposées de part et d'autre d'un entrefer dans une direction axiale. Par ailleurs, un capteur magnétique est prévu pour détecter la densité du flux magnétique généré dans l'entrefer. Avec le deuxième capteur de couple, une entretoise amagnétique est prévue pour maintenir les culasses magnétiques couplées avec un espacement prédéterminé dans la direction axiale. L'entretoise comporte au moins une saillie présente sur chaque surface d'extrémité axiale de celle-ci. La saillie est disposée entre des pôles à griffes voisins l'un de l'autre dans la direction circonférentielle de la culasse magnétique. Par ailleurs, l'entretoise et les culasses magnétiques couplées sont intégrées par de la résine moulée. Dans cet agencement, les pôles à griffes des culasses magnétiques coopèrent d'une manière sûre avec les saillies présentes sur l'entretoise. Il devient donc possible d'empêcher les culasses magnétiques de bouger par rapport à l'entretoise dans la direction circonférentielle. Ainsi, grâce à la présence d'au moins une saillie sur chaque surface d'extrémité de l'entretoise et à la disposition de cette saillie entre les pôles à griffes voisins l'un de l'autre dans la direction circonférentielle de la culasse magnétique, il devient possible de positionner avec précision un ensemble de culasses magnétiques dans la direction circonférentielle. En outre, les culasses magnétiques couplées et l'entretoise sont intégrées dans de la résine moulée. Ainsi, il devient possible de maintenir d'une manière sûre le couplage des culasses magnétiques ainsi mises en place. L'invention et nombre des avantages qui s'y attachent apparaîtront facilement plus clairement en référence à la description détaillée ciaprès, faite en considération des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue éclatée en perspective représentant un capteur de couple selon une première forme de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale représentant globalement l'agencement du capteur de couple selon la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 3A est une vue en plan représentant une culasse magnétique selon la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 3B est une vue latérale représentant la culasse magnétique selon la première forme de réalisation de la présente invention; 30 la figure 4 est une vue en coupe transversale représentant un ensemble de culasses magnétiques positionnées par une entretoise et intégrées dans de la résine moulée selon la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue en perspective représentant les culasses magnétiques et l'entretoise selon la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 6A est une vue en plan représentant une première surface de l'entretoise selon la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 6B est une vue en coupe transversale représentant l'entretoise selon la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 6C est une vue en plan représentant l'autre surface de l'entretoise selon la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 7A est une vue en plan représentant les culasses magnétiques assemblées par l'intermédiaire de l'entretoise selon la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 7B est une vue en coupe transversale prise suivant une ligne A-A de la figure 7A; les figures 8A à 8C sont des vues expliquant le fonctionnement du capteur de couple selon la première forme de réalisation de la présente invention; la figure 9 est une vue schématique représentant globalement l'agencement d'un système de direction assistée entraîné par un moteur; la figure 10 est une vue en perspective représentant une bague collectrice de flux et un capteur magnétique selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention; la figure 11 est un graphique illustrant des caractéristiques de sortie du capteur magnétique selon la deuxième forme de réalisation de la présente invention; la figure 12 est une vue en plan représentant un exemple de connexions par bornes pour le capteur magnétique selon la deuxième forme de réalisation de la présente invention; et la figure 13 est une vue en coupe transversale représentant globalement l'agencement d'un capteur de couple selon la technique antérieure. En référence aux dessins annexés, on va maintenant expliquer une forme préférée de réalisation de la présente invention. Première forme de réalisation La figure 1 est une vue éclatée en perspective représentant un capteur 1 de couple selon une forme préférée de réalisation de la présente invention. Par exemple, le capteur 1 de couple selon la présente forme de réalisation est utilisé pour un système de direction assistée entraîné par un