Brevet FR2932880A1 — publié le 20091225

La présente invention concerne un dispositif de mesure de position par effet Hall. Classiquement, un tel dispositif comprend un boîtier, et un capteur à effet Hall, positionné dans ledit boîtier. Le capteur comprend typiquement un aimant et une puce. La puce est solidaire 5 de l'aimant, et l'aimant - généralement de forme sensiblement cylindrique - est troué, de sorte qu'il comprend un périmètre extérieur et un périmètre intérieur. Un tel dispositif de mesure est mis en oeuvre notamment dans les boîtes de vitesses de véhicule automobile, par exemple, afin de déterminer la position du sélecteur de vitesse. 10 Typiquement, un levier de vitesse est relié à la boîte de vitesses via un système de tringles, de sorte que les mouvements de celui-ci amènent à une translation et rotation d'un axe de sélection des rapports de vitesse. En général, les jeux et tolérances dans le système de tringles font que l'on place le capteur de préférence au niveau de l'axe de sélection des vitesses plutôt qu'au niveau 15 du levier de vitesse. La position "point mort" de la boîte de vitesses correspond à une position généralement centrale ; et la fonction du capteur est de déterminer la position d'une cible fixée sur l'axe de sélection des vitesses et ainsi de déterminer si la commande de la boîte est au "point mort". Toutefois, une boîte de vitesses comporte des engrenages qui s'usent et libèrent 20 de la limaille de fer dans l'huile. Or, comme le capteur comporte un aimant, celui-ci attire la limaille présente dans l'huile et cette limaille a tendance à s'agglutiner sous le capteur (du fait du sens d'aimantation), ce qui vient perturber voire anéantir la mesure. Pour réduire la quantité de limaille présente dans l'huile, il est connu de 25 positionner un ou plusieurs aimants au fond de la boîte de vitesses pour récupérer la limaille et éviter ainsi qu'elle ne vienne se fixer sous le capteur. Une telle solution représente un coût additionnel et ne permet pas de récupérer la totalité de la limaille du fait de la "portée" limitée des aimants. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant 30 une solution ne nécessitant pas d'aimant supplémentaire. Avec cet objectif en vue, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce que le périmètre intérieur est maximal, par rapport à l'espace disponible dans le boîtier. Grâce à cette caractéristique, la limaille de fer est attirée vers l'extérieur (la partie 35 externe) du capteur, c'est-à-dire sur les côtés du dispositif plutôt que sur le dessous de celui-ci. Dans un mode de réalisation, le périmètre extérieur est maximal, par rapport aux contraintes mécaniques de l'aimant. Grâce à cette caractéristique, la limaille de fer n'est pas attirée en face de la puce, par conséquent elle ne vient pas perturber la mesure. Le périmètre extérieur maximal permet également d'obtenir un périmètre intérieur maximal tout en respectant les contraintes mécaniques. Dans un mode de réalisation, le périmètre extérieur et/ou le périmètre intérieur comprend au moins un méplat. Dans un mode de réalisation, le périmètre extérieur et/ou le périmètre intérieur 10 sont cylindriques. Dans un mode de réalisation, le rapport entre le périmètre extérieur et le périmètre intérieur est de 2:1. De préférence, le rapport entre le périmètre extérieur et le périmètre intérieur est tel que l'épaisseur de la couronne de l'aimant soit mécaniquement réalisable, c'est-à-dire 15 que celui-ci puisse respecter les contraintes mécaniques de son utilisation. En l'espèce l'épaisseur minimale de la couronne de l'aimant (lorsque celui est sensiblement un cylindre creux) est de préférence au moins égale à 2 mm. Dans un mode de réalisation, la surface intérieure de l'aimant (du trou) est supérieure ou égale à la surface de la puce. 20 Dans un mode de réalisation, le diamètre extérieur est de 10 mm et le diamètre intérieur est de 5 mm. Dans un mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comprend en outre une cible ferromagnétique, et la cible est entourée d'un élément non ferromagnétique. 25 Lorsque la cible ferromagnétique s'approche du capteur, elle s'aimante par réaction. Par conséquent de la limaille peut se fixer sur la cible. Grâce à l'élément non ferromagnétique, la limaille a moins tendance à se fixer sur la cible ; notamment en fonction de son épaisseur. En outre, l'élément non ferromagnétique a également avantageusement un effet 30 mécanique de balayage lorsque la cible et le capteur ont un mouvement relatif, qui permet de balayer la limaille éventuellement agglutinée sous le capteur. La forme de l'élément non ferromagnétique est de préférence adaptée au mouvement relatif de la cible et du capteur, en l'espèce une face plane pour un mouvement de translation et une face courbe pour un mouvement de rotation. 