FR2913767A1 - Dispositif de detection par interrupteur a lame souple - Google Patents

Abstract

Dispositif de détection de la rotation d'un élément tournant, comprenant une roue codeuse 12 comprenant une partie active 13 ferromagnétique, montée sur l'élément tournant, et un ensemble capteur 8 non tournant comprenant un aimant 9 et un interrupteur à lame souple 1 disposé à proximité de l'aimant 9 de telle sorte que la position de l'interrupteur à lame souple 1 dépende de la position angulaire de la roue codeuse 12.

Description

B07-0699FR - GK/EVH Société de droit suédois dite : Aktiebolaget SKF

Dispositif de détection par interrupteur à lame souple Invention de : Franck LANDRIEVE

Dispositif de détection par interrupteur à lame souple La présente invention concerne le domaine des dispositifs de détection de proximité ou de passage d'un élément par un ou plusieurs capteurs utilisant des commutateurs à lame. Les commutateurs à lame sont également appelés interrupteurs à lame souple ou relais Reed. Les commutateurs à lame sont des organes sensibles au champ magnétique et pouvant avoir deux positions, ouverte ou fermée, suivant la position du commutateur par rapport à un champ magnétique. Les commutateurs à lame sont souvent utilisés pour la détection de la rotation des roues de bicyclettes ou de patins à roulettes, en étant associés à un aimant fixé sur la roue. Le commutateur à lame s'ouvre et se ferme à chaque passage de l'aimant, ce qui permet en comptant les impulsions dans un intervalle de temps donné d'en déduire la vitesse de rotation de la roue et la distance parcourue. Un inconvénient de ce type de montage réside dans le fait que si l'on souhaite obtenir plusieurs impulsions par tour, il est nécessaire de disposer d'autant d'aimants ou d'un anneau multipolaire, ce qui s'avère relativement coûteux. L'invention se propose de résoudre ce problème. L'invention propose un dispositif de détection par interrupteur à lame souple, de faible coût de fabrication. Le dispositif de détection de la rotation d'un élément tournant comprend une roue codeuse comprenant une partie active ferromagnétique, montée sur l'élément tournant, et un ensemble capteur non tournant comprenant un aimant et un interrupteur à lame souple disposé à proximité de l'aimant de telle sorte que la position de l'interrupteur à lame souple dépende de la position angulaire de la roue codeuse. On bénéficie ainsi d'un faible coût lié à la présence d'un aimant et d'un interrupteur à lame souple, la roue codeuse ferromagnétique étant également de faible prix de revient. La résolution supérieure à un tour de la partie active de la roue codeuse permet d'obtenir une modification du champ magnétique dans l'interrupteur suffisante pour provoquer une commutation plus d'une fois par tour de la roue codeuse.

La résolution offerte par la partie active peut être supérieure à un tour. Dans un mode de réalisation, l'aimant est disposé entre la roue codeuse et l'interrupteur à lame souple. Le champ magnétique généré par l'aimant possède des lignes de champ dépendant de la position angulaire de la roue codeuse. Les lignes de champ passant par l'interrupteur à lame souple sont modifiées lors d'une modification de la position angulaire de la roue codeuse. Dans un mode de réalisation, l'aimant et l'interrupteur à lame souple sont disposés sur une plaque isolante.

Dans un mode de réalisation, l'ensemble capteur comprend un circuit imprimé. Dans un mode de réalisation, le circuit imprimé comprend un circuit électronique de traitement du signal de sortie de l'interrupteur à lame souple.

Dans un mode de réalisation, le circuit électronique de traitement du signal est relié à un connecteur. Le connecteur est prévu pour assurer la liaison avec d'autres éléments, par exemple destinés à l'exploitation du signal. Avantageusement, l'ensemble capteur est noyé dans un bloc de résine. Le bloc de résine assure la protection contre les chocs, l'humidité et les poussières. Dans un mode de réalisation, la partie active de la roue codeuse comprend des discontinuités de matière. La partie active peut se présenter sous la forme d'un anneau ouvert.

Dans un mode de réalisation, la partie active de la roue codeuse comprend des variations d'épaisseur de matière en regard de l'ensemble capteur. La variation d'épaisseur de matière peut être radiale et/ou axiale.

