Brevet FR2911955A1 — publié le 20080801

La présente invention concerne le domaine technique des capteurs magnétiques sans contact adaptés pour repérer la position d'un mobile évoluant selon une trajectoire déterminée linéaire ou en rotation. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse mais non exclusivement dans le domaine des véhicules automobiles en vue d'équiper différents organes à déplacement limité linéaire ou rotatif dont la position doit être connue et faisant partie en particulier par exemple d'un dispositif de freinage pour les véhicules automobiles. 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 par exemple en translation. Il est ainsi connu un capteur du type optique dont l'inconvénient majeur réside dans son prix de fabrication. Un capteur du type à courant de Foucault ou bobiné présente, de part sa conception, un encombrement important limitant ses applications. Il est par ailleurs connu des capteurs de type magnétique comportant un couple d'aimants dont les aimantations s'étendent selon une même direction mais sont de sens opposé de manière à créer une induction magnétique apte à être détecté par un élément de mesure sensible. Cet élément de mesure tel qu'une sonde à effet hall est apte à mesurer l'induction magnétique consécutive au déplacement relatif entre l'aimant et l'élément de mesure. Les mesures de l'induction magnétique permettent de déterminer la position linéaire d'un mobile lié à l'aimant ou à l'élément de mesure. Ce type de capteurs magnétiques présente l'inconvénient de présenter une réponse non linéaire pour des déplacements importants. Par ailleurs, le signal de sortie d'un tel capteur dépend fortement de la valeur de l'entrefer existant entre les aimants et l'élément de mesure, ce qui limite les applications de ce type de capteurs. L'objet de l'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 une trajectoire déterminée et étant de conception simple, économique, de faible encombrement et pouvant fonctionner avec une plage linéaire de variation du flux magnétique relativement importante et pratiquement indépendante de l'entrefer de travail. Pour atteindre un tel objectif, le capteur magnétique pour déterminer la position d'un mobile selon l'invention se déplace selon une course déterminée le long d'une trajectoire, le capteur comportant des moyens de création d'une induction magnétique et des moyens de mesure sensibles à l'induction magnétique, les moyens de création ou de mesure étant destinés à être liés au mobile pour se déplacer relativement entre eux. Selon l'invention : - les moyens de création assurent la création, sur au moins la course du mobile, d'une induction magnétique comportant deux composantes normales entre elles dont l'une est normale à la trajectoire, ces composantes normales entre elles variant respectivement comme sensiblement des fonctions sinus et cosinus d'un angle, - les moyens de mesure sont sensibles aux deux composantes d'induction magnétique normales entre elles et déterminent la position du mobile sur sa course en fonction des couples des valeurs d'induction des deux composantes. Selon une variante de réalisation, les moyens de mesure comportent une cellule de détection sensible à des composantes d'induction magnétiques normales entre elles et variant comme des fonctions sinus et cosinus d'un angle, cette cellule étant reliée à des moyens de traitement des signaux de sortie délivrés par la cellule, de manière à déterminer la position du mobile pour chaque angle des fonctions sinus et cosinus. Par exemple, les moyens de création assurent la variation de l'angle sur un intervalle de largeur inférieur ou égal à 2 7c, correspondant sensiblement à la 25 course du mobile. Selon un exemple préféré de réalisation, les moyens de création de l'induction magnétique comportent au moins deux aimants écartés l'un de l'autre d'une distance, inférieure à la course du mobile. Selon un premier exemple d'application de l'objet de l'invention, les moyens 30 de création assurent la création d'une composante normale à une trajectoire linéaire et d'une composante parallèle à cette trajectoire linéaire. 3 Selon un deuxième exemple d'application de l'objet de l'invention, les moyens de création assurent la création d'une composante normale à une trajectoire circulaire et d'une composante tangentielle à cette trajectoire circulaire. Par exemple, le capteur comporte au moins deux aimants montés tête bêche ou en opposition. Selon une forme de réalisation de révolution, le capteur comporte au moins un aimant réalisé sous la forme d'une bague, l'axe magnétique de l'aimant étant parallèle ou perpendiculaire à la trajectoire. Selon un autre exemple de réalisation, le capteur comporte au moins deux aimants réalisés sous forme de bagues, les axes magnétiques des aimants s'étendant perpendiculairement ou parallèlement à la trajectoire mais selon des sens opposés. Par exemple, les moyens de création de l'induction magnétique sont montés sur le mobile. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous 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 1A est un schéma illustrant le principe de fonctionnement d'un premier exemple de réalisation d'un capteur magnétique conforme à l'invention. La Figure 1B est un schéma illustrant le profil des composantes de l'induction magnétique vue par le moyen de mesure sur la course d'un mobile. La Figure 1C illustre sur un cercle trigonométrique, l'angle déterminé à partir des composantes de l'induction. La Figure 2 illustre un autre exemple de réalisation d'un capteur conforme à l'invention. Les Figures 3 à 6 illustrent de façon schématique diverses variantes de réalisation de l'induction magnétique avec une symétrie de révolution. Les Figures 7 et 8 sont des vues en perspective et de dessus illustrant une variante de réalisation d'un capteur pour déterminer la position angulaire d'un mobile. Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 1A à 1C, 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 ou une trajectoire de déplacement T. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1A, le mobile 2 se déplace selon une trajectoire T de translation ou linéaire. Selon cet exemple, le mobile 2 est constitué par tout type d'organes ayant une course linéaire faisant partie de préférence, mais non exclusivement, d'un dispositif équipant un véhicule automobile et de préférence, d'un dispositif de freinage d'un véhicule automobile. Le capteur magnétique 1 comporte des moyens 3 de création sur au moins la course du mobile 2, d'une induction magnétique apte à être détectée par des moyens de mesure 5 sensibles à l'induction magnétique. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1A, les moyens 3 de création de l'induction magnétique sont liés au mobile 2 de sorte que les moyens de mesure 5 sont fixes. Bien entendu, il peut être prévu un montage inversé dans lequel les moyens de création 3 sont fixes alors que les moyens de mesure 5 sont mobiles en étant liés au mobile 2. Conformément à l'invention, les moyens 3 créent une induction magnétique comportant deux composantes normales entre elles dont l'une est perpendiculaire à la trajectoire T. Dans l'exemple illustré aux Fig. 1A et 1B, l'induction magnétique comporte une composante normale BN perpendiculaire à la trajectoire T et une composante BT parallèle à la trajectoire T. Ces deux composantes normale BN et parallèle BT varient comme sensiblement des fonctions sinus et cosinus d'un angle (p. La Fig. 1B permet d'illustrer les composantes normales BN et parallèle BT qui se trouvent ainsi déphasées entre elles d'un angle égal à ic/2 sur au moins toute la course C du mobile 2. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 1C, l'angle cp entre le point de départ D et le point d'arrivée A varie entre un angle supérieur -7c/2 et un angle inférieur 7c/2 (par exemple = -7r/3 et -7c/3). Ainsi, pour chaque position P du mobile entre le point de départ D et le point d'arrivée A, correspond un angle déterminé cp pour les deux composantes normale BN et parallèle BT. Les moyens de mesure 5 sont sensibles aux deux composantes d'induction magnétique BN, BT normales entre elles. Ces moyens de mesure 5 délivrent un signal électrique proportionnel à l'angle cp et par suite proportionnel au déplacement relatif entre les moyens de mesure 5 et les moyens de création de l'induction magnétique 3. Les moyens de mesure 5 permettent ainsi de déterminer la position du mobile 2 sur sa course C en fonction des couples de valeurs des deux composantes d'induction. Les moyens de mesure 5 comportent au moins une cellule de détection sensible aux deux composantes d'induction magnétique normale entre elles et variant comme des fonctions sinus et cosinus d'un angle. Par exemple, une telle cellule de détection sensible peut être réalisée par l'association de deux éléments à effet Hall. Il peut être prévu aussi de réaliser ces moyens de mesure 5 en utilisant la technologie magnéto-résistive. Cette cellule est reliée à des moyens de traitement des signaux de sortie délivrés par la cellule de manière à déterminer la position du mobile pour chaque angle cp des fonctions sinus et cosinus. Le traitement des signaux de sortie de la cellule de détection consiste à déterminer l'angle cp en chacun des points de déplacement du mobile à l'aide par exemple d'une table de la fonction arctangente. Avantageusement, les moyens de création 3 assurent la variation de 15 l'angle cp sur un intervalle de largeur inférieur ou égal à 2 7r, correspondant sensiblement à la course C du mobile 2. Selon une caractéristique préférée de réalisation, les moyens de création de l'induction magnétique 3 comportent au moins deux aimants 31r 32 montés écartés l'un de l'autre d'une mesure égale à L prise entre les axes de symétrie des 20 aimants. Avantageusement, l'écartement L entre les aimants 31, 32 est inférieur à la course C du mobile. Selon une première variante de réalisation illustrée à la Fig. 1A, les deux aimants 31, 32 sont montés en opposition, c'est-à-dire que les axes magnétiques x des aimants s'étendent selon une même direction linéaire mais 25 selon des sens opposés. Selon cette variante, les flux des deux aimants 31, 32 sont donc en opposition selon une même direction parallèle à la trajectoire T. La Fig. 2 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les deux aimants 31r 32 sont montés tête bêche, de sorte que le flux d'un aimant se reboucle dans l'autre. Les deux aimants 31, 32 sont montés l'un à côté de l'autre 30 en étant écartés selon une mesure L. Les deux aimants 31, 32 sont montés sur le mobile 2. Selon cette variante de réalisation, les axes magnétiques x des deux aimants sont parallèles entre eux en étant orientés selon des sens opposés. Les axes magnétiques x des deux aimants sont ainsi perpendiculaires à la trajectoire T. Dans les exemples illustrés aux Fig. 1A et 2, les aimants 31, 32 