moteur, représenté sur la figure 9. Le capteur 1 de couple détecte une force de braquage (c'est-à-dire un couple d'arbre) d'une roue motrice 2 et envoie la force de braquage détectée à une unité de commande électronique, telle qu'un microprocesseur (ECU) 3. L'unité 3 commande la sortie d'un moteur d'entraînement 4 en fonction de la force de braquage détectée par le capteur 1 de couple. Le capteur 1 de couple est disposé entre un arbre d'entrée 5 et un arbre de sortie 6 qui coopèrent pour constituer un arbre de direction. Comme représenté sur la figure 1, le capteur 1 de couple comporte une barre de torsion 7, un aimant multipolaire 8, un ensemble de culasses magnétiques 9, un ensemble de bagues collectrices 10 de flux et un capteur magnétique 11. Comme représenté sur la figure 2, la barre de torsion 7 est un élément sous la forme d'une tige élastique ayant une première extrémité assujettie à l'arbre d'entrée 5 par l'intermédiaire d'une goupille 12 et l'autre extrémité assujettie à l'arbre de sortie 6 par l'intermédiaire d'une goupille 12. Lorsqu'un couple de braquage est appliqué à l'arbre de direction, la barre de torsion 7 provoque un déplacement en torsion en fonction de l'amplitude du couple de braquage appliqué. L'aimant multipolaire 8, de forme annulaire, est aimanté en créant des pôles nord et des pôles sud alternés disposés dans une direction circonférentielle. Un collet 13 fait corps avec l'aimant multipolaire 8 (cf. figure 1). L'aimant multipolaire 8 est emboîté à force sur l'arbre d'entrée 5 (ou l'arbre de sortie 6) par l'intermédiaire du collet 13. Chacune des culasses magnétiques 9 est en matière magnétique douce et, comme représenté sur les figures 3A et 3B, comporte une pluralité de pôles 9a à griffes disposés à intervalles égaux dans la direction circonférentielle. Comme représenté sur la figure 4, deux culasses magnétiques 9 sont couplées en constituant un ensemble de culasses magnétiques. Une entretoise 14, intercalée entre les culasses magnétiques couplées 9, sert au positionnement des culasses magnétiques 9 dans l'état assemblé. Les culasses magnétiques 9 et l'entretoise 14 sont intégrées par une résine moulée 15. Un ensemble de culasses magnétiques 9 ainsi assemblées est emboîté à force sur l'arbre de sortie 6 (ou l'arbre d'entrée 5) par l'intermédiaire d'un collet 16 fixé à la résine moulée 15. L'entretoise 14 est en matière amagnétique et, comme représenté sur la figure 5, a une forme annulaire d'une hauteur prédéterminée dans la direction axiale. L'entretoise 14 a deux saillies 14a présentes sur chaque surface d'extrémité axiale de celle-ci. Deux saillies 14a sont présentes à une extrémité périphérique intérieure de l'entretoise 14 de manière à être opposées dans la direction radiale comme représenté sur les figures 6A à 6C. La saillie 14a présente sur une première surface d'extrémité (cf. figure 6A) est décalée, par rapport à la saillie 14a présente sur l'autre surface d'extrémité (cf. figure 6C) dans la direction circonférentielle, d'un angle équivalent à 1 demi-intervalle des pôles 9a à griffe. Le demi-intervalle des pôles 9a à griffe est égal à une moitié de la distance (c'est-à-dire un intervalle ou un pas) entre les centres des pôles 9a à griffes voisins les uns des autres dans la direction circonférentielle. Comme représenté sur la figure 5, deux culasses magnétiques 9 sont montées sur l'entretoise 14, des deux côtés de celle-ci. Les saillies 14a de l'entretoise 14 sont couplées dans les espaces entre les pôles 9a à griffes voisins les uns des autres dans la direction circonférentielle. Grâce à cet assemblage, un décalage angulaire équivalent à 1 demiintervalle dans la direction circonférentielle est maintenu entre les culasses magnétiques couplées 9 de façon que leurs pôles 9a à griffes soient en prise alternativement les uns dans les autres. L'aimant multipolaire 8 et les culasses magnétiques assemblées 9 sont disposés de telle manière que le centre de chaque pôle 9a à griffe des culasses magnétiques 9 coïncide avec une ligne de délimitation aimantée (c'est-à-dire une limite entre le pôle nord et le pôle sud), afin d'obtenir un point neutre où la sortie (tension) du capteur magnétique 11 devient nulle, la barre de torsion 7 ne provoquant aucune torsion (c'està-dire lorsque aucune force de braquage n'est appliquée entre l'arbre d'entrée 5 et l'arbre de sortie 6), comme représenté sur la figure 8B. Les bagues collectrices 10 de flux servent à recueillir le flux magnétique généré par les culasses magnétiques 9. Les bagues collectrices 10 de flux sont réalisées avec la même matière magnétique douce que celle utilisée pour former les culasses magnétiques 9. Les bagues collectrices 