Brevet FR2984487A1 — publié le 20130621

DISPOSITIF DE LECTURE DE DONNEES SUR UN ARBRE TOURNANT DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention a trait à la lecture de données portées par un arbre tournant. L'invention se rapporte à un dispositif de lecture, notamment pour des mesures de position ou de vitesse angulaire d'un arbre rotatif, et en particulier d'un arbre oscillant sur moins d'un tour. L'invention se rapport également à un disjoncteur multipolaire mettant en oeuvre un tel dispositif de mesure. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Pour mesurer une position angulaire, un déplacement angulaire ou une vitesse angulaire d'un arbre tournant, il est courant d'intégrer un capteur à un palier supportant l'arbre, ledit arbre comportant un codeur. [0003] Généralement le codeur est fixé indirectement à un arbre et tout autour de ce dernier, un socle entourant ledit arbre étant adapté entre le codeur et l'arbre afin de le disposer de façon préférée en regard du capteur. [0004] Un tel dispositif de mesure de position angulaire présentent néanmoins de nombreux inconvénients parmi lesquels on peut citer l'encombrement que représente la piste multipolaire et son socle sur l'arbre ou encore la nécessité de démonter l'ensemble de l'arbre pour y adapter ledit dispositif de mesure impliquant un temps de main d'ceuvre important donc couteuse et devant nécessiter la pratique d'une main d'ceuvre qualifiée. [0005] La problématique de l'encombrement du système de mesure est d'autant plus importante lorsqu'il est destiné à être disposé dans des systèmes 25 complexes de volume réduit. [0006] Par ailleurs, il est usuel qu'un entrefer entre le capteur et le codeur soit maintenu constant du simple fait que le palier, par sa fonction première de 2 9844 87 2 guidage de l'arbre, interdit tout déplacement radial ou axial notable entre codeur et capteur. [0007] D'autres solutions permettant de maintenir un entrefer constant entre un tel codeur et un tel capteur intégré à un palier supportant l'arbre existent dans 5 l'art antérieur. A ce titre on connait le brevet EP 0 859 222 B1 déposé par la demanderesse qui décrit dispositif pour mesurer la rotation d'un élément rotatif comprenant un codeur magnétique tournant avec l'élément rotatif et un capteur intégré à un support immobilisé en rotation, ledit codeur magnétique étant maintenu à proximité étroite du capteur par l'attraction magnétique générée entre 10 d'une part le codeur magnétique et d'autre part le support réalisé, au moins partiellement, en matériau magnétique, caractérisé en ce qu'un film autolubrifiant est interposé au niveau de la surface de contact entre le codeur magnétique et le support. [0008] Un tel dispositif permet de conserver un entrefer constant entre un 15 capteur et un codeur pour des vibrations de faibles amplitudes mais présente néanmoins l'inconvénient de ne pas être adapté à des sollicitations mécaniques présentant de fortes amplitudes durant de courtes périodes. [0009] Il existe toutefois des applications dans lesquelles il est souhaitable de proposer une mesure d'une grandeur relative à la position angulaire ou au 20 déplacement angulaire d'un arbre à distance des paliers de support de l'arbre. Dans un tel cas, la mesure peut être perturbée par les déplacements parasites de l'arbre, notamment des déplacements en direction radiale correspondant par exemple à des déformations de l'arbre en flexion, du fait d'un balourd ou d'efforts sur l'arbre, ou des déplacements en direction axiale. En effet, ces déplacements parasites induisent une modification de l'entrefer entre capteur et codeur, qui parasite la mesure. EXPOSE DE L'INVENTION [0010] L'invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique et notamment au problème d'entrefer variable entre un transducteur et une piste multipolaire afin de permettre une mesure précise quelles que soient les sollicitations de l'arbre rotatif et leur amplitude. [0011] Pour ce faire est proposé selon un premier aspect de l'invention un dispositif de lecture comportant : un arbre rotatif autour d'un axe de révolution sur un secteur angulaire ; une piste