Brevet FR3139204A1 — publié le 20240301

Système de détection de position longitudinale comprenant : une structure (1a) comprenant un premier aimant (2a) et un deuxième aimant (2b) alignés et espacés, en vis-à-vis desquels est disposé un carénage (3), les aimants (2a,2b) présentant chacun une polarisation normale à leur longueur, et au carénage (3) mais de sens opposées, le premier aimant (2a) générant une intensité magnétique maximale dans un plan normal au carénage (3) et passant entre les deux aimants (2a,2b) correspondant à une première position longitudinale, un levier (1b) disposé entre les aimants (2a,2b) et le carénage (3), mobile dans une direction normale au champ magnétique des aimants (2a,2b), le levier étant muni d’un premier moyen de détection d’un champ magnétique (4) configuré pour émettre un premier état d’un signal lorsque le champ magnétique mesuré est supérieur à un seuil de déclenchement mémorisé correspondant au levier (1b) positionné dans la première position longitudinale. Figure pour l’abrégé : Fig 1 Système de détection de position longitudinale L’invention a pour domaine technique les commutateurs, notamment les commutateurs linéaires. Techniques antérieures Les microinterrupteurs sont toujours couramment utilisés dans les actionneurs pour des applications de détermination de la fin de course et également comme capteurs de position intermédiaires et capteurs de zone. Des capteurs de positon sont connus comme alternative aux microinterrupteurs. Parmi ces capteurs, on peut citer les capteurs à effet Hall, dont le signal de sortie est proportionnel au champ magnétique détecté, et les interrupteurs à effet Hall dérivés de ceux-ci dont le signal de sortie est binaire et basé sur la comparaison de l’intensité du champ magnétique mesuré à un seuil prédéfini. La difficulté d’utilisation des capteurs à effet Hall réside dans la précision et la répétabilité de la mesure d’une position donnée, du fait d’un point d’activation très sensible à la distance aimant-capteur, notamment dans les directions perpendiculaires à la direction de mouvement principale que l’on cherche à détecter. De l’état de la technique antérieure, on connait les documents suivants : Le document US5500589 divulgue un capteur dans lequel l’aimant est monté sur la même pièce que le capteur de champ magnétique. Le document a pour objet principal, de déplacer l’aimant par rapport au capteur pour calibrer la détection. La différence de longueur des éléments ferromagnétiques est calculée pour faciliter l’installation et la calibration de la position de l’aimant dans la cavité du capteur. Le document US5867021 divulgue un capteur rotatif, dans lequel l’aimant est monté sur la même pièce que le capteur de champ magnétique. Le but de ce document est de déterminer la distance du capteur à une roue en rotation. La longueur des éléments ferromagnétiques varie essentiellement afin de produire des signaux de longueur différente. Le document US5493216 décrit un capteur dans lequel un premier élément génère un champ magnétique et un deuxième élément détecte le champ magnétique généré et en assure le traitement. Le champ magnétique détecté varie en fonction de la position selon l’axe de mouvement principal mais la sortie ou le point de changement d’état peut varier en fonction d’une variation de la distance entre les deux éléments. Cette dépendance à la variation de distance n’est pas souhaitée dans des cas où la détection de position doit être faite avec une précision élevée. D’une manière générale, les configurations connues de capteurs présentent une configuration similaire à celle décrite dans le document US5493216. Plusieurs combinaisons d’aimants sont connues pour modifier les propriétés du champ magnétique afin de rendre la sortie du capteur à effet Hall plus linéaire ou le point d’activation de l’interrupteur à effet Hall plus répétable. Une configuration à trois aimants à taille inégale est connue. Cette configuration à comme avantage d’être moins sensible à la distance capteur-aimant. Dans ce cas, le capteur à effet Hall est associé à un circuit électronique en sortie, n’émettant un signal que lorsque le signal d’entrée est supérieur à un seuil prédéterminé, créant ainsi un interrupteur à effet Hall. Les aimants sont dimensionnés afin que la ligne de champ perpendiculaire à l’interrupteur à effet Hall qui correspond au seuil d’activation de celui-ci soit perpendiculaire à l’axe de mouvement principal. Ces trois aimants sont montés sur une plaque de