Brevet FR2976070A1 — publié le 20121207

Ref. Valeo CFR0444 1 Cible pour capteur magnétique de position La présente invention concerne une cible magnétique pour capteur magnétique de position ainsi qu'un système comprenant une telle cible et un tel capteur. Plus particulièrement, l'invention concerne le domaine de la mesure magnétique de position d'un objet en mouvement de translation et/ou de rotation, notamment à l'aide des capteurs à effet Hall. De tels capteurs sont notamment utilisés dans le domaine automobile pour la mesure de la position d'organes mécaniques sous capot. Cette mesure est réalisée en fixant un aimant permanent, qui constitue alors un exemple de cible magnétique, à l'organe en mouvement et en détectant les variations de flux magnétique créées par le mouvement de cette cible à l'aide d'une sonde à effet Hall. A titre d'exemple, ces capteurs sont utilisés pour détecter une position d'enclenchement des rapports ou une position neutre d'une boîte de vitesses d'un véhicule automobile. Actuellement, la course mesurable par un capteur à effet Hall dépend des dimensions de l'aimant. II convient donc généralement, pour accroître l'étendue de mesure d'un capteur à effet Hall, d'augmenter les dimensions de cet aimant. Cependant, cette solution engendre un encombrement préjudiciable à l'intégration du capteur. La présente invention vise à améliorer la situation. A cet effet, l'invention concerne, selon l'un de ses aspects, une cible magnétique apte à interagir avec un capteur de position, ladite cible comprenant un aimant principal ayant une première direction d'aimantation et des bords situés dans des plans orthogonaux à ladite première direction. La cible comprend au moins un aimant secondaire ayant une deuxième direction d'aimantation, le ou lesdits aimants secondaires étant disposés par rapport à l'aimant principal pour modifier l'induction générée par l'aimant principal au moins au niveau de l'un desdits bords dudit aimant principal. En modifiant de la sorte le champ magnétique créé par l'aimant principal, on augmente l'étendue de mesure du capteur interagissant avec la cible, c'est-à-dire la Ref. Valeo CFR0444 2 course mesurable par le capteur magnétique, sans augmenter les dimensions de l'aimant principal. Avantageusement, le capteur comprend des moyens de mesure d'une ou plusieurs composantes de l'induction de l'aimant principal, le ou lesdits aimants secondaires étant aptes à augmenter la ou au moins l'une des composantes de ladite induction, mesurées par lesdits moyens de mesure, au niveau du ou des bords de l'aimant principal selon une direction de déplacement des aimants par rapport aux moyens de mesure, lesdits bords étant appelés « bords transversaux ». Avantageusement encore, les moyens de mesure du capteur délivrent un signal d'une composante de l'induction selon la direction d'aimantation de l'aimant principal, dite composante orthogonale, le ou lesdits aimants secondaires étant aptes à augmenter ladite composante orthogonale au moins au niveau desdits bords transversaux. L'aptitude du ou des aimants secondaires qui est mentionnée ci-dessus provient par exemple de l'orientation de la direction d'aimantation desdits aimants secondaires par rapport à la direction d'aimantation de l'aimant principal. De préférence, la deuxième direction d'aimantation est orthogonale à la première direction d'aimantation. Cela permet d'optimiser l'augmentation de l'étendue de mesure du capteur interagissant avec la cible. Avantageusement, le ou les aimants secondaires sont fixés sur une partie de bord de l'aimant principal. Le ou les aimants secondaires peuvent ainsi ne s'étendre que le long d'une partie seulement d'un bord de l'aimant principal. Avantageusement, le capteur est apte à mesurer la position d'un objet en translation selon une première direction et l'aimant secondaire est fixé sur l'un des bords de l'aimant principal, parallèle à la première direction. Le capteur est par exemple positionné par rapport à l'objet et à la cible de manière à mesurer la position de l'objet le long de ladite direction. L'objet présente par exemple