Brevet FR3090095A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Capteur d'angle [0001] La présente invention concerne un capteur d'angle destiné à détecter la position angulaire d'un élément mobile en rotation dans un moteur de véhicule automobile. [0002] De tels capteurs d'angle sont utilisés dans des organes de moteurs de véhicules tels que les commandes électriques de papillon (ETC) ou les vannes à recirculation de gaz (EGR) pour détecter et/ou contrôler avec précision la position angulaire d'un clapet, par exemple. [0003] D'autres applications sont également possibles. [0004] Le capteur d'angle comporte généralement un aimant à aimantation bipolaire et une sonde magnétique. [0005] La rotation de l'aimant fixé sur l'élément mobile par rapport à la sonde magnétique provoque une variation du champ magnétique. [0006] Généralement, il y a un ou plusieurs éléments sensibles dans le capteur qui mesurent la direction ou l'amplitude du champ magnétique. L'information est ensuite traitée numériquement dans la puce pour être convertie en un signal électrique qui est fonction de la position angulaire de l'aimant.. [0007] 11 existe des capteurs d'angle à une ou deux dimensions comprenant une sonde ma- gnétique à effet Hall ou à magnétorésistance anisotrope (AMR) comportant un aimant bipolaire de forme annulaire. [0008] Pendant la rotation de l'aimant, l'orientation du champ magnétique varie dans la zone de détection. La sonde magnétique mesure l'angle vectoriel de ce champ magnétique. [0009] Dans les moteurs de véhicule, les capteurs d'angle sont amenés à être positionnés près d'un organe ou élément électrique du moteur générant un champ magnétique important tel un alternateur, un moteur ou des câbles électriques à forte intensité utilisés pour les véhicules hybrides. [0010] Cependant, la présence de ce champ magnétique parasite se superpose au champ ma- gnétique de l'aimant. L'angle vectoriel du champ magnétique de l'aimant s'ajoute à l'angle vectoriel du champ magnétique parasite, perturbant les mesures réalisées par la sonde magnétique. [0011] Les fabricants de véhicules exigent que la mesure du capteur d'angle ne dévie pas d'une valeur limite lorsque le capteur est exposé à un champ magnétique parasite. [0012] Par exemple, un constructeur de commandes électriques de papillon (ETC) exige que la déviation de la mesure d'angle soit inférieure à 0,35 degrés lorsque la commande électrique de papillon (ETC) est exposée à un champ magnétique homogène de 4000 A/m à l'intérieur d'une bobine d' Helmholtz. [0013] 11 est donc nécessaire d'utiliser une solution fournissant un capteur d'angle insensible 2 ou quasiment aux champs magnétiques parasites de façon à éviter des erreurs de mesure d'angle. [0014] On connait les capteurs d'angles inductifs procurant une insensibilité aux champs magnétiques parasites. [0015] Cependant, ces capteurs sont volumineux et onéreux. Ils ne sont pas adaptés pour être logé dans un organe moteur tel les commandes électriques de papillon ayant un volume interne restreint. [0016] L'invention a donc pour objectif de pallier à ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un capteur d'angle pour moteur de véhicule compact et insensible à un champ magnétique externe parasite de façon à fournir une mesure d'angle plus fiable en cas de présence d'un tel champ magnétique parasite. [0017] L'invention concerne un capteur d'angle destiné à détecter la position angulaire d'un élément mobile en rotation dans un moteur de véhicule automobile. [0018] Le capteur d'angle comporte au moins une sonde magnétique apte à détecter les orientations d'un champ magnétique généré par un aimant fixé sur l'élément mobile. L'aimant présente une face radiale externe, une face radiale interne, une face supérieure et une face inférieure. [0019] Selon l'invention, le capteur