support qui peut être amagnétique ou ferromagnétique. Il existe néanmoins un problème de fiabilité et de précision ainsi qu’une dépendance à la distance aimant-capteur dans tous les systèmes à un ou deux aimants décrits dans l’état de l’art antérieur. Il existe un problème de faible largeur de la zone active lorsque trois aimants sont employés, de sorte que les systèmes décrits ne peuvent remplacer les microcommutateurs pour des applications de commutateur à position d’arrêt intermédiaire (1mm). L’invention a pour objet un système de détection de position longitudinale comprenant une structure et un levier, le levier étant disposé mobile en translation dans une direction préfinie. a. la structure comprenant un premier aimant et un deuxième aimant, alignés et espacés, en vis-à-vis desquels est disposé un carénage, les aimants présentant chacun une polarisation normale à la direction de translation du levier, et au carénage mais de sens opposé, le premier aimant générant une intensité magnétique maximale dans un plan normal au carénage et passant entre les deux aimants, correspondant à une première position longitudinale, b. le levier étant disposé entre les aimants et le carénage, le levier étant muni d’un premier moyen de détection d’un champ magnétique configuré pour émettre un premier état d’un signal lorsque le champ magnétique mesuré est supérieur à un seuil de déclenchement mémorisé correspondant au levier positionné dans la première position longitudinale. Le seuil mémorisé peut être fixe ou variable en fonction notamment de la température de sorte à compenser la variation des propriétés magnétique du premier aimant. Le système de détection de position longitudinale peut comprendre une deuxième paire d’aimants et un deuxième moyen de détection d’un champ magnétique, la deuxième paire d’aimants étant fixée sur la structure, le deuxième moyen de détection étant disposé dans le levier, le champ magnétique du premier aimant de la deuxième paire d’aimants étant configuré pour présenter une intensité maximale dans un plan normal à un carénage disposé en vis-à-vis de la deuxième paire d’aimants et passant par l’espace entre les aimants de la deuxième paire d’aimants, correspondant à une deuxième position longitudinale différente de la première position longitudinale. La première position et/ou la deuxième positions longitudinales peuvent être ajustables. Les deux paires d’aimants peuvent être alignées perpendiculairement à la direction de déplacement du levier et dans le plan de capteurs de champ magnétique compris dans chaque moyen de détection de champ magnétique, afin de limiter l’influence des aimants d’une paire d’aimants sur les aimants de l’autre paire d’aimants. Le premier moyen de détection d’un champ magnétique peut comprendre un premier capteur de champ magnétique connecté à un premier moyen de calcul, la sortie du premier moyen de détection d’un champ magnétique pouvant être connectée à une entrée d’une porte ET, le deuxième moyen de détection d’un champ magnétique pouvant comprendre un deuxième capteur de champ magnétique connecté à un deuxième moyen de calcul, la sortie du deuxième moyen de détection d’un champ magnétique pouvant être connectée à la fois à une première sortie du système de détection de position longitudinale et à une entrée d’une porte NON, la sortie de la porte NON pouvant être connectée à l’autre entrée de la porte ET, la sortie de la porte ET formant une deuxième sortie du système de détection de position longitudinale, le premier moyen de détection permettant de déterminer une position de milieu de course du levier, le deuxième moyen de détection permettant de déterminer une position ouverte du levier, la deuxième sortie du système portant un signal à deux états prenant une première valeur lorsque la position de milieu de course est atteinte par le premier moyen de détection mais que la position ouverte n’est pas atteinte par le deuxième moyen de détection. Le capteur de champ magnétique compris dans un moyen de détection de champ magnétique peut être un capteur à effet Hall. Les aimants peuvent être des aimants permanents. Le premier aimant et le deuxième aimant peuvent être fixés à la structure par un support d’aimants, le support d’aimants et le carénage pouvant être réalisés en matériau ferromagnétique. Le support d’aimants peut comprendre un perçage, la structure étant munie d’un taraudage, de sorte qu’un moyen de fixation puisse être inséré simultanément à travers le perçage du support