Dans un mode de réalisation, la roue codeuse comprend au moins une perforation. Dans un mode de réalisation, la roue codeuse comprend au moins une dent.

Dans un mode de réalisation, la roue codeuse comprend au moins une encoche. Dans un mode de réalisation, l'entrefer entre la roue codeuse et l'ensemble capteur est radial. Dans un mode de réalisation, l'entrefer entre la roue codeuse et l'ensemble capteur est axial. Un roulement instrumenté pour la mesure d'au moins un paramètre de rotation d'un palier comprend une bague tournante, une bague non tournante, une rangée d'éléments roulants disposés entre les bagues tournante et non tournante et un dispositif de la rotation de la bague tournante. Le dispositif comprend une roue codeuse montée sur la bague tournante. La roue codeuse comprend une partie active ferromagnétique. Le dispositif de détection comprend un ensemble capteur non tournant pourvu d'un aimant et d'un interrupteur à lame souple disposé à proximité de l'aimant. La position, ouverte ou fermée, de l'interrupteur à lame souple dépend de la position angulaire de la roue codeuse. Une roue de véhicule, notamment de véhicule de loisirs ou de sport, peut comprendre un dispositif tel que décrit ci-dessus. Grâce à l'invention, on dispose d'un détecteur économique et fiable permettant le comptage de tours, le comptage de fractions de tours, la détermination du sens de rotation, et plus généralement la détection de paramètres de rotation d'une pièce tournante. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques d'un interrupteur à lame souple en positions ouverte et fermée respectivement ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un ensemble capteur et d'une roue codeuse ; - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de dessus de l'ensemble capteur et de la roue codeuse en positions fermée et ouverte respectivement ; - la figure 6 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une roue équipée d'un dispositif de détection ; - la figure 7 est une vue de face en élévation d'une roue codeuse selon un mode de réalisation ; - la figure 8 est une vue de dessus en élévation de la roue codeuse de la figure 7 ; et - les figures 9 et 10 sont des vues de face en élévation de roues codeuses selon d'autres modes de réalisation. Comme on peut le voir sur la figure 1, un interrupteur à lame souple 1 ou relais Reed comprend une capsule 2, par exemple en verre, définissant une chambre 3 dans laquelle sont disposées deux lames 4 et 5 allongées selon la plus grande dimension de la chambre 3. La lame 4 peut être rigide ou souple tandis que la lame 5 est souple. Les lames 4 et 5 dépassent de la capsule 3 en saillie par leurs extrémités opposées, formant ainsi des broches de connexion vers l'extérieur. Dans la position illustrée sur la figure 1, les lames 4 et 5 sont mutuellement à distance. Le circuit est ouvert. La lame 5 est ici très légèrement courbée, ce qui lui confère un léger écart par rapport à l'extrémité de la lame 4. Le champ magnétique auquel est soumis l'interrupteur à lame souple 1 comprend des lignes de champ, par exemple la ligne de champ 6 passant à l'extérieur de la capsule 2. Dans la position illustrée sur la figure 2, le champ magnétique comprend une ligne de champ 7 passant par la chambre 3 tout en étant allongée également dans le sens de la longueur de la chambre 3. En d'autres termes, la ligne de champ 7 est sensiblement tangente à la longueur de la chambre 3. Les lames 4 et 5 sont alors en contact mutuel par un léger recouvrement de longueurs. La lame 5 est sensiblement droite. Le circuit est fermé. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, l'ensemble capteur 8 comprend un interrupteur à lame souple 1, un aimant 9 capable de générer un champ magnétique avec des lignes de champ correspondant soit à la ligne de champ 6 de la figure 1, soit à la ligne de champ 7 de la figure 2, et une plaque isolante 10 sur laquelle peuvent être prévus des circuits imprimés. L'ensemble capteur 8 peut également comprendre des composants électroniques 11 également supportés par la plaque 10 et reliés entre eux et à l'interrupteur à lame souple 1 par les lignes de circuit imprimé. Les composants électroniques 11 peuvent comprendre une mémoire, un circuit de traitement et éventuellement une source d'alimentation électrique telle qu'une pile. La sortie des composants électroniques 11 peut être reliée à un connecteur non représenté. La plaque isolante 10 peut présenter une forme rectangulaire. L'aimant 9 est préférablement monté sur l'un des bords de la plaque isolante 10, par exemple affleurant un petit côté. L'aimant 9 peut se présenter sous la forme d'un parallélépipède rectangle dont la longueur occupe une majeure partie du côté de la plaque isolante 10. L'interrupteur à lame souple 1 peut être disposé parallèlement à l'aimant 9 à une faible distance dudit aimant 9. Les composants électroniques 11 peuvent être disposés du côté de l'interrupteur à lame souple 1 opposé à l'aimant 9. L'ensemble capteur 8 est généralement stationnaire, au moins de façon relative. Le dispositif comprend également une roue codeuse 12 coopérant avec l'ensemble capteur 8. La roue codeuse 12 comprend une partie active 13 et une partie de support 14. La partie active 13 comprend un matériau ferromagnétique, par exemple un acier ou un alliage métallique de nuance appropriée. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, la partie active 13 se présente sous la forme d'un anneau partiellement ouvert, l'ouverture se présentant sous la forme d'une encoche 14 de longueur supérieure ou égale à la longueur de l'aimant 9. La partie de support 14 de la roue codeuse 12 peut être monobloc ou rapportée sur la partie active 13. La partie de support 14 est annulaire. La partie active 13 présente une face radiale 13a disposée en regard d'un côté de l'aimant 9 avec un entrefer axial, la partie de support 14 étant prévue à l'opposé de la surface radiale 13a.