un axe longitudinal selon lequel il peut être déplacé en rotation et/ou en translation et l'aimant principal, lorsqu'il est solidarisé sur l'objet, présente des bords parallèles à cet axe longitudinal, l'aimant secondaire étant fixé sur l'un de ces bords. Le déplacement de l'objet en rotation et/ou en translation par rapport à son axe longitudinal peut ensuite être mesuré par le capteur. Ref. Valeo CFR0444 3 Avantageusement, la cible comprend deux aimants secondaires. Avantageusement encore, le ou lesdits aimants secondaires ont un volume inférieur au volume de l'aimant principal. Selon une réalisation préférée, l'aimant principal a une forme parallélépipédique définie par une première hauteur, une première largeur et une première épaisseur et le ou les aimants secondaires ont une forme parallélépipédique définie par une deuxième hauteur inférieure ou égale à la première hauteur, une deuxième épaisseur inférieure ou égale à la première épaisseur et une deuxième largeur inférieure ou égale à la première largeur. Au sens de l'invention, l'épaisseur des aimants est mesurée parallèlement au plus petit côté du parallélépipède formé par l'aimant principal, la largeur est mesurée parallèlement au plus grand côté du parallélépipède formé par l'aimant principal et la hauteur est mesuré le long du côté de taille intermédiaire. Le rapport entre la deuxième hauteur et la première hauteur peut être compris entre 0,9 et 1,1. Le rapport entre la deuxième épaisseur et la première épaisseur peut être compris entre 0,9 et 1,1. Le rapport entre la deuxième largeur et la première largeur peut être compris entre 0,3 et 0,4, étant par exemple égal à 1/3. La deuxième largeur peut être cinq fois inférieure à la première largeur. L'aimant principal présente, par exemple, des faces latérales parallèles à la direction d'aimantation dudit aimant principal et l'aimant secondaire est aligné sur au moins une desdites faces, notamment deux, notamment trois. Ces caractéristiques permettent de limiter l'encombrement du capteur. De préférence, l'aimant principal présente une face avant, destinée à se trouver en vis-à-vis de moyens de mesure du capteur, et une face arrière opposée, et l'aimant secondaire est fixé sur la face arrière de l'aimant principal. Grâce à cette disposition de l'aimant secondaire, l'encombrement avant de l'aimant principal n'est pas modifié. Avantageusement, le capteur est à effet Hall. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un système comprenant une cible magnétique telle que définie ci-dessus et un capteur configuré pour interagir avec ladite cible pour mesurer la position d'un objet lorsque la cible est Ref. Valeo CFR0444 4 solidaire de cet objet, étant notamment fixée sur cet objet. La cible peut être solidarisée de façon amovible ou non à l'objet. Le capteur est par exemple un capteur à effet Hall. L'invention concerne également un ensemble comprenant le système ci-dessus et des moyens de traitement, lesdits moyens de traitement comprenant des moyens de calcul exploitant une fonction mathématique dans laquelle ladite composante orthogonale de l'induction apparaît au dénominateur d'un quotient. Des modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits de façon plus précise, mais non limitative, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective des aimants d'un capteur magnétique selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est un schéma illustrant l'application du capteur de la figure 1 à la mesure de la position d'un objet en mouvement ; - la figure 3 est un graphique représentant l'évolution de l'induction magnétique engendrée par les aimants du capteur lors du mouvement de l'objet ; - la figure 4 est un graphique illustrant les performances du capteur ; et - la figure 5 représente les lignes de champ magnétique engendrées par les aimants du capteur. La figure 1 représente des aimants d'une cible magnétique de position selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Cette cible comprend un ensemble magnétique 2 constitué d'aimants et interagit avec un capteur par exemple à effet Hall pour mesurer la