d’aimants et à travers le taraudage de la structure, de sorte à fixer le support d’aimants sur la structure. Ledit perçage peut être débouchant dans l’espace entre les aimants, de sorte à faciliter l’insertion d’un moyen de fixation. Une rainure peut être ménagée dans la structure, le support d’aimants pouvant être disposé mobile en translation dans la rainure, le taraudage dans la structure étant alors oblong, la rainure et le taraudage oblong permettant d’ajuster la position du support d’aimants, alors que la rainure permet de maintenir latéralement le support d’aimants et d’en empêcher la rotation par rapport à la direction de mouvement du levier, la rainure et le taraudage oblong permettant par ailleurs de régler la position de changement d’état d’un commutateur à champ magnétique en changeant la position relative entre d’une part le premier aimant et le deuxième aimant et, d’autre part, la structure. Le système de détection selon l’invention a pour avantage d’être plus compact qu’une configuration à trois aimants, du fait de l’utilisation d’une configuration à deux aimants. Les configurations à deux aimants de même longueur sont utilisées pour produire un champ qui génère un signal linéaire dans le capteur de champ magnétique. L’avantage de la configuration avec deux aimants de tailles différentes est de produire une variation très rapide du champ magnétique située environ au milieu de la fente entre les deux aimants. Une telle variation de champ est idéale pour réaliser un interrupteur à champ magnétique subissant peu d’influence de facteurs perturbants comme un décalage de position ou une variabilité des aimants. Une particularité de la configuration à trois aimants est de produire deux changements d’état précis (mais non ajustable). Néanmoins, pour des applications de détection de fin de course et de zone, un seul changement d’état est nécessaire, rendant inadaptées les configurations à trois aimants. Par ailleurs, les contraintes liées aux dimensions des aimants font qu’il n’est pas possible de créer un interrupteur de position intermédiaire qui s’active uniquement sur une distance selon une direction longitudinale suffisamment courte pour l’application en question. Il s’agit ici d’environ 0.85 mm. Les modes de réalisation de l’invention comprenant deux interrupteurs à champ magnétique décalés associés à un circuit de traitement logique rendent possible l’obtention d’une telle longueur d’activation. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure illustre les principaux éléments d’un système de détection de position longitudinale, - la figure illustre les principaux éléments d’un support d’aimants selon l’invention, - la figure illustre les principaux éléments d’un système de détection de position longitudinale à deux positions, et - la figure illustre les principaux éléments des moyens de calcul d’un système de détection de position longitudinale à deux positions, Description détaillée Le système de détection de position longitudinale selon l’invention est illustré sur la figure . Le système de détection de position longitudinale 1 comprend une structure 1a et un levier 1b monté mobile en translation par rapport à la structure 1a. La structure 1a comprend un premier aimant 2a et un deuxième aimant 2b alignés et fixés par l’intermédiaire d’un support d’aimants 2c en forme de plaque. Un espace est ménagé entre deux faces opposées des aimants 2a,2b. La figure illustre une telle configuration. Lorsqu’ils sont réalisés dans le même matériau, le premier aimant 2a présente une longueur supérieure au deuxième aimant 2b alors qu’ils présentent par ailleurs la même largeur et la même hauteur. Néanmoins, l’utilisation de matériaux différent peut permettre d’employer des aimants 2a,2b de même longueur. Dans tous les cas, les champs magnétiques générés par les deux aimants sont différents. Dans un mode de réalisation particulier, les aimants sont des aimants permanents. Le premier aimant 2a est conçu de sorte qu’une face dans la direction longitudinale corresponde au pôle Nord, la face opposée correspondant au pôle Sud. Le deuxième aimant 2b est conçu de sorte qu’une face dans la direction longitudinale corresponde au pôle Sud, la face opposée correspondant au pôle Nord. Le pôle Sud du deuxième aimant 2b est disposé dans la même direction que le pôle Nord du premier aimant 2a. Le support d’aimants 2c comprend un perçage permettant sa fixation sur la structure 1a. La structure 1a est munie d’un taraudage permettant l’insertion