35 De préférence, l'élément non ferromagnétique est disposé au plus près du capteur, c'est-à-dire au plus près de la puce, la surface sensible du capteur. Dans un mode de réalisation, l'élément non ferromagnétique est en plastique, en l'espèce un bouchon en plastique emmanché sur la cible. Dans un mode de réalisation avantageux, la puce est décalée, en l'espèce disposée au-dessus, par rapport au point de zéro Gauss de l'aimant. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre un capteur à effet Hall selon l'art antérieur, - la figure 2A illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure à effet Hall en l'absence de cible ferromagnétique, - la figure 2B illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure à effet Hall en présence d'une cible ferromagnétique, - la figure 3 illustre en coupe transversale l'agglutination de limaille sous un capteur, - la figure 4A illustre également en coupe transversale l'agglutination de limaille sous un capteur selon l'art antérieur, - la figure 4B illustre en coupe transversale l'agglutination de limaille autour d'un capteur selon l'invention, la figure 5A illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation et d'une rotation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'art antérieur en l'absence de limaille, - la figure 5B illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation et d'une rotation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'art antérieur en présence de limaille, - la figure 6A illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation et d'une rotation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'invention en l'absence de limaille, la figure 6B illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation et d'une rotation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'invention en présence de limaille, la figure 7A illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'art antérieur en l'absence de limaille, la figure 7B illustre la variation du champ d'un aimant en fonction d'une translation d'une cible par rapport audit aimant, selon l'art antérieur en présence de limaille, et - la figure 8 illustre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Un capteur 1 à effet Hall classique mis en oeuvre dans l'invention est illustré figure 1. Il comprend un aimant 10 et une puce 20 solidaire de l'aimant, configurée pour mesurer le champ magnétique de l'aimant 10, en l'espèce sa composante verticale Bz, comme illustré figure 2A et figure 2B dans lesquelles l'aimant 10 est configuré à titre d'exemple avec la face sud S en haut et la face nord N en bas. La puce 20 est positionnée de préférence en face du trou 11, le trou 11 représentant la zone sensible du capteur 1. L'aimant 10 est troué. L'aimant 10 comprend donc un périmètre extérieur 12 et un périmètre intérieur 13. De préférence le trou 11 de l'aimant est circulaire. Dans le mode de réalisation illustré, l'aimant est à symétrie de révolution autour d'un axe Z (vertical), de sorte que son périmètre extérieur 12 et son périmètre intérieur 13 sont circulaires et concentriques. La figure 2A illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure à effet Hall ne comprenant pas de cible ferromagnétique. La figure 2B illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure à effet Hall comprenant une cible ferromagnétique 50. En comparant ces deux figures, les lignes de champ 14 de l'aimant sont 15 clairement déviées par la présence de la cible 50. La composante Bz du champ magnétique de l'aimant 10 en est modifiée et mesurée par la puce 20. Comme illustré figure 3, le capteur est positionné dans un boîtier 30. La figure 3 illustre également le problème que vise à résoudre l'invention, à savoir la limaille 40 agglutinée sous le boîtier 30. 