multipolaire solidaire de l'arbre ; un transducteur disposé en regard de la piste multipolaire pour lire les variations d'une grandeur physique au passage de la piste multipolaire ; support de transducteur pour fixer le transducteur au bâti ; caractérisé en ce que la piste multipolaire forme un arc de cercle sur un secteur angulaire strictement inférieur à 360°, et de préférence inférieur à 180°, l'arc de cercle étant coaxial avec l'axe de révolution . [0012] Le fait que la piste multipolaire forme un arc de cercle ouvert permet de monter le dispositif de lecture entre deux paliers de support de l'arbre rotatif, le cas échéant après montage de l'arbre dans ses paliers. Ceci permet donc, dans le cas où l'arc de cercle présente un angle inférieur à 180°, d'installer de manière simple et rapide le dispositif de lecture sur un arbre rotatif sans nécessairement impliquer son démontage ou son changement et offre, par conséquent, une maintenance plus aisée, plus rapide et moins couteuse. [0013] Enfin une telle structure permet un encombrement minimal seulement d'un côté de l'arbre, l'autre côté n'étant pas au contact de l'arc annulaire. [0014] Par ailleurs, l'invention concerne également, selon un deuxième aspect, un dispositif de lecture caractérisé en ce qu'il comporte : un arbre rotatif autour d'un axe de révolution; une piste multipolaire solidaire de l'arbre et formant au moins un arc de cercle coaxial avec l'axe de révolution ; un transducteur disposé en regard de la piste multipolaire, dans une direction de lecture, pour lire les variations d'une grandeur physique au passage de la piste multipolaire ; un support de transducteur pour bloquer le transducteur par rapport au bâti en rotation autour de l'axe de révolution ; et des moyens de guidage du transducteur par rapport à la piste multipolaire pour maintenir un entrefer constant entre ledit transducteur et ladite piste multipolaire dans la direction de lecture. [0015] Un tel entrefer constant permet de répondre à la problématique liée à la précision de la mesure et, par conséquent, d'améliorer le transfert d'informations entre le transducteur et la piste multipolaire, donc d'en améliorer la mesure. Ces mesures d'angles associées à des périodes temporelles permettent de mesurer également des vitesses ou encore des accélérations de manière plus précise. [0016] Ces deux aspects de l'invention peuvent être pris seuls ou en combinaison. [0017] Par ailleurs, les caractéristiques décrites par la suite peuvent dépendre de l'un et/ou l'autre de ces aspects. [0018] De préférence, l'arbre rotatif est un arbre oscillant autour de l'axe de révolution sur un secteur angulaire 0 strictement inférieur au secteur angulaire a de la piste multipolaire et qui peut être limité, le cas échéant, par une ou deux butées de fin de course de rotation. Ainsi, on est assuré de pouvoir positionner le capteur toujours en regard de la piste multipolaire, quelle que soit la position de l'arbre entre ses positions angulaires extrêmes. [0019] Suivant un mode de réalisation préféré, la somme des deux secteurs angulaires a + 0 est inférieure strictement à 360°. Ce secteur angulaire a + 0 représente une enveloppe fictive sur laquelle vient se mouvoir la piste multipolaire, c'est-à-dire une zone délimitée par entre les positions extrêmes de fin de course de ladite piste multipolaire. En d'autre terme, dans le cas précis où la somme des deux secteurs angulaires a + 0 est inférieure strictement à 360°, cela signifie que l'enveloppe fictive présente un secteur angulaire inférieur à 360° laissant de ce fait une zone dans laquelle la piste multipolaire ne se place jamais. L'encombrement du dispositif de lecture est alors minimisé, et compatible avec la présence, sur un secteur angulaire strictement inférieur à 360°- (a + 0), d'un élément du système dans lequel le dispositif est intégré. L'arbre rotatif est un arbre oscillant autour de l'axe de révolution sur un secteur angulaire 0 strictement inférieur au secteur angulaire a de la piste multipolaire. [0020] Avantageusement, le dispositif de lecture électromagnétique comporte des moyens de guidage du transducteur par rapport