d'angle comprend : [0020] - une enveloppe magnétique entourant la face radiale externe de l'aimant, l'enveloppe magnétique étant composée d'un matériau magnétique, par exemple un fer doux, de façon à former une zone dépourvue de champ magnétique à l'intérieur de [0021] L'aimant et l'enveloppe magnétique présentent une forme annulaire et comprennent un orifice central respectif. [0022] L'enveloppe magnétique et l'aimant présentent une section circulaire [0023] L'aimant est un aimant bipolaire comprenant deux pôles magnétiques. [0024] La sonde magnétique est positionnée à l'intérieur de l'orifice central de l'aimant et centrée par rapport à l'aimant. [0025] La sonde magnétique est positionnée dans un plan parallèle ou perpendiculaire à l'axe de l'aimant à l'intérieur de l'orifice central de l'aimant. [0026] En variante, la sonde magnétique est positionnée horizontalement à l'intérieur de l'orifice central de l'aimant, la sonde magnétique présentant ses deux faces principales perpendiculaires par rapport à la face radiale externe de l'aimant. [0027] L'invention permet de fournir un capteur d'angle pour moteur de véhicule compact et insensible à un champ magnétique externe parasite de façon à fournir une mesure d'angle plus fiable en cas de présence d'un tel champ magnétique parasite. [0028] En effet, l'enveloppe magnétique composée d'un matériau magnétique et entourant l'aimant permet de dévier une grande partie des champs magnétiques parasites. 3 L'angle du champ magnétique mesuré n'est donc pas perturbé. L'enveloppe permet également d'augmenter la force du champ magnétique de l'aimant en face de ce dernier, c'est-à-dire dans la zone de mesure de la sonde magnétique. [0029] Le champ magnétique à l'intérieur de l'aimant est quasiment homogène. Par conséquent, la précision du capteur d'angle n'est pas impactée lorsque la sonde magnétique occupe des positions différentes par rapport à l'aimant. [0030] L'invention est utilisable pour diverses formes d'aimant et de magnétisation. Par rapport aux capteurs d'angles inductifs procurant une insensibilité aux champs magnétiques parasites comparable, l'invention fournit une alternative moins chère et plus compacte. [0031] Les caractéristiques de l'invention seront décrites plus en détail en se référant à: la [Fig.1] qui est une représentation schématique de la vue de dessus d'un capteur d'angle selon l'invention ; la [Fig.2] qui est une représentation schématique d'un capteur d'angle en coupe longitudinale selon un mode de réalisation de l'invention ; la [Fig.3] qui est une représentation schématique d'un capteur d'angle en coupe longitudinale selon un autre mode de réalisation de l'invention. [0032] L'invention concerne un capteur d'angle destiné à être utilisé dans des organes de moteurs de véhicules tels les commandes électriques de papillon (ETC) ou les vannes à recirculation de gaz (EGR) pour détecter et/ou contrôler avec précision la position angulaire d'un clapet, par exemple. [0033] La figure 1 est une représentation schématique de la vue de dessus d'un capteur d'angle 3 selon l'invention. [0034] Le capteur d'angle 3 est destiné à détecter la position angulaire d'un élément mobile en rotation dans un moteur de véhicule automobile. [0035] Le capteur d'angle 3 comporte au moins une sonde magnétique 4 apte à détecter les orientations d'un champ magnétique généré par un aimant 1 fixé sur l'élément mobile lorsqu'il est en rotation par rapport à la sonde magnétique 4. La sonde magnétique 4 est fixée sur un endroit du moteur. [0036] La sonde magnétique 4 peut être une sonde à effet Hall à une ou deux dimensions ou une sonde à magnétorésistance, telle à magnétorésistance anisotrope (AMR), à magnétorésistance géante (GMR) ou à magnétorésistance à effet tunnel (TMR), par exemple. [0037] La rotation de l'élément mobile du moteur entraine