d’un moyen de fixation (vis, rivet, boulon, ...) inséré à travers le perçage du support d’aimants 2c. On peut ainsi solidariser le support d’aimants 2c à la structure 1a. Avantageusement, ledit perçage est débouchant dans l’espace entre les aimants 2a,2b, de sorte à faciliter l’insertion d’un moyen de fixation. Le support d’aimants 2c présente une perméabilité magnétique élevée. Dans un mode de réalisation particulier, le support d’aimants 2c est en matériau ferromagnétique. Un carénage 3 ou habillage est également fixé sur la structure 1a. Dans un mode de réalisation particulier, le carénage 3 est également en matériau ferromagnétique. Les dimensions des aimants 2a,2b et la distance entre les aimants 2a,2b sont choisies en prenant en compte les contraintes suivantes. La variation de l’amplitude du champ magnétique selon l’axe de déplacement principal du levier 1b doit être la plus forte possible autour du point de sensitivité d’un capteur de champ magnétique 4a. Dans un mode de réalisation, le point de sensitivité définissant l’activation du capteur, est de 115 Gauss. Sur une plage de positions, le champ magnétique atteint l’intensité nécessaire pour activer un moyen de détection d’un champ magnétique 4 au même point le long de l’axe de mouvement du levier 1a portant le moyen de détection. Cela est réalisé grâce au carénage 3, qui a pour fonction principale de concentrer le flux magnétique des aimants 2a,2b, et de rendre le champ magnétique entre les aimants 2a,2b et le carénage 3 plus homogène, indépendamment de la distance entre eux. Une deuxième fonction du carénage 3 est de réduire les champs magnétiques observés à distance des aimants 2a,2b, ce qui réduit les perturbations magnétiques pour les équipements disposés autour du système de détection de position longitudinale 1. Dans un mode de réalisation particulier, la position de changement d’état d’un commutateur à champ magnétique peut être réglée en changeant la position de l’ensemble formé par le premier aimant 2a et le deuxième aimant 2b selon la direction de translation du levier par rapport à la structure 1a du système de détection de position longitudinale 1. Cela peut être réalisé en réalisant une rainure dans la structure 1a du système dans lequel le support d’aimants 2c est placé, combiné à un taraudage oblong dans la structure 1a. Un moyen de fixation (vis, rivet, boulon, …) peut être disposé à travers le perçage et le taraudage de la structure 1a afin de fixer le support d’aimants 2c. Néanmoins, le taraudage oblong permet d’ajuster la position du support d’aimants 2c avant serrage. La rainure permet de maintenir latéralement le support d’aimants 2c et d’en empêcher la rotation par rapport à la direction de mouvement du levier 1b du système de détection de position longitudinale 1. Le levier 1b comprend un capteur de champ magnétique 4a fixé sur une carte électronique 4b, permettant d’assurer l’alimentation et le traitement de signaux du capteur de champ magnétique 4a. Le capteur de champ magnétique 4a et la carte électronique 4b forment un moyen de détection d’un champ magnétique 4 configuré comme un commutateur à champ magnétique. En d’autres termes, le moyen de détection d’un champ magnétique 4 détecte l’intensité du champ magnétique dans lequel il se trouve, et émet un signal proportionnel au champ mesuré. Un moyen de calcul associé à une mémoire, disposé sur la carte électronique 4b, reçoit ce signal de mesure et le compare avec un seuil de déclenchement. Un signal à deux états est émis en fonction du résultat de la comparaison. Le seuil de déclenchement est fixe ou variable en fonction notamment de la température de sorte à compenser la variation des propriétés magnétique du premier aimant 2a et du deuxième aimant 2b, lorsqu’ils sont réalisés dans le même matériau. De plus, le moyen de détection d’un champ magnétique 4 est configuré de sorte que le champ magnétique d’activation (i.e. le seuil prédéterminé décrit ci-dessus) soit plus important que le champ magnétique ambiant et/ou que le champ magnétique d’un élément perturbateur environnant, comme par exemple un moteur électrique. Un tel choix du champ magnétique d’activation permet d’éviter une activation non-souhaitée du système. Un espace est ménagé entre les aimants 2a,2b et le carénage 3 de sorte que le capteur de champ magnétique 4a disposé sur la carte électronique 4b puisse se déplacer en translation sous les faces longitudinales correspondant aux pôles Nord et Sud des aimants 2a,2b. La direction de