sont disposés sur le même côté du mobile par rapport à la trajectoire T. En d'autres termes, les aimants ne sont pas disposés de manière symétrique par rapport à la trajectoire T. Les Fig. 3 à 6 illustrent diverses variantes de réalisation d'une induction magnétique à deux composantes BN et BT présentant une symétrie de révolution par rapport à la trajectoire T. Ces variantes sont particulièrement adaptées pour un mobile présentant également une faculté de rotation autour de son axe de translation T. Dans les exemples illustrés aux Fig. 3 et 4, les moyens de création 3 comportent un aimant 31 se présentant sous la forme d'une bague et dont l'aimantation est respectivement parallèle et perpendiculaire à la trajectoire linaire T. Dans les exemples illustrés aux Fig. 5 et 6, les moyens de création 3 comportent deux aimants 31r 32 se présentant sous la forme de deux bagues montées coaxiales à distance l'une de l'autre et dont les aimantations sont respectivement perpendiculaires et parallèles à la trajectoire T, avec des sens opposés. Dans les exemples qui précèdent, le capteur magnétique est adapté pour déterminer la position d'un mobile se déplaçant selon une direction linéaire. Les Fig. 7 et 8 illustrent une variante de réalisation d'un capteur magnétique 1 adapté pour déterminer la position angulaire ou de rotation d'un mobile 2 se déplaçant selon une trajectoire circulaire T autour d'un centre O. Selon cette variante de réalisation, les moyens de création 3 d'une induction magnétique assurent la création d'une composante normale BN perpendiculaire à la trajectoire circulaire T et d'une composante tangentielle BT à cette trajectoire circulaire. Les moyens de mesure 5 sont montés pour détecter les composantes normale BN et parallèle BT de l'induction magnétique. Dans l'exemple illustré, les moyens de création 3 sont réalisés par deux aimants 31, 32 montés en opposition de manière que les axes magnétiques des deux aimants s'étendent selon une même direction qui est perpendiculaire au rayon de la trajectoire passant au milieu des deux aimants. Bien entendu, les moyens de réalisation 3 peuvent être réalisés de manière différente comme expliqué ci-dessus. De même, dans l'exemple illustré, les aimants 31, 32 sont fixés au mobile 2 tandis que la cellule 5 est fixe. Il peut être prévu d'intervertir la position des aimants et de la cellule. 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 selon une course déterminée (C) le long d'une trajectoire (T), le capteur comportant des moyens de création d'une induction magnétique (3) et des moyens de mesure (5) sensibles à l'induction magnétique, les moyens de création ou de mesure étant destinés à être liés au mobile (2) pour se déplacer relativement entre eux, caractérisé en ce que : - les moyens de création (3) assurent la création, sur au moins la course (C) du mobile, d'une induction magnétique comportant deux composantes normales (BN, BT) entre elles dont l'une est normale à la trajectoire, ces composantes normales entre elles (BN, BT) variant respectivement comme sensiblement des fonctions sinus et cosinus d'un angle ((p), - les moyens de mesure (5) sont sensibles aux deux composantes (BN, BT) d'induction magnétique normales entre elles et déterminent la position du mobile sur sa course (C) en fonction des couples des valeurs d'induction des deux composantes (BN, BT). 2 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure (5) comportent une cellule de détection sensible à des composantes d'induction magnétiques normales entre elles (BN, BT) et variant comme des fonctions sinus et cosinus d'un angle ((p), cette cellule étant reliée à des moyens de traitement des signaux de sortie délivrés par la cellule, de manière à déterminer la position du mobile pour chaque angle ((p) des fonctions sinus et cosinus. 3 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de création (3) assurent la variation de l'angle sur un intervalle de largeur inférieur ou égal à 2 7, correspondant sensiblement à la course (C) du mobile. 4 - Capteur magnétique selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de création de l'induction magnétique (3) comportent au moins deux aimants (31, 32) écartés l'un de l'autre d'une distance (L), inférieure à la course (C) du mobile. 5 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de création (3) assurent la création d'une composante normale (BN) àune trajectoire linéaire (T) et d'une composante parallèle (BT) à cette trajectoire linéaire (T). 6 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de création (3) assurent la création d'une composante normale (BN) à une trajectoire circulaire (T) et d'une composante tangentielle (BT) à cette trajectoire circulaire (T). 7 - Capteur magnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux aimants (31, 32) montés tête bêche ou en opposition. 8 - Capteur magnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un aimant (31r 32) réalisé sous la forme d'une bague, l'axe magnétique de l'aimant étant parallèle ou perpendiculaire à la trajectoire (T). 9 - Capteur magnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux aimants (31r 32) réalisés sous forme de bagues, les axes magnétiques des aimants (31, 32) s'étendant perpendiculairement ou parallèlement à la trajectoire (T) mais selon des sens opposés. 10 - Capteur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de création de l'induction magnétique (3) sont montés sur le mobile (2).