Dans la position illustrée sur la figure 3, la roue codeuse 12 est dans une position angulaire telle que l'encoche 14 se trouve en face de l'aimant 9, ce qui correspond également à la position illustrée sur la figure 4. L'aimant 9 comprend un pôle nord et un pôle sud disposés aux extrémités opposées dudit aimant 9. L'aimant 9 génère des lignes de champ magnétique allant d'un pôle à un autre. Du côté de la roue codeuse 12, des lignes de champ magnétique passent par la partie active 13 en transitant par les extrémités et le fond de l'encoche 15. L'interrupteur à lame souple est positionné de telle sorte que lorsque l'encoche 15 est située en face de l'aimant 9, les lignes de champ magnétique émises par ledit aimant passent également dans l'interrupteur à lame souple 1 le long des lames 4 et 5 qui sont alors en contact dans la même position que celles illustrées sur la figure 2. Dans la position angulaire de la roue codeuse 12 illustrée sur la figure 5, l'encoche 15 est décalée par rapport à l'aimant 9. La surface 13a de la partie active 13 se trouve en face de l'aimant 9 et présente ainsi une masse de matière favorisant la déviation des lignes de champ magnétique vers ladite roue codeuse 12. Ainsi, du côté de l'aimant 9 situé vers la roue codeuse 12, les lignes de champ magnétique passent de préférence dans la partie active 13. De l'autre côté de l'aimant 9 situé à l'opposé de la roue codeuse 12, les lignes de champ magnétique sont déviées vers la roue codeuse l2et ne passent alors plus, ou à tout le moins plus de façon suffisamment intense, dans l'interrupteur à lame souple 1 dont les lames 4 et 5 sont alors ouvertes.

En d'autres termes, les lignes de champ 6 passent entre l'aimant 9 et l'interrupteur à lame souple 1 lorsque l'encoche 15 est décalée par rapport à l'aimant 9. Lorsque l'encoche 15 est alignée avec l'aimant 9, dans le sens axial, les lignes de champ 7 générées par l'aimant 9 passent par l'interrupteur à lame souple 1, permettant ainsi la mise en contact des lames 4 et 5 et la fermeture du circuit. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, l'ensemble capteur 8 comprend un bloc 16, par exemple réalisé en matériau synthétique dans lequel sont noyés l'interrupteur à lame souple 1, l'aimant 9, les composants électroniques 11. La plaque isolante peut être noyée dans ou affleurer la surface du bloc 16. L'ensemble capteur 8 est monté sur une entretoise 17 elle-même reçue sur un axe 18, par exemple un axe fixe.