la rotation de l'aimant 1 par rapport à la sonde magnétique 4 et provoque une variation de l'angle vectoriel du champ magnétique. [0038] La sonde magnétique 4 est sensible à l'orientation du champ magnétique et délivre un signal électrique qui est fonction de cette orientation. [0039] L'aimant 1 présente une face radiale externe 5, une face supérieure 6 et une face in- férieure 7. L'aimant 1 peut être composé de ferrite ou de terres rares. L'aimant 1 peut être obtenu par frittage, injection ou compression. [0040] Selon l'invention, l'aimant 1 comporte une enveloppe magnétique 2 entourant sa face radiale externe 5. L'enveloppe magnétique 2 est positionnée sur sa face radiale externe 5. [0041] L'enveloppe magnétique 2 est composée d'un matériau magnétique, par exemple en fer doux, permettant de former une zone dépourvue de champ magnétique 8 à l'intérieur de l'aimant 1. [0042] Sur la figure 1, les lignes du champ magnétique parasite B, sont déviées par l'enveloppe magnétique 2, formant la zone dépourvue de champ magnétique 8. [0043] L'ensemble formé par l'aimant 1, l'enveloppe magnétique 2 est destiné à être fixé sur un élément mobile de moteur d'un véhicule tel un axe actionnant un clapet (non représenté par simplification). [0044] L'aimant 1 et l'enveloppe magnétique 2 présentent une forme annulaire et com- prennent un orifice central 10, 11 respectif [0045] L'enveloppe magnétique 2, la pièce polaire 9 et l'aimant 1 présentent une section circulaire sur les figures 1 à 3. Ils forment chacun une bague ou anneau circulaire, l'aimant 1 étant concentrique à l'enveloppe magnétique 2. Ces deux éléments peuvent être en contact. [0046] L'aimant 1 et l'enveloppe magnétique 2 peuvent présenter d'autres formes comme une forme carrée. [0047] L'aimant 1 peut alternativement être formé de deux secteurs formant chacun un pôle. L'aimant 1 est un aimant bipolaire comprenant deux pôles magnétiques 12, 13. En variante, l'aimant 1 peut comprendre plus que deux pôles magnétiques 12, 13. [0048] Sur les figures 1 à 3, la sonde magnétique 4 est positionnée à l'intérieur de l'orifice central 10 de l'aimant 1 et est centrée par rapport à l'aimant 1. [0049] En variante, la sonde magnétique 4 est positionnée au-dessus ou en-dessous de l'aimant 1 qui est alors en forme de disque plein (non représenté). [0050] Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 2, la sonde magnétique 4 est po- sitionnée verticalement à l'intérieur de l'orifice central 10 de l'aimant 1 afin de rendre le capteur d'angle 3 plus compact. [0051] La sonde magnétique 4, telle une sonde à effet Hall par exemple, présente une forme parallélépipédique plate et présente deux faces principales 14, 15 parallèles l'une par rapport à l'autre. [0052] Les deux faces principales 14, 15 de la sonde magnétique 4 sont parallèles à la face radiale externe 5 de l'aimant 1. [0053] L'aimant 1 comprend une face radiale interne 16. [0054] Les deux faces principales 14, 15 de la sonde magnétique 4 sont également parallèles à la face radiale interne 16 de l'aimant 1 et en regard de celle-ci. [0055] Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 3, la sonde magnétique 4 est po- sitionnée horizontalement à l'intérieur de l'orifice central 10 de l'aimant 1. [0056] Les deux faces principales 14, 15 de la sonde magnétique 4 sont perpendiculaires par rapport à la face radiale externe 5 et à la face radiale interne 16 de l'ai niant 1. [0057] Dans cet exemple, le capteur d'angle 3 comprend une deuxième sonde magnétique 4' qui est parallèle à la face radiale externe 5 et à la face radiale interne 16 de l'aimant 1. [0058] Cette deuxième sonde magnétique 4' est facultative. [0059] De préférence, la hauteur de l'enveloppe magnétique 2 est supérieure à l'épaisseur de l'aimant 1. La bordure 17 de l'enveloppe magnétique 2 dépasse de l'aimant 1. 6