position d'un objet auquel la cible 2 est solidarisée. L'ensemble magnétique 2 est représenté en perspective dans l'espace orthonormé (X, Y, Z). Cet ensemble magnétique 2 comprend un aimant principal 4 présentant, par exemple, deux faces principales, parallèles et opposées, et une ou des faces latérales reliant lesdites faces principales. II est ici de forme parallélépipédique et défini par une première hauteur h1, une première largeur I1 et une première épaisseur e1. A titre d'exemple non restrictif, la première hauteur h1 est égale à 30 mm, la première largeur Il est égale à 40 mm et la première épaisseur e1 est égale à 2 mm. Ref. Valeo CFR0444 5 L'aimant principal 4 est un aimant permanent caractérisé par une direction d'aimantation 6 selon l'axe Z lorsque les faces principales de l'aimant 4 sont parallèles au plan (X, Y). Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, l'ensemble magnétique 2 comprend également deux aimants secondaires 8, 10 fixés à l'arrière de l'aimant principal 4 au niveau de deux de ses bords, sans dépasser vers l'extérieur de l'aimant principal 4. Les aimants secondaires 8, 10 sont, de préférence, identiques. Ils ont une forme parallélépipédique ayant la même hauteur et la même épaisseur que l'aimant principal 4, et une deuxième largeur 12 égale à 8 mm, soit 5 fois plus faible que la première largeur Il de l'aimant principal 4. Les aimants secondaires 8, 10 sont des aimants permanents caractérisés par une direction d'aimantation 12, 14 orthogonale à la direction d'aimantation Z de l'aimant principal 4, c'est-à-dire, ici selon l'axe Y. La figure 2 illustre le fonctionnement du capteur interagissant avec la cible 2 pour mesurer la position d'un objet 20 sur lequel la cible 2 est montée, de façon amovible ou non, dans le cas d'un mouvement de translation selon l'axe X de l'objet 20. Afin d'optimiser l'étendue de mesure du capteur, les aimants secondaires 8, 10 sont fixés sur les bords de l'aimant principal 4 parallèles à l'axe X. Grâce à cette disposition et à l'orthogonalité des directions d'aimantation de l'aimant principal 4 et des aimants secondaires 8, 10, les effets de bord de l'aimant principal 4, qui limitent l'étendue de mesure du capteur, sont compensés par les effets de bord des aimants secondaires 8, 10. Le ou les aimants secondaires 8, 10 présentent, par exemple, une face principale orthogonale à la deuxième direction d'aimantation 12, 14, deux premières faces latérales, parallèles et opposées, perpendiculaires à ladite face principale orthogonale à la deuxième direction d'aimantation 12, 14, l'une des premières faces latérales étant en vis-à-vis de l'une des faces principale, ici la face arrière, de l'aimant principal 4, et deux autres faces latérales, parallèles et opposées, perpendiculaires à ladite face principale orthogonale à la deuxième direction d'aimantation 12, 14. Dans l'exemple considéré, ladite face principale orthogonale à la deuxième direction d'aimantation 12, 14 et lesdites deux autres faces latérales sont, Ref. Valeo CFR0444 6 respectivement, dans le même plan que la face latérale de l'aimant principal 4 parallèle à l'axe X, du côté où se trouve ledit aimant secondaire 8, 10, et dans le même plan que les deux autres faces latérales adjacentes à cette dernière. Autrement dit, ladite face principale orthogonale à la deuxième direction d'aimantation 12, 14 et lesdites deux autres faces latérales du ou des aimants secondaires 8, 10 sont dans la continuité des faces latérales correspondantes de l'aimant principal 4, dans l'exemple décrit. Pour réaliser la mesure par le capteur, l'ensemble magnétique 2 formant la cible est positionné sur l'objet 20, de façon amovible ou non. Lorsque la cible magnétique 2 se déplace en translation, l'aimantation des aimants 4, 8, 10 engendre une induction magnétique É de composantes Bx, By, Bz dans l'espace défini par les axes (X, Y, Z). Les performances du capteur ont été étudiées lors d'une mesure de position en translation de l'objet 20 pour deux angles de rotation différents 0° et 45° de l'objet 20. La zone hachurée 22 de la figure 2 représente une zone