FR2972251A1 - Dispositif de capteur et son procede de mise en oeuvre pour detecter un angle de rotation - Google Patents

Abstract

Dispositif de capteur pour déterminer l'angle de rotation d'un arbre (4) comportant au moins une bague de blocage (12) installée sur l'arbre (4), le rayon de la surface extérieure (40) de la bague de blocage (12) variant selon une période (n φ/360°) et le dispositif de capteur (2) ayant au moins un capteur magnétique (34) installé en position fixe, et détectant le champ magnétique (58) influencé par la rotation de la bague de blocage de l'arbre (4), (n) étant un nombre entier.

Description

i Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de capteur pour déterminer l'angle de rotation d'un arbre, ainsi qu'un procédé pour la mise en oeuvre du dispositif.

Etat de la technique Les capteurs de couple ou d'angle de rotation utilisent actuellement fréquemment les principes magnétiques. De tels capteurs de couple détectent habituellement le mouvement de rotation d'un champ magnétique variable en utilisant des capteurs Hall et le signal obtenu io est transformé par calcul pour donner un signal d'angle de rotation ou de couple. Selon l'état de la technique, pour réaliser un capteur de couple, on utilise une unité magnétique (MU = "unité magnétique") et un support d'anneaux de guidage de flux magnétique (FTU = "unité 15 Flux-Tube") installé sur deux arbres reliés par une barre de torsion. Une unité de capteur (SU = "unité de capteur") est habituellement fixée par un connecteur ou une connexion périphérique à un boîtier enveloppant. Mais cela ne permet pas d'intégrer une mesure non équivoque de l'angle de direction sans utiliser de compte-tours. 20 Les documents EP 2 078 930 Al et EP 2 080 991 A 1, décrivent chacun des capteurs d'angle de rotation permettant de déterminer la rotation d'un arbre par rapport à un stator. Le capteur d'angle de rotation comporte une grande roue dentée entourant l'arbre et coopérant avec une petite roue dentée ou pignon associé au stator de sorte 25 que la rotation de l'arbre fait également tourner le petit pignon fixé au stator. A partir de la rotation du petit pignon fixé au stator, on détermine l'angle de rotation de l'arbre selon un premier procédé. De plus, l'arbre porte un aimant qui tourne en même temps que l'arbre. Le champ magnétique variable généré par cet aimant, est détecté par des 30 capteurs magnétiques, ce qui permet de détecter l'angle de rotation de cet arbre selon un second procédé. Les deux documents cités ci-dessus, prévoient un aimant circulaire fixé à l'arbre. En variante, il est égale-ment possible de donner une forme elliptique à la périphérie de cet aimant. 35

2 Exposé et avantages de l'invention L'invention a pour objet un dispositif de capteur pour dé-terminer l'angle de rotation d'un arbre comportant au moins une bague de blocage installée sur l'arbre, le rayon de la surface extérieure de la bague de blocage variant selon une période (n cp/360°) et le dispositif de capteur ayant au moins un capteur magnétique installé en position fixe, associé à la bague de blocage et détectant le champ magnétique influencé par la rotation de la bague de blocage de l'arbre (n), étant un nombre entier. io En d'autres termes, l'invention se rapporte à un dispositif de capteur utilisable comme capteur d'angle de direction ou de braquage d'une installation de direction de véhicule automobile et intégrant un capteur de couple mesuré selon le principe magnétique ; le dispositif de capteur fonctionne comme vernier en utilisant qu'un seul pignon. Le 15 dispositif de capteur ne demande aucun compte-tours. Cela permet entre autres une intégration économique de la mesure d'angle de braquage pour plusieurs rotations de l'arbre sans nécessiter de compteur de tours fonctionnant selon le principe du vernier dans les concepts de capteur de couple existants ; en même temps, l'invention permet de ré- 20 duire le nombre de composants mobiles, ainsi soumis à de l'usure. L'invention prévoit également de supprimer la séparation entre l'unité de flux magnétique et l'unité de capteur. L'unité de capteur est reliée à l'unité de flux magnétique par un palier lisse. On dispose ainsi d'un composant avec des tolérances parfaitement concordantes. 25 Le palier lisse représente la tolérance radiale entre l'unité de flux magnétique et l'unité de capteur. La tolérance axiale est assurée par le blocage du palier lisse pour l'unité de flux magnétique et qui, selon une réalisation, se présente sous la forme d'une couronne sinusoïdale. La bague de blocage axial exerce ainsi une seconde fonc- 30 tion tenant compte du fait que les capteurs actuels d'angle de direction sans compte-tours et fonctionnant selon le principe du vernier, ont deux pignons de mesure à démultiplication différente par rapport à une roue dentée maître installés sur l'arbre. Si l'un des pignons de mesure assure une conversion par nombre entier par rapport à la roue dentée