20 Or, comme décrit précédemment, la présence de limaille peut venir perturber très fortement les lignes de champ, et donc la mesure. A cet effet, selon l'invention, au moins l'un des périmètre extérieur 12 et intérieur 13 est maximal. Comme illustré figure 4A, si le périmètre intérieur 13 est trop faible, la limaille se 25 fixe en face de la puce 20, sur la zone sensible, et risque de perturber la mesure. En revanche, en maximisant le périmètre intérieur, c'est-à-dire en l'espèce le diamètre, la limaille est maintenue en dehors de la zone sensible. L'influence du périmètre extérieur 12 est illustré figure 4B : l'augmentation de celui-ci décale également les lignes de champ 14 vers l'extérieur du capteur. Par 30 conséquent, la limaille est attirée vers l'extérieur, les côtés, du boîtier 30. Ainsi, alors que pour des raisons économiques on a tendance à réduire la taille d'un aimant, de façon surprenante selon l'invention, il convient au contraire de maximiser les périmètres intérieur et extérieur. L'épaisseur de l'aimant entre ses périmètres intérieur et extérieur doit respecter 35 les contraintes mécaniques d'utilisation du capteur, en l'espèce au moins 2mm. Le périmètre extérieur 12 est limité par la taille du boîtier 30 et les contraintes de passage des connexions de la puce 20. La forme des périmètres extérieur et/ou intérieur peut être circulaire ou ovoïdale. Elle peut également avantageusement comprendre des méplats. Pour illustrer le principe de l'invention, on peut définir selon l'art antérieur (figure 4A) un aimant cylindrique troué, et dont le trou est également cylindrique 5 et concentrique. L'aimant cylindrique 10 possède un diamètre extérieur Dext_old et un diamètre intérieur Dint_old ; et est inséré dans un boîtier 30 dont les dimensions externes sont limitées par un diamètre Dbox_old. Selon l'invention, pour un même boîtier de dimensions externes limitées par un 10 diamètre Dbox_new égal à Dbox_old, alors les dimensions de l'aimant 10 sont telles que le diamètre extérieur Dext_new est supérieur au diamètre Dext_old et le diamètre intérieur Dint_new est supérieur au diamètre Dint_old. L'homme du métier transposera aisément le principe ci-dessus à d'autres formes de l'aimant que cylindrique. 15 Des mesures comparatives entre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention et l'art antérieur ont été effectuées et sont illustrées aux figures 5A, 5B, 6A et 6B. Chacune des figures 5A, 5B, 6A et 6B illustre la mesure B(mT) du champ d'un aimant en fonction d'une translation X(mm) et d'une rotation R(°) d'une même cible par 20 rapport audit aimant, pour un boîtier de dimensions similaires. Les figures 5A et 5B illustrent les résultats de l'utilisation d'un dispositif (c'est-à-dire un aimant), selon l'art antérieur, en l'espèce un aimant circulaire de diamètre extérieur 7 mm et de diamètre intérieur 3 mm, dans lesquelles la figure 5A est la réponse du capteur en configuration � normale � (sans limaille), et la figure 5B est la réponse du 25 capteur en présence de limaille, en l'espèce 0,2 à 0,3g de limaille. Des figures 5A et 5B, on voit clairement que la présence de limaille écrête et étale le signal de mesure, ce qui rend le capteur inefficace. Les figures 6A et 6B illustrent un dispositif, c'est-à-dire un aimant, selon l'invention en l'espèce un aimant circulaire de diamètre extérieur 10 mm et de diamètre 30 intérieur 5 mm, dans lesquelles la figure 6A est la réponse du capteur en configuration � normale � (sans limaille), et la figure 6B est la réponse du capteur en présence de limaille, en l'espèce 2 à 3g de limaille. Des figures 6A et 6B, on voit clairement que le dispositif selon l'invention permet de limiter l'impact de la présence de limaille : celle-ci ne modifie quasiment pas la réponse 35 du capteur. De la comparaison entre l'art antérieur (figure 5B) et l'invention (figure 6B), on note que l'invention permet d'obtenir des résultats fiables avec une masse de limaille quasiment dix fois supérieure. Par ailleurs, dans ce genre de dispositifs selon l'invention, il existe un point dit 5 point de zéro Gauss de l'aimant, auquel toutes les composantes (Bx, By, Bz) du champ magnétique de l'aimant sont nulles. L'avantage de ce point de zéro Gauss est qu'il est relativement stable dans le temps et relativement indépendant de la température. Pour la mesure de position, comme vu précédemment, on dispose généralement 10 une pièce ferromagnétique 50, dite cible, en face du boîtier 30. En fonctionnement, la cible 50 et le boîtier 30 sont mus par un mouvement relatif, et le capteur 1 est configuré pour mesurer l'amplitude de ce mouvement, c'est-à-dire la position relative de la cible et du capteur. Lors du déplacement de la cible 50, le champ de l'aimant 10 se trouve dévié, 15 attiré par