de calcul simulant les translation et rotation de l'objet 20. Le graphique de la figure 3 représente l'évolution des composantes Bx, By, Bz du vecteur d'induction magnétique en fonction de la translation TX de l'objet 20 avec une cible 2 comprenant les aimants 4, 8, 10 (courbes en trait continu 30, 32, 34, 36, 38) et pour une cible 2 comprenant uniquement l'aimant principal 4 (courbes en trait pointillé 40, 42, 44, 46, 48). Les courbes 30, 40 et 32, 42 représentent la composante Bx pour un angle de rotation de 0° et de 45° de l'objet 20, respectivement. Les courbes 34, 44 représentent la composante By. Les courbes 36, 46 et 38, 48 représentent la composante Bz pour un angle de rotation de 0° et de 45° de l'objet 20, respectivement. II apparaît, à partir de ces courbes, que la composante Bx se comporte comme une fonction sinus en fonction de la translation de l'objet 20 alors que la composante Bz se comporte comme une fonction cosinus en fonction de la translation de l'objet 20. Ref. Valeo CFR0444 7 Ainsi, l'image du rapport entre Bx et Bz, exprimé selon la relation B mathématique Arctan K. x , K étant un coefficient, est une fonction monotone, Bz notamment linéaire de la translation de l'objet 20. Le graphique de la figure 4 représente l'évolution de cette arctangente en fonction de la translation TX de l'objet 20 pour une cible 2 comprenant les aimants 4, 8, 10 (courbes en trait continu 50, 52) et pour une cible 2 comprenant uniquement l'aimant principal 4 (courbes en trait pointillé 60,62). Les courbes 50, 60 et 52, 62 représentent cette arctangente pour un angle de rotation de 0° et de 45° de l'objet 20, respectivement. Etant donné que la fonction arctangente est périodique et présente des discontinuités lors des changements de période (en raison de l'annulation de la fonction cosinus en rr/2 et - rr/2), l'étendue de mesure du capteur est limitée par les annulations de la composante Bz, qui correspondent ainsi aux extrémités de la course du capteur. II est remarquable, en comparant les courbes 36 et 46 ainsi que 38 et 48 de la figure 3, que la composante Bz est plus élevée avec la cible selon l'invention comprenant les aimants secondaires 8 et 10 qu'avec la cible comprenant uniquement l'aimant principal 4. Ainsi que cela apparaît sur les courbes 52, 62 de la figure 4, grâce à ce renforcement de la composante Bz, la course du capteur passe de [-20 mm,+20 mm] lorsqu'il est associé à une cible comprenant l'aimant principal 4 uniquement à [-22 mm,+22 mm] lorsqu'il est associé à une cible selon l'invention. Cela représente une augmentation de l'étendue de mesure du capteur de 10%. Cette amélioration est due au renforcement de la composante Bz par l'ajout des aimants secondaires 8, 10. Ce renforcement de la composante Bz est bien illustré sur la figure 5 qui représente les lignes de champ magnétique dans un plan de coupe perpendiculaire au déplacement de l'objet 20, c'est-à-dire un plan de coupe (Y, Z), pour une valeur extrême de la course du capteur, soit 22 mm ici. Les lignes de champ 70 sont celles de la cible 2 comprenant=les aimants 4, 8, 10 alors que les lignes de champ 72 sont celles de la cible 2 comprenant l'aimant principal 4 uniquement. Ref. Valeo CFR0444 8 La comparaison des lignes de champ 70 et 72 montre que le vecteur d'induction magnétique B , illustré en différents points par une flèche d'amplitude et d'orientation données, la composante Bz a disparu pour certains points avec les lignes de champ 72 alors qu'elle est toujours présente avec les lignes de champ 70. Ainsi, la cible selon les exemples décrits ci-dessus permet d'augmenter l'étendue de mesure en conservant les mêmes performances de linéarité et de précision. II est ainsi possible, grâce à l'invention, d'utiliser des capteurs de position magnétiques initialement conçus pour une application donnée dans d'autres applications et/ou de suivre l'évolution des besoins d'une même application. II est également possible, grâce à l'invention, de réduire l'encombrement d'une cible pour capteur magnétique tout en garantissant une étendue de mesure identique. REVENDICATIONS1. Cible (2) apte à interagir avec un capteur magnétique de position, la cible (2) comprenant un aimant principal (4) ayant une première direction d'aimantation (6) et des bords situés dans des plans orthogonaux à ladite première direction, la cible (2) comprenant au moins un aimant secondaire (8,10) ayant une deuxième direction d'aimantation (12,14), le ou lesdits aimants secondaires (8,10) étant disposés par rapport à l'aimant principal (4) pour modifier l'induction (É) générée par l'aimant principal (4) au moins au niveau de l'un des bords dudit aimant principal (4). 