Un palier à roulement 19 comprend une bague intérieure 20 montée sur l'axe 18, une bague extérieure 21, une rangée d'éléments roulants 22, par exemple des billes, une cage 23 de maintien de l'espacement circonférentiel des éléments roulants 22 et un joint d'étanchéité 24. Les bagues intérieure 20 et extérieure 21 peuvent être du type à gorge profonde, obtenues par usinage à partir d'une ébauche en forme de portion de tube. La bague intérieure 20 comprend un alésage monté sur la surface extérieure de l'axe 18, deux surfaces radiales dont l'une est en contact à une extrémité axiale de l'entretoise 17, et une surface extérieure à partir de laquelle est ménagé un chemin de roulement de forme toroïdale pour les éléments roulants 22. La surface extérieure de la bague intérieure 20 reçoit également le contact d'une lèvre de frottement du joint d'étanchéité 24. La bague extérieure 21 est montée dans un moyeu 25, par exemple réalisé en alliage léger. La surface extérieure de la bague extérieure 21 est montée dans un alésage du moyeu 25. La bague extérieure 21 comprend également deux surfaces radiales dont l'une est en contact avec un épaulement du moyeu 25 formant une butée axiale pour le montage. La bague extérieure 21 comprend un alésage à partir duquel est formé un chemin de roulement pour les éléments roulants 22 et deux rainures annulaires ménagées à proximité des surfaces radiales. Le joint d'étanchéité 24 est monté dans la rainure 26.

La roue codeuse 12 est montée dans la rainure 27 par la partie de montage 14 qui vient en saillie dans ladite rainure 27. La roue codeuse 12 s'étend axialement en partie dans l'espace entre les bagues 20 et 21 et en partie à l'extérieur du roulement 19. La roue codeuse 12 s'étend radialement vers l'intérieur jusqu'à proximité de la surface extérieure de la bague intérieure 20 avec laquelle ladite roue codeuse 12 peur former un passage étroit, d'où une excellente étanchéité. En vue d'un bon positionnement axial de la roue codeuse 12, on peut prévoir un contact entre la roue codeuse 12 et la surface radiale correspondante de la bague extérieure 21. En dehors du roulement 19, la roue codeuse 12 est disposée radialement entre un alésage du moyeu 25 et la surface extérieure de l'entretoise 17. La surface radiale 13a de la partie active 13 de la roue codeuse 12 est disposée à faible distance de l'extrémité axiale de l'ensemble capteur 8, extrémité axiale où est disposé l'aimant 9. L'aimant 9 se trouve donc en position de travail axialement entre la roue codeuse 12 et l'interrupteur à lame souple 1. Lors de la rotation du moyeu 25 par rapport à l'arbre 18, la bague extérieure 21 solidaire en rotation du moyeu 25 entraîne en rotation la roue codeuse 12. I1 en résulte que l'encoche 15 de la roue codeuse 12 défile à rotation devant l'aimant 9 et provoque à chaque tour une distorsion des lignes de champ générées par l'aimant 9 qui provoque une double commutation de l'interrupteur à lame souple 1, le circuit étant ouvert dans la position relative illustrée sur la figure 5, puis fermé dans la position relative illustrée sur la figure 4, puis à nouveau ouvert après que l'encoche 15 a dépassé la position de l'aimant 9. La configuration de la figure 6 est représentative d'un moyeu de roue avant pour véhicule à deux roues, par exemple une moto. Le moyeu 25 de la roue est monté à rotation par des roulements 19 sur un arbre non tournant 18 fixé par ses deux extrémités, par exemple sur la fourche du véhicule. Comme on peut le voir sur les figures suivantes, la roue codeuse 12 peut être pourvue d'une partie active à plusieurs encoches ou fenêtres permettant d'accroître la résolution du dispositif de détection. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 7 et 8, la roue codeuse 12 comprend quatre encoches 15 circonférentiellement régulièrement réparties, occupant un secteur angulaire légèrement inférieur à 45 , par exemple de l'ordre de 25 à 40 , laissant subsister quatre parties pleines 28. On obtient ainsi une bonne résolution. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 9, la partie active 13 présente un contour extérieur circulaire. Quatre fenêtres 29 sont ménagées dans ladite partie active 13. Les fenêtres 29 s'étendent axialement à partir de la surface radiale 13a. Les fenêtres 29 peuvent se présenter sous la forme de renfoncements ou encore de trous débouchants. Le nombre de fenêtres 29 dépend de la résolution souhaitée et peut être compris entre 1 et 10 à titre d'exemple. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 10, la partie active 13 comprend une pluralité d'encoches 15 débouchant sur sa périphérie extérieure et sur la surface radiale 13a. De façon générale, l'ensemble capteur 8 comprend un faible nombre d'aimants, de préférence un seul aimant disposé entre la roue codeuse et l'interrupteur à lame souple. La roue codeuse comprend des discontinuités ou des variations ponctuelles de volume de matière le long de sa circonférence. Le dispositif est conçu et calibré pour que l'interrupteur à lame souple soit fermé lorsque la portion de la roue codeuse qui se trouve en regard est une portion dépourvue de matériau ferromagnétique ou encore une portion d'épaisseur moindre, en direction de l'interrupteur à lame souple. On peut ainsi constituer un capteur regroupant en un seul ensemble un aimant, préférablement unique, un interrupteur à lame souple préférablement unique et un circuit électronique associé. L'ensemble capteur ainsi constitué comprend un petit nombre de pièces et est donc économique à fabriquer tout en offrant en outre un encombrement faible. L'ensemble capteur peut être encapsulé dans un bloc capteur unique, d'où une excellente protection contre les chocs et les pollutions diverses provenant du milieu extérieur. Le bloc capteur peut être disposé axialement ou radialement par rapport à la roue codeuse.