à la piste multipolaire pour maintenir un entrefer constant entre ledit transducteur et ladite piste multipolaire. [0021] Selon un aspect technique particulier, l'arbre rotatif est un arbre oscillant autour d'un axe de révolution sur un secteur angulaire 0 strictement inférieur à 360°. [0022] Selon une autre caractéristique particulière la piste multipolaire forme un arc de cercle ouvert a strictement inférieur à 360°, et de préférence inférieur à 180°. Ceci permet de monter le dispositif de lecture sur un arbre déjà supporté par deux paliers, sans avoir à démonter l'arbre. Dans ce cas, on a intérêt à ce que l'angle a soit strictement supérieur à l'angle 0, de sorte que l'on puisse disposer le capteur de telle manière qu'il soit toujours positionné en face de la piste multipolaire, quelle que soit la position instantanée de l'arbre entre ses positions extrêmes de fin de course. [0023] Par ailleurs, la piste multipolaire peut être supportée par une pièce intermédiaire, tel un socle, lequel présente un secteur angulaire de dimensions 25 similaires. [0024] Par ailleurs, le dispositif de lecture offre un encombrement angulaire minimal, ce qui peut permettre, notamment dans des applications où l'arbre tourne lui-même sur un secteur angulaire a tel que a+0 Une telle rondelle peut, par exemple, être une rondelle conique ou encore une rondelle ondulée. Par ailleurs, il est précisé que, dans le but de rattraper le jeu aussi selon le premier axe (y), le bâti 7 présente un alésage cylindrique tandis que le support 6 de transducteur 5 présente un alésage dont les dimensions sont strictement supérieures au diamètre de la vis 11 de sorte à laisser libre un degré de liberté axial de la vis 11 selon l'axe de révolution (x) et un degré de liberté radial de la vis 11 selon le premier axe (y). Dans ce mode de réalisation, ledit alésage du support 6 de transducteur 5 dont les dimensions sont strictement supérieures au diamètre de la vis 11 est un trou oblong dirigé axialement. [0052] Le premier moyen de rappel élastique, ici un ressort 10 est apte quant à lui à rattraper le jeu selon le premier axe (y) et l'axe de révolution (x). En effet, le ressort 10, ici utilisé, est un ressort 10 aligné suivant l'axe de révolution (x) de type lame présentant une section transverse de forme sinusoïdale permettant de rattraper un jeu à la fois suivant le premier axe (y) mais aussi suivant l'axe de révolution (x), ceci principalement en compression. Dans ce mode de réalisation, le ressort 10 présente une largeur de lame sensiblement égale à l'épaisseur du bâti. Enfin, il est représenté un évidement 7' du bâti 7 apte à y placer le ressort 10, et une saillie 6' du support 6 inséré dans ledit évidement 7' du bâti 7 et venant en appui contre le ressort 10 et le bâti 7. Ainsi, les mouvements radiaux et/ou axiaux de l'arbre rotatif 2 entrainant la saillie 6' en appui contre le ressort 10 le solliciteront en compression, le ressort étant apte à rattraper le jeu induit au moins par ces dits mouvements. [0053] Il est précisé que le moyen 9 de rattrapage de jeu comportant une vis 11 et une rondelle 11' ainsi que le moyen 9 de rattrapage de jeu comportant un ressort 10 dont une saillie 6' vient en appui dans un évidement 7' du bâti sont des moyens indépendants l'un de l'autre mais pouvant être complémentaires suivant leurs configurations. Par ailleurs il peut être envisagé dans d'autres modes de réalisations de les adapter en nombre différent. [0054] Les figures 12 à 17 montrent des schémas d'un dispositif de lecture électromagnétique selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Plus particulièrement, ce troisième mode de réalisation illustre un dispositif de lecture électromagnétique dans lequel les moyens de guidage du transducteur par rapport à la piste multipolaire comportent un assemblage circulaire par demi-tore. [0055] En effet, les moyens de guidage 8 du transducteur 5 par rapport à la piste multipolaire 4 comportent ici un assemblage 21 circulaire par demi-tore, lequel forme la liaison pivot 12 autour de l'axe de révolution (x) entre le transducteur 5 et la piste multipolaire 4. [0056] Les figures 18 à 