10 de flux sont disposées au voisinage du pourtour extérieur des culasses magnétiques respectives 9. Chacune des bagues collectrices 10 de flux est munie d'une partie collectrice 10a de flux qui se présente sous la forme d'une plaque et est disposée localement dans une partie dans la direction circonférentielle. Deux parties collectrices l0a de flux des bagues collectrices 10 de flux sont mutuellement opposées. Le capteur magnétique 11 est, par exemple, un circuit intégré à effet Hall bien connu, inséré entre les parties collectrices de flux opposées 10a des bagues collectrices 10 de flux. Le circuit intégré à effet Hall est un circuit intégré intégrant un élément à effet Hall (c'est-à-dire un élément de détection de magnétisme) et un circuit d'amplification. Le capteur magnétique 11 délivre un signal représentant la densité du flux magnétique généré entre les parties collectrices de flux opposées 10a. Le capteur de couple selon la forme de réalisation décrite ci-dessus fonctionne de la manière ci-après. En l'absence d'application de couple de braquage à la barre de torsion 7, c'est-à-dire lorsque la barre de torsion 7 ne provoque aucun déplacement en torsion, le centre de chaque pôle 9a à griffe des culasses magnétiques 9 coïncide avec la ligne de délimitation aimantée de l'aimant multipolaire 8, comme représenté sur la figure 8B. Dans ce cas, l'intensité des flux magnétiques entrant depuis le pôle nord de l'aimant multipolaire 8 dans le pôle 9a à griffe des culasses magnétiques 9 est identique à l'intensité des flux magnétiques entrant depuis le pôle sud de l'aimant multipolaire 8 dans le pôle 9a à griffe des culasses magnétiques 9. Les flux magnétiques forment ainsi une boucle fermée dans la culasse magnétique 9A de même que dans la culasse magnétique 9B. Aucun flux magnétique ne s'échappe dans l'entrefer entre les culasses magnétiques 9. La sortie du capteur magnétique 11 devient nulle. Lorsqu'un couple de braquage est transmis à la barre de torsion 7 pour provoquer un déplacement en torsion, la position mutuelle entre l'aimant multipolaire 8 et les culasses magnétiques couplées 9 est modifiée dans la direction circonférentielle. Ainsi, comme représenté sur la figure 8A ou la figure 8C, le centre de chaque pôle 9a à griffe des culasses magnétiques 9 s'écarte de la ligne de délimitation aimantée de l'aimant multipolaire 8 dans la direction circonférentielle. Les flux magnétiques d'une première polarité se renforcent dans l'une des culasse magnétique 9A et culasse magnétique 9B, tandis que les flux magnétiques de polarité opposée se renforcent dans l'autre des culasse magnétique 9A et culasse magnétique 9B. De la sorte, des flux magnétiques positif et négatif sont générés entre les culasses magnétiques 9. Les bagues collectrices 10 de flux attirent ces flux magnétiques positif et négatif et les recueillent au niveau de leurs parties collectrices 10a de flux. Le capteur magnétique 11 détecte la densité du flux magnétique généré entre les parties collectrices opposées 10a. Avec le capteur 1 de couple selon la forme de réalisation décrite cidessus, un ensemble de culasses magnétiques 9 est positionné par l'entretoise 14 et est intégré avec l'entretoise 14 par de la résine moulée. Il devient ainsi possible de maintenir d'une manière sûre l'état couplé des culasses magnétiques 9 ainsi positionnées. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire de retirer l'entretoise 14 lorsque les culasses magnétiques couplées 9 sont intégrées par de la résine moulée. Il devient ainsi possible de simplifier les filières utilisées pour le moulage de la résine. Les coûts des filières de moulage peuvent être réduits. Le nombre de saillies 14a présentes sur chaque surface d'extrémité de l'entretoise 14 peut être réduit à une seule unité, dans la mesure où chaque saillie peut assurer la fonction de positionnement décrite plus haut. Deuxième forme de réalisation La figure 10 est une vue en perspective représentant des bagues collectrices 10 de flux et deux capteurs magnétiques 1l selon une autre forme de réalisation de la présente invention. Deux capteurs magnétiques 11 sont disposés parallèlement l'un à l'autre par rapport à la direction du flux magnétique et ont des directions de détection de magnétisme mutuellement opposées par une différence angulaire de 180 . Dans ce cas, deux capteurs magnétiques 11 produisent des sorties symétriques réalisant des caractéristiques à croisement OUT1 et OUT2 représentées sur la figure 11. Il devient ainsi possible d'annuler la dérive de la température en prenant une différence entre les sorties de deux capteurs magnétiques 11. Par ailleurs, selon la présente forme de