L'interrupteur à lame souple ou relais Reed peut comprendre une capsule de verre à l'intérieur de laquelle se trouvent deux lames flexibles formant interrupteur. Les deux lames se prolongent à l'extérieur de la capsule pour leur connexion au circuit auquel elles sont associées. Lorsque l'interrupteur à lame souple est soumis à des lignes de champ magnétique orienté suivant la direction générale des lames, le circuit se ferme. La capsule peut être logée dans un boîtier en matière plastique où elle peut être noyée dans de la résine. Ce type de capteur présente des avantages particulièrement intéressants, notamment de faible coût, d'absence de consommation de courant électrique pour son fonctionnement, contrairement à des cellules à effet Hall. On peut utiliser les interrupteurs à lame souple pour former un capteur pouvant détecter la présence d'un élément en matériau ferromagnétique à proximité. On peut ainsi détecter au moyen de ce type de capteur la rotation d'une roue réalisée en matériau ferromagnétique et comportant des discontinuités importantes de matière, par exemple une roue dentée en acier, chaque passage de dent actionnant l'interrupteur à lame souple.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de détection de la rotation d'un élément tournant, caractérisé par le fait qu'il comprend une roue codeuse (12) comprenant une partie active ferromagnétique (13), montée sur l'élément tournant, et un ensemble capteur (8) non tournant comprenant un aimant (9) et un interrupteur à lame souple (1) disposé à proximité de l'aimant (9) de telle sorte que la position de l'interrupteur à lame souple (1) dépende de la position angulaire de la roue codeuse (12).

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble capteur (8) comprend un seul aimant.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'aimant (9) est disposé entre la roue codeuse (12) et l'interrupteur à lame souple (1).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'aimant (9) et l'interrupteur à lame souple (1) sont disposés sur une plaque isolante (10), l'ensemble capteur (8) comprenant un circuit imprimé, le circuit imprimé comprenant un circuit électronique (11) de traitement du signal de sortie de l'interrupteur à lame souple et est relié à un connecteur.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble capteur (8) est noyé dans un bloc de résine (16).

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie active (14) de la roue codeuse (12) comprend des discontinuités de matière et/ou des variations d'épaisseur de matière en regard de l'ensemble capteur (8).

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la roue codeuse (12) comprend au moins une perforation, une dent et/ou une encoche.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'entrefer entre la roue codeuse (12) et l'ensemble capteur (8) est radial.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'entrefer entre la roue codeuse (12) et l'ensemble capteur (8) est axial.

10. Roulement instrumenté (19) pour mesurer au moins un paramètre de rotation, comprenant une bague tournante (21), une bague non tournante (20), une rangée d'éléments roulants (22) disposée entre les bagues tournante et non tournante, et un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, la roue codeuse (12) étant montée sur la bague tournante (21).

11. Roue de véhicule comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.