polarisation de chacun des aimants 2a,2b doit être choisie en fonction du capteur de champ magnétique 4a choisi. En particulier, la polarité du premier aimant 2a est choisie pour provoquer un changement d’état du moyen de détection d’un champ magnétique 4. Dans un mode de réalisation, le capteur de champ magnétique 4a est un capteur à effet Hall. Lors du passage du moyen de détection d’un champ magnétique 4 devant les aimants 2a,2b, deux transitions sont détectées par le moyen de détection d’un champ magnétique 4. Une première transition a lieu entre les deux aimants 2a,2b et une deuxième transition à l’extrémité du premier aimant 2a qui n’est pas voisin du deuxième aimant 2b. Seule la transition entre les deux aimants est répétable et peu influencée par une variation de position. Dans un autre mode de réalisation, un système de détection de position longitudinale 1 comprend un premier ensemble de deux aimants sur un premier support d’aimants 5 et d’un premier moyen de détection d’un champ magnétique 6 et un deuxième ensemble de deux aimants sur un deuxième support d’aimants 7 et d’un deuxième moyen de détection d’un champ magnétique 8, similaires à ceux décrits ci-dessus pour le premier mode réalisation. Les deux supports d’aimants 5,7 comprennent chacun deux aimants de façon similaire au support d’aimant 2c décrit ci-dessus. La figure illustre un tel mode de réalisation. Les deux supports d’aimants 5,7 sont solidaires d’une même structure 9 tandis que les deux moyens de détections sont disposés dans un même levier. La position de déclenchement du premier ensemble 5,6 est décalée par rapport à la position de déclenchement du deuxième ensemble 7,8 de sorte à pouvoir détecter deux positions lors du déplacement du levier. Dans un mode de réalisation particulier, chaque ensemble d’un support et d’un moyen de détection peut être muni d’un ajustement de position tel que décrit plus haut. Chaque position détectée est alors ajustable. Un tel mode de réalisation permet notamment la détection d’une position intermédiaire, détection qui s’est avérée impossible avec les capteurs magnétiques de l’état de l’art. Avantageusement, les deux supports d’aimants 5,7 sont alignés perpendiculairement à la direction de déplacement du levier et dans le plan de capteurs de champ magnétique, afin de limiter l’influence des aimants d’un ensemble sur l’autre. La figure illustre les moyens de calculs connectés aux deux capteurs de champ magnétique permettant de former les signaux de détection des deux positions. Un premier moyen de détection d’un champ magnétique 6 comprend un premier capteur de champ magnétique 6a connecté à un premier moyen de calcul 6b. Le premier moyen de détection 6 permet de déterminer une position de milieu de course. Un deuxième moyen de détection d’un champ magnétique 8 comprend un deuxième capteur de champ magnétique 8a connecté à un deuxième moyen de calcul 8b. Le deuxième moyen de détection 8 permet de déterminer une position ouverte et forme la première sortie du système de détection de position longitudinale. Le signal émis par le deuxième moyen de détection 8 prend une première valeur si la position ouverte est atteinte par le deuxième moyen de détection 8 et une deuxième valeur sinon. La sortie du premier moyen de détection d’un champ magnétique 6 est connectée à une entrée d’une porte ET référencée 10. La sortie du deuxième moyen de détection d’un champ magnétique 8 est connectée à la fois à une première sortie du système de détection de position longitudinale et à une entrée d’une porte NON référencée 11. La sortie de la porte NON référencée 11 est connectée à l’autre entrée de la porte ET référencée 10. La sortie de la porte ET référencée 10 forme une deuxième sortie du système de détection de position longitudinale. La deuxième sortie du système porte un signal à deux états prenant une première valeur lorsque la position de milieu de course est atteinte par le premier moyen de détection 6 mais que la position ouverte n’est pas atteinte par le deuxième moyen de détection 8. Le signal prend une deuxième valeur si tel n’est pas le cas. Système de détection de position longitudinale comprenant une structure et un levier, le levier étant disposé mobile en translation dans une direction préfinie, la structure (1a) comprenant un premier aimant (2a) et un deuxième aimant (2b) alignés et espacés, en vis-à-vis desquels est disposé un carénage (3), les aimants (2a,2b) présentant chacun une polarisation normale à la direction de