22 montrent des schémas d'un dispositif de lecture électromagnétique selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Plus particulièrement, ce quatrième mode de réalisation illustre un dispositif de lecture électromagnétique dans lequel les moyens de guidage du transducteur par rapport à la piste multipolaire comportent un assemblage circulaire par queue d'aronde. [0057] En effet, les moyens de guidage 8 du transducteur 5 par rapport à la piste multipolaire 4 comportent ici un assemblage 20 circulaire par queue d'aronde, lequel forme une liaison pivot 12 autour de l'axe de révolution (x) entre le transducteur 5 et la piste multipolaire 4. [0058] Dans les troisième et quatrième modes de réalisations la direction, de lecture est également axiale. [0059] Enfin, les figures 23 à 28 montrent des schémas d'un dispositif de lecture électromagnétique selon un cinquième mode de réalisation de l'invention. Plus particulièrement, ce cinquième mode de réalisation diffère du quatrième mode de réalisation en ce qu'il comporte une plaque 25 en élastomère entre le support 6 de transducteur 5 et le bâti 7, cet élastomère étant ici un NBR ou caoutchouc Nitrile, i.e. un copolymère de Butadiène et Acrylonitrile généralement utilisé pour son excellente résistance aux huiles, graisses, produits dérivés du pétrole et solvants organiques. [0060] De nombreuses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits précédemment sans sortir du cadre de l'invention. [0061] Ainsi, les formes générales ne sont représentées ici que dans un but illustratif. Par exemple les formes du socle, du bâti ou encore le support de transducteur pour bloquer le transducteur par rapport au bâti en rotation autour de l'axe de révolution ne sont pas exhaustives et dépendent de l'environnement dans lequel le dispositif de lecture électromagnétique est disposé. En outre, les différents moyens de rattrapage de jeu induit par les mouvements radiaux et/ou axiaux de l'arbre rotatif sont aussi adaptables en fonction de cet environnement. En effet, dans les modes de réalisation support de transducteur et le bâti forment des plans parallèles entre eux, l'axe de révolution de l'arbre rotatif étant chaque fois représenté coplanaire à ces plans. Néanmoins, il peut être envisagé que l'axe de révolution sont orthogonal à ces dits plans. Dans ce cas les moyens de rattrapage de jeu induit par les mouvements radiaux et/ou axiaux de l'arbre rotatif peuvent être similaires mais leurs effets diffèrent. Par exemple l'ensemble vis/rondelle peut alors permettre le rattrapage d'un jeu axial grâce au coefficient élastique de la rondelle et peut permettre le rattrapage d'un jeu radial grâce au trou oblong du support de transducteur permettant un degré de liberté radial. [0062] De plus, la direction de lecture peut être différente des directions radiales et axiales présentée. En effet, la direction de lecture peut être une combinaison de ces deux directions, l'angle formé entre l'axe de révolution et la direction de lecture pouvant, par exemple, présenter un angle de 45 degrés. [0063] Par ailleurs, Les moyens de rattrapage de jeu peuvent être de nature différentes et en nombres différents. Par exemple, il est envisageable de disposer d'une combinaison de ressorts de différents types et de vis. REVENDICATIONS1. Dispositif de lecture (1) caractérisé en ce qu'il comporte : - un arbre (2) rotatif autour d'un axe de révolution (x) sur un secteur angulaire (8) ; - une piste multipolaire (4) solidaire de l'arbre (2) ; - un transducteur (5) disposé en regard de la piste multipolaire (4) pour lire les variations d'une grandeur physique au passage de la piste multipolaire ; - support (6) de transducteur (5) pour fixer le transducteur (5) au bâti (7) ; caractérisé en ce que la piste multipolaire forme un arc de cercle sur un secteur angulaire (a) strictement inférieur à 360°, et de préférence inférieur à 180°, l'arc de cercle étant coaxial avec l'axe de révolution (x) . 2. Dispositif de lecture (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre rotatif (2) est un arbre oscillant autour de l'axe de révolution (x) sur un secteur angulaire (8) strictement inférieur au secteur angulaire (a) de la piste multipolaire. 