réalisation, la grandeur physique détectable est doublée. La sensibilité de détection peut donc être améliorée. Les performances du capteur 1 de couple peuvent être améliorées. De plus, comme représenté sur la figure 12, deux capteurs magnétiques 11 peuvent utiliser en commun une borne 17 de source d'électricité et une borne de masse 18. Par conséquent, en comparaison avec le cas dans lequel le câblage est prévu séparément pour des capteurs magnétiques respectifs 11, il devient possible de réduire les coûts. REVENDICATIONS 1. Capteur de couple, comprenant: - un premier arbre (5); - un deuxième arbre (6) couplé de manière coaxiale au premier arbre (5) et l'autre extrémité est reliée au deuxième arbre (6); - une barre de torsion (7) dont une première extrémité est reliée au premier arbre (5); - un aimant multipolaire (8) fixé au premier arbre (5) ou à la première extrémité de la barre de torsion (7) ; - une paire de culasses magnétiques (9) fixées au deuxième arbre (6) ou à l'autre extrémité de la barre de torsion (7), les culasses magnétiques (9) étant mutuellement opposées de part et d'autre d'un entrefer dans une direction axiale; - un capteur magnétique (11) disposé dans l'entrefer des culasses magnétiques (9) ; et - un collet (16) avec de la résine moulée, dans lequel les culasses magnétiques (9) sont fixées au premier (5) ou au deuxième arbre (6) par l'intermédiaire du collet (16). 2. Capteur de couple selon la revendication 1, comprenant de plus, - une entretoise (14) qui retient les culasses magnétiques (9) avec un espacement prédéterminé dans la direction axiale et a au moins une saillie (14a) disposée sur chaque surface d'extrémité axiale de celle-ci, dans lequel les culasses magnétiques (9) ont plusieurs pôles (9a) à griffes disposés à intervalles égaux dans une direction circonférentielle, et la saillie de l'entretoise (14) est disposée entre les pôles à griffes des culasses magnétiques (9) voisins les uns des autres dans la direction circonférentielle des culasses magnétiques (9), pour positionner les culasses magnétiques (9) dans la direction circonférentielle. 3. Capteur de couple selon la revendication 1, dans lequel le capteur magnétique (11) comprend deux capteurs qui sont disposés séparément et parallèlement l'un à l'autre par rapport à une direction de flux magnétique et ont des directions de détection de magnétisme mutuellement opposées par une différence angulaire de 180 . 4. Capteur de couple selon la revendication 1, comprenant de plus, - une entretoise (14) amagnétique qui retient les culasses magnétiques (9) avec un espacement prédéterminé dans la direction axiale et a au moins une saillie (14a) sur chaque surface d'extrémité d'un unique corps annulaire de l'entretoise (14). 5. Capteur de couple selon la revendication 1, comprenant de plus, - une entretoise (14) amagnétique qui retient les culasses magnétiques (9) avec un espacement prédéterminé dans la direction axiale et a deux saillies (14a) sur chaque surface d'extrémité d'un unique corps annulaire de l'entretoise (14). 6. Capteur de couple selon la revendication 1, dans lequel le capteur magnétique (11) comprend deux capteurs qui sont disposés séparément et utilisent une borne (17) de source électrique commune et une borne de masse (18) commune. 7. Capteur de couple comprenant: - un premier arbre (5) et un deuxième arbre (6) couplés de manière coaxiale; - une barre de torsion (7) convertissant en déplacement en torsion un couple appliqué entre ledit premier arbre (5) et ledit deuxième arbre (6) ; - un aimant multipolaire (8) fixé audit premier arbre (5) ou à une première extrémité de ladite barre de torsion (7); - un ensemble de culasses magnétiques (9) fixées audit deuxième arbre (6) ou à l'autre extrémité de ladite barre de torsion (7) et disposées dans un champ magnétique généré par ledit aimant multipolaire (8), lesdites culasses magnétiques (9) étant mutuellement opposées de part et d'autre d'un entrefer dans une direction axiale; et un capteur magnétique (11) servant à détecter la densité du flux magnétique généré dans ledit entrefer, dans lequel, une entretoise amagnétique (14) est disposée entre lesdites 25 culasses magnétiques (9) comme moyen de positionnement dudit ensemble de culasses magnétiques (9), ladite entretoise (14) et ledit ensemble de culasses magnétiques (9) sont intégrés par de la résine moulée, ladite entretoise (14) a un corps annulaire unique, ledit ensemble de culasses magnétiques (9) est assemblé aux deux surfaces d'extrémité dudit corps annulaire de l'entretoise (14), et ladite entretoise (14) a au moins une partie (14a) de positionnement pour positionner ledit ensemble de culasses magnétiques (9).