translation du levier, et au carénage (3) mais de sens opposés, le premier aimant (2a) générant une intensité magnétique maximale dans un plan normal au carénage (3) et passant entre les deux aimants (2a,2b), correspondant à une première position longitudinale, le levier (1b) étant disposé entre les aimants (2a,2b) et le carénage (3), le levier étant muni d’un premier moyen de détection d’un champ magnétique (4) configuré pour émettre un premier état d’un signal lorsque le champ magnétique mesuré est supérieur à un seuil de déclenchement mémorisé correspondant au levier (1b) positionné dans la première position longitudinale. Système de détection selon la revendication 1, dans lequel le seuil de déclenchement est fixe ou variable en fonction notamment de la température de sorte à compenser la variation des propriétés magnétique du premier aimant (2a). Système de détection de position longitudinale selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant une deuxième paire d’aimants et un deuxième moyen de détection d’un champ magnétique, la deuxième paire d’aimants étant fixées sur la structure (1a), le deuxième moyen de détection étant disposé dans le levier (1b), le champ magnétique du premier aimant de la deuxième paire d’aimants étant configuré pour présenter une intensité maximale dans un plan normal à un autre carénage disposé en vis-à-vis de la deuxième paire d’aimants et passant par l’espace entre les aimants de la deuxième paire d’aimants, correspondant à une deuxième position longitudinale différente de la première position longitudinale. Système de détection de position longitudinale selon la revendication 3, dans lequel la première position et/ou la deuxième positions longitudinales sont ajustables. Système de détection selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel les deux paires d’aimants sont alignées perpendiculairement à la direction de déplacement du levier (1b) et dans le plan de capteurs de champ magnétique compris chacun dans un moyen de détection de champ magnétique, afin de limiter l’influence des aimants d’une paire d’aimants sur les aimants de l’autre paire d’aimants. Système de détection selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le premier moyen de détection d’un champ magnétique (6) comprend un premier capteur de champ magnétique (6a) connecté à un premier moyen de calcul (6b), la sortie du premier moyen de détection d’un champ magnétique (6) étant connectée à une entrée d’une porte ET référencée (10), le deuxième moyen de détection d’un champ magnétique (8) comprenant un deuxième capteur de champ magnétique (8a) connecté à un deuxième moyen de calcul (8b), la sortie du deuxième moyen de détection d’un champ magnétique (8) étant connectée à la fois à une première sortie du système de détection de position longitudinale et à une entrée d’une porte NON référencée (11), la sortie de la porte NON référencée (11) étant connectée à l’autre entrée de la porte ET référencée (10), la sortie de la porte ET référencée (10) formant une deuxième sortie du système de détection de position longitudinale, le premier moyen de détection (6) permettant de déterminer une position de milieu de course du levier, le deuxième moyen de détection (8) permettant de déterminer une position ouverte du levier, la deuxième sortie du système portant un signal à deux états prenant une première valeur lorsque la position de milieu de course est atteinte par le premier moyen de détection (6) mais que la position ouverte n’est pas atteinte par le deuxième moyen de détection (8). Système de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur de champ magnétique compris dans un moyen de détection de champ magnétique est un capteur à effet Hall. Système de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les aimants (2a,2b) sont des aimants permanents. Système de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier aimant et le deuxième aimant sont fixés à la structure par un support d’aimants (2c), le support d’aimants (2c) et le carénage (3) étant réalisés en matériau ferromagnétique. Système de détection selon la revendication 9, dans lequel le support d’aimants (2c) comprend un perçage permettant sa fixation sur la structure (1a), la structure (1a) étant munie d’un taraudage, de sorte qu’un moyen de fixation puisse être inséré simultanément à travers le perçage du support d’aimants (2c) et à travers le taraudage de la structure (1a), de sorte à fixer le support d’aimants (2c) sur la structure (1a).