Brevet FR3129477A1 — publié le 20230526

L’invention concerne un capteur capacitif (1) comprenant : - un support (10) comprenant une première surface extérieure (11) sur laquelle s’étend une première électrode (21) et une deuxième surface extérieure (12), inclinée par rapport à la première surface extérieure, sur laquelle s’étend une deuxième électrode (22) ; - une pièce (30), mobile par rapport au support, la pièce comprenant une première surface conductrice (41) et une deuxième surface conductrice (42) en contact électrique avec la première surface conductrice, la première surface conductrice s’étendant en regard de la première électrode et la deuxième surface conductrice s’étendant en regard de la deuxième électrode de sorte à créer une capacité de couplage entre la première électrode et la deuxième électrode ; - un circuit de mesure (60) conçu pour mesurer la capacité de couplage. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. capteur capacitif Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale les capteurs de force capacitifs. Elle concerne plus particulièrement un capteur capacitif. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans les capteurs de force pour surface tactile, par exemple au sein d’un véhicule automobile. Elle concerne également un capteur de force comprenant un tel capteur capacitif. Etat de la technique Un capteur capacitif comprend classiquement deux électrodes s’étendant en regard l’une de l’autre et mobiles l’une par rapport à l’autre. Ces deux électrodes forment alors condensateur défini par une capacité de couplage qui est mesurée grâce à un circuit de mesure électrique fournissant un courant alternatif. La capacité mesurée dépend alors de la distance entre ces deux électrodes. Après calibration du capteur, la capacité permet de mesurer la distance entre les deux électrodes. Classiquement, une électrode est disposée sur un élément mobile, par exemple sur une surface tactile, tandis que l’autre électrode est disposée sur un élément fixe, par exemple par rapport au tableau de bord d’un véhicule automobile. Avec un ressort de raideur connue interposé entre l’élément mobile et l’élément fixe, mesurer la capacité permet de déterminer la force exercée sur l’élément mobile, par exemple par le doigt d’un utilisateur. Toutefois, ce montage nécessite qu’une partie du circuit de mesure soit reliée à l’électrode de l’élément mobile et puisse être mise en mouvement lorsque l’élément mobile est déplacé. Typiquement, l’électrode de l’élément mobile est reliée au circuit de mesure, porté par l’élément fixe, par un fil électrique. Ce contact électrique filaire présente plusieurs inconvénients. Tout d’abord, l’assemblage du capteur capacitif est complexe puisqu’il faut réaliser un contact électrique (par exemple une soudure pour relier le fil électrique à l’électrode de l’élément mobile) une fois l’élément mobile positionné. Il faut alors réaliser ce contact électrique dans un espace exigu. Il faut ensuite s’assurer que le fil et le contact électrique ne se dégradent pas à cause du mouvement de l’élément mobile. Enfin, le faible courant électrique circulant dans le fil électrique favorise l’oxydation des contacts électriques. Présentation de l'invention Dans ce contexte, on propose selon l’invention un capteur capacitif comprenant : - un support comprenant une première surface extérieure sur laquelle s’étend une première électrode et une deuxième surface extérieure, inclinée par rapport à la première surface extérieure, sur laquelle s’étend une deuxième électrode ; - une pièce, mobile par rapport au support, la pièce comprenant une première surface conductrice et une deuxième surface conductrice en contact électrique avec la première surface conductrice, la première surface conductrice s’étendant en regard de la première électrode et la deuxième surface conductrice s’étendant en regard de la deuxième électrode de sorte à créer une capacité de couplage entre la première électrode et la deuxième électrode ; - un circuit de mesure conçu pour mesurer la capacité de couplage. Ainsi, grâce à l’invention, le couplage des deux électrodes est réalisée au moyen de la pièce et cela sans disposer de fil électrique entre la pièce et le support l’électrode de l’élément mobile, qui est ici la pièce. En d’autres termes, aucune partie du circuit électrique de mesure ne subit de déformation lors du mouvement de la pièce. Par conséquent, cette absence de fil électrique simplifie l’assemblage du capteur par rapport à un capteur conventionnel puisqu’il n’est pas nécessaire de réaliser de contact électrique une fois l’élément mobile positionné. De plus, le mouvement de la pièce n’entraine pas d’usure des parties du circuit électrique de mesure. Enfin, l’absence de contact entre le circuit de mesure et la pièce prévient les risques d’oxydation. De plus, les faces extérieures inclinées l’une par rapport à l’autre permettent au capteur capacitif selon l’invention de détecter un mouvement de la pièce selon une direction privilégiée. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du capteur capacitif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - la pièce est agencée pour être mobile selon un axe longitudinal incliné par rapport à la première surface extérieure du support, la deuxième surface s’étendant parallèlement à l’axe longitudinal ; - la première surface extérieure du support est plane et dans lequel l’axe longitudinal est perpendiculaire à la première surface extérieure ; - la deuxième surface s’étend selon une surface cylindrique dont les génératrices sont parallèles à l’axe longitudinal, la deuxième électrode s’étend, au moins en partie, selon l’axe longitudinal ; - la surface cylindrique est une surface cylindrique de révolution ; - la deuxième électrode entoure la deuxième surface ; - la deuxième surface s’étend au-delà de la deuxième surface extérieure du support, selon l’axe longitudinal et à l’opposé de la première surface ; - la distance entre la première électrode et la deuxième électrode est supérieure à la distance entre la première électrode et la première surface conductrice ; - le support comprend un plan de masse actif interposé entre la première électrode et la deuxième électrode ; - la capacité de couplage est fonction d’une première capacité entre la première surface conductrice et la première électrode et d’une deuxième capacité entre la deuxième surface conductrice et de la deuxième électrode ; - la capacité de couplage est équivalente à un montage électrique constitué de la première capacité et à la deuxième capacité en série ; - la deuxième capacité est supérieure à la première capacité ; - la première surface s’étend parallèlement à la première électrode et la deuxième surface s’étendant parallèlement à la deuxième électrode ; - le capteur comprend un élément intermédiaire en matériau isolant interposée entre la deuxième surface et la deuxième électrode. L’invention propose également un capteur de force comprenant : - un capteur capacitif tel que présenté ci-dessus ; et - un module conçu pour déterminer une distance entre le support et la pièce sur la base de la capacité de couplage. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Capteur capacitif (1) comprenant : - un support (10) comprenant une première surface extérieure (11) sur laquelle s’étend une première électrode (21) et une deuxième surface extérieure (12), inclinée par rapport à la première surface extérieure (11), sur laquelle s’étend une deuxième électrode (22) ; - une pièce (30), mobile par rapport au support (10), la pièce (30) comprenant une première surface conductrice (41) et une deuxième surface conductrice (42) en contact électrique avec la première surface conductrice (41), la première surface conductrice (41) s’étendant en regard de la première électrode (21) et la deuxième surface conductrice (42) s’étendant en regard de la deuxième électrode (22) de sorte à créer une capacité de couplage entre la première électrode (21) et la deuxième électrode (22) ; - un circuit de mesure (60) conçu pour mesurer la capacité de couplage. Capteur capacitif (1) selon la revendication 1, dans lequel la pièce (30) est agencée pour être mobile selon un axe longitudinal (A1) incliné par rapport à la première surface extérieure (11) du support (10), la deuxième surface conductrice (42) s’étendant parallèlement à l’axe longitudinal (A1). Capteur capacitif (1) selon la revendication 2, dans lequel la première surface extérieure (11) du support (10) est plane et dans lequel l’axe longitudinal (A1) est perpendiculaire à la première surface extérieure (11). Capteur capacitif (1) selon l’une des revendications 2 à 3, dans lequel la deuxième surface conductrice (42) s’étend selon une surface cylindrique dont les génératrices sont parallèles à l’axe longitudinal (A1) et dans lequel la deuxième électrode (22) s’étend, au moins en partie, selon l’axe longitudinal (A1) Capteur capacitif (1) selon la revendication 4, dans lequel la surface cylindrique est une surface cylindrique de révolution. Capteur capacitif (1) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la deuxième électrode (22) entoure la deuxième surface conductrice (42). Capteur capacitif (1) selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel la deuxième surface conductrice (42) s’étend au-delà de la deuxième surface extérieure (12) du support (10), selon l’axe longitudinal (A1) et à l’opposé de la première surface conductrice (41). Capteur capacitif (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la plus faible distance entre la première électrode (21) et la deuxième électrode (22) est supérieure à la distance entre la première électrode (21) et la première surface conductrice (41). Capteur capacitif (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le support (10) comprend un plan de masse actif (23) interposé entre la première électrode (21) et la deuxième électrode (22). Capteur capacitif (1) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la capacité de couplage est fonction d’une première capacité entre la première surface conductrice (41) et la première électrode (21) et d’une deuxième capacité entre la deuxième surface conductrice (42) et de la deuxième électrode (22). Capteur capacitif (1) selon la revendication 10, dans lequel la capacité de couplage est équivalente à un montage électrique constitué de la première capacité et à la deuxième capacité en série. Capteur capacitif (1) selon l’une des revendications 2 à 7, pris dans la dépendance de la revendication 11, dans lequel la deuxième capacité est supérieure à la première capacité. Capteur capacitif (1) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel la première surface conductrice (41) s’étend parallèlement à la première électrode (21) et dans lequel la deuxième surface conductrice (42) s’étendant parallèlement à la deuxième électrode (22). Capteur capacitif (1) selon l’une des revendications 1 à 13, comprenant un élément intermédiaire (50) en matériau isolant interposé entre la deuxième surface conductrice (42) et la deuxième électrode (22). Capteur de force comprenant : - un capteur capacitif (1) selon l’une des revendications 1 à 14 ; - un module conçu pour déterminer une distance entre le support (10) et la pièce (30) sur la base de la capacité de couplage.