2. Cible (2) selon la revendication 1, la deuxième direction d'aimantation (12,14) étant orthogonale à la première direction d'aimantation (6). 3. Cible (2) selon la revendication 1 ou 2, comprenant deux aimants secondaires (8,10). 4. Cible selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, l'aimant secondaire (8,10) ayant un volume inférieur au volume de l'aimant principal (4). 5. Cible (2) selon la revendication 4, l'aimant principal (4) ayant une forme parallélépipédique définie par une première hauteur (h1), une première largeur (11) et une première épaisseur (el), et l'aimant secondaire (8,10) ayant une forme parallélépipédique définie par une deuxième hauteur égale à la première hauteur (h1), une deuxième épaisseur égale à la première épaisseur (el) et une deuxième largeur (12) inférieure à la première largeur (11). 6. Cible (2) selon la revendication 5, la deuxième largeur (12) étant cinq fois inférieure à la première largeur (11).30Ref. Valeo CFR0444 10 7. Cible (2) selon la revendication 5 ou 6, l'aimant principal présentant des faces latérales parallèles à la direction d'aimantation (6) dudit aimant principal (4) et l'aimant secondaire (8,10) étant aligné sur trois desdites faces. 8. Cible (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, l'aimant secondaire (8,10) étant fixé sur une partie de bord de l'aimant principal (4). 9. Système, comprenant : - une cible (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et - un capteur configuré pour interagir avec la cible (2) pour mesurer la position d'un objet (20) lorsque la cible (2) est solidaire de cet objet (20). 10. Système selon la revendication 9, le capteur étant apte à mesurer la position d'un objet (20) en translation selon une première direction (X), la cible (2) étant solidaire de l'objet et l'aimant secondaire (8,10) étant fixé sur l'un des bords de l'aimant principal (4), parallèle à la première direction (X). 11. Système selon la revendication 9 ou 10, l'aimant principal (4) présentant une face avant, destinée à se trouver en vis-à-vis de moyens de mesure du capteur, et une face arrière opposée, l'aimant secondaire (8,10) étant fixé sur la face arrière de l'aimant principal (4). 12. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, le capteur comprenant des moyens de mesure d'une ou plusieurs composantes (Bx, By, Bz) de l'induction (É) de l'aimant principal (4), le ou lesdits aimants secondaires (8,10) étant aptes à augmenter la ou au moins l'une des composantes de ladite induction, mesurées par lesdits moyens de mesure, au niveau du ou des bords de l'aimant principal (4) selon une direction de déplacement des aimants (4,8,10) par rapport aux moyens de mesure, lesdits bords étant appelés bords transversaux.30Ref. Valeo CFR0444 11 13. Système selon revendication 12, les moyens de mesure délivrant un signal d'une composante (Bz) de l'induction (B) selon la direction d'aimantation (6) de l'aimant principal (4), dite composante orthogonale, le ou lesdits aimants secondaires (8,10) étant aptes à augmenter ladite composante orthogonale (Bz) au moins au niveau desdits bords transversaux. 14. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, ledit capteur étant à effet Hall. 15. Ensemble comprenant : - un système selon l'une quelconque des revendications 9 à 14 et, - des moyens de traitement, lesdits moyens de traitement comprenant des moyens de calcul exploitant une fonction mathématique dans laquelle ladite composante orthogonale (Bz) de l'induction (É) apparaît au dénominateur d'un quotient.15