celle-ci, et il existe une variation de champ importante lorsque la cible 50 se déplace en face de celui-ci. Par ailleurs, pour limiter les perturbations de la mesure, il est connu de positionner initialement la puce du capteur à effet Hall au point de zéro Gauss (avant la mise en présence de la cible, la position de zéro Gauss étant déviée en présence de la 20 cible). La figure 7A peut correspondre par exemple à une projection de la figure 5A sur une dimension donnée, et correspond à un dispositif mis en oeuvre sans limaille. En fonction du déplacement de la cible, le signal de mesure de l'intensité du champ magnétique est sensiblement une forme de gaussienne : d'abord négatif et relativement 25 constant, puis positif et croissant passant par un maximum lorsque la cible et le capteur sont alignés. Au-delà du maximum, le signal devient positif décroissant, puis négatif et relativement constant. La figure 7B peut correspondre par exemple à une projection de la figure 5B sur une dimension donnée, et correspond au dispositif mis en oeuvre pour les résultats 30 illustrés à la figure 7A en présence de limaille, à la même échelle. La présence de limaille a pour effet d'élargir la gaussienne ûdonc de perturber la mesure- et de décaler le signal vers les valeurs positives, ce qui a pour conséquences d'augmenter la valeur du maximum, et surtout d'augmenter la valeur du minimum. Or plus la valeur du minimum se rapproche de zéro, plus le risque que le capteur en mode 35 interrupteur ne bascule pas (au franchissement du zéro) est grand. Selon l'invention, au contraire de l'art antérieur, on positionne avantageusement initialement la cible 50 de façon décalée, en l'espèce disposée à quelques dixièmes de millimètres au-dessus, par rapport au point de zéro Gauss de l'aimant 10. Grâce à cette configuration, on peut notamment réduire le niveau de champ 5 magnétique sur la surface sensible en face de la puce 20, réduisant ainsi encore l'attractivité du capteur 1 à la limaille. En outre, une telle configuration permet d'obtenir un décalage magnétique, donc une réponse du capteur 1 dans une zone moins impactée par la limaille. Ce qui est particulièrement intéressant dans un mode de fonctionnement (défini par la forme de la 10 cible 50) de type interrupteur ("switch") du capteur 1. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est encore possible d'améliorer l'immunité à la limaille du capteur 1 en plaçant une pièce non-ferromagnétique 60 autour de la cible 50 (figure 8). Grâce à cette configuration, la limaille 40 ne se fixe pas sur la tige 50. 15 En outre, cette configuration permet de nettoyer la surface sensible du capteur 1. C'est d'autant plus efficace que l'espace de mesure e (ou espace entre la face inférieure du boîtier 30 et la face supérieure de la cible 50, communément appelé � airgap �) est faible. Lors du déplacement de la cible, la partie non ferromagnétique 60 emporte la limaille sur les cotés du capteur, loin de la puce 20. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de position par effet Hall comprenant : un boîtier (30), - un capteur à effet Hall (1), comprenant un aimant (10) et une puce (20), dans lequel - la puce (20) est solidaire de l'aimant (10), l'aimant (10) est troué (11), et comprend un périmètre extérieur (12) et un périmètre intérieur (13), - le capteur (1) est positionné dans ledit boîtier (30), caractérisé en ce que le périmètre intérieur (13) est maximal. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le périmètre extérieur (12) est maximal. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le périmètre extérieur (12) et/ou le périmètre intérieur (13) comprend au moins un méplat. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'aimant (10) et le trou (11) sont cylindriques. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le rapport entre le périmètre extérieur (12) et le périmètre intérieur (13) est de 2:1. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 comprenant en outre une cible ferromagnétique (50), dans lequel la cible (50) est entourée d'un élément non ferromagnétique (60). 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel l'élément non ferromagnétique (60) est disposé au plus près de la puce (20). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel 25 l'élément non ferromagnétique (60) est en plastique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la puce (20) est décalée par rapport au point de zéro Gauss de l'aimant (10).