3. Dispositif de lecture (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que a + 4. Dispositif de lecture (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (6) de transducteur (5) comporte des moyens (9) de rattrapage de jeu induit par des mouvements radiaux et/ou axiaux de l'arbre rotatif (2). 5. Dispositif de lecture (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transducteur (5) est un transducteur (5) électromagnétique, détectant des variations d'un champ électromagnétique induites par la piste multipolaire (4). 6. Dispositif de lecture (1) selon la revendication 4 ou selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens (9) de rattrapage de jeu comportent au moins : un premier moyen de rappel élastique (11', 10) du transducteur (5) vers la piste multipolaire (4); et/ou une vis (11) traversant le support (6) de transducteur (5). Dispositif de lecture (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage (8) du transducteur (5) par rapport à la piste multipolaire (4) pour maintenir un entrefer (e) constant entre ledit transducteur (5) et ladite piste multipolaire (4) Dispositif de lecture (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de guidage (8) du transducteur (5) par rapport à la piste multipolaire (4) forment au moins une liaison pivot (12) autour de l'axe de révolution (x) Dispositif de lecture (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de guidage (8) du transducteur (5) par rapport à la piste multipolaire (4) forment au moins une liaison contact ponctuel ou plan (13). Dispositif de lecture (1) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de guidage (8) du transducteur (5) par rapport à la piste multipolaire (4) comportent un ensemble de corps (14) roulant sur un chemin de roulement intérieur (15) et un chemin de roulement extérieur (16) respectivement situés sur une surface extérieure (17) de l'arbre (2) et sur une surface intérieure (18) du support (6) de transducteur (5). Dispositif de lecture (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les corps (14) roulants sont maintenus entre eux par une cage (19), la cage (19) formant un arc de cercle sur un secteur angulaire (13) au moins égal au secteur angulaire (0) de rotation de l'arbre (2), l'arc de cercle étant coaxial avec l'axe de révolution (x).7. 8. 9. 10. 11.30secteur angulaire (8) de rotation de l'arbre (2), l'arc de cercle étant coaxial avec l'axe de révolution (x). 12. Dispositif de lecture (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de guidage (8) du transducteur (5) par rapport à la piste multipolaire (4) comportent au moins un assemblage (20) circulaire par queue d'aronde, lequel forme la liaison pivot (12). 13. Dispositif de lecture (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de guidage (8) du transducteur (5) par rapport à la piste multipolaire (4) comportent un assemblage (21) circulaire par demi-tore, lequel forme la liaison pivot (12). 14. Dispositif de lecture (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de guidage (8) du transducteur (5) par rapport à la piste multipolaire (4) comportent un assemblage (22) d'au moins un patin (23) avec au moins un deuxième moyen de rappel élastique (24), lequel forme la liaison contact ponctuel ou plan (13). 15. Dispositif de lecture (1) caractérisé en ce qu'il comporte : - un arbre (2) rotatif autour d'un axe de révolution (x) sur un secteur angulaire (0) ; - une piste multipolaire (4) solidaire de l'arbre (2) et formant un arc de cercle sur un secteur angulaire (a) au moins égal au secteur angulaire (0) de rotation de l'arbre (2), l'arc de cercle étant coaxial avec l'axe de révolution (x) ; - un transducteur (5) disposé en regard de la piste multipolaire (4) pour lire les variations d'une grandeur physique au passage de la piste multipolaire ; - un support (6) de transducteur (5) pour fixer le transducteur (5) au bâti (7); etdes moyens de guidage (8) du transducteur (5) par rapport à la piste multipolaire (4) pour maintenir un entrefer (e) constant entre ledit transducteur (5) et ladite piste multipolaire (4).5