3 maître portée par l'arbre, on peut également générer ces informations d'angle de rotation d'une manière alternative. Dans ce contexte, selon un développement de l'invention, cette fonction est assurée par une bague de blocage réalisée sous la forme d'une couronne sinusoïdale et dont la surface extérieure, c'est-à-dire la forme extérieure de la couronne sinusoïdale, correspond à une forme sinusoïdale à modulation périphérique avec un nombre entier et/ou paire de périodes. La surface extérieure de la couronne sinusoïdale, influence ainsi le champ magnétique fixe, par la rotation de io l'arbre, en fonction du passage du champ magnétique à travers la couronne sinusoïdale ; ce champ magnétique fixe généré par un aimant permanent est ainsi modulé. Cette variation obtenue par modulation peut être mesurée par un capteur magnétique comme un capteur Hall ou un capteur AMR ou un circuit de commutation servant à mesurer 15 les effets magnétorésistants anisotropes (capteur Hall sous forme de circuit intégré, capteur AMR sous forme de circuit intégré). Pour la mesure de l'angle de rotation, cela permet de générer un signal sinusoïdal à nombre entier et/ou paire par la couronne sinusoïdale et un second signal à démultiplication impaire et cela par 20 un seul pignon de mesure. Le dispositif de capteur aura une construction très compacte avec une dimension axiale et une dimension radiale, réduites, et pour déterminer l'angle de rotation, on applique le principe du vernier. De plus, le signal d'angle de guidage ou de rotation, sera disponible di- 25 rectement après l'application de la tension au dispositif de capteur. Le dispositif de capteur est réalisé avec un nombre de composants aussi réduit que possible. Selon l'invention, à côté de l'arbre il ne faut aucun autre composant mobile sauf le pignon de mesure, ce qui réduit le nombre de 30 pièces exposées à l'usure. Dans la réalisation de cette transmission comme transmission à couronne dentée, il est prévu une tolérance radiale non critique entre le pignon de mesure et l'unité de flux magné-tique. De plus, on a une courte chaîne de tolérance entre l'unité de capteur avec une plaque de circuit et les capteurs Hall installés sur la 35 plaque et constituant les capteurs magnétiques, car ceux-ci sont adap-

4 tés l'un à l'autre directement par des paliers lisses. Pour la conception de la plaque de circuit selon le principe du montage en surface, classique, (technique de montage en surface SMT), il ne faut aucun composant câblé selon la technique de montage traversant (technique à trous traversants THT). Il suffit d'une unité de capteur standardisé pour tous les diamètres possibles de l'arbre. Le montage de l'aimant permanent pour la fonction d'angle de direction, se fait sur la bague de blocage, ce qui permet l'utilisation la plus grande possible de la plaque de circuit. Cette solution est plus économique que le montage d'un aimant sur la io couronne sinusoïdale. De plus, on a ainsi une construction et un assemblage relativement simples. Le dispositif de capteur selon l'invention est destiné à exécuter toutes les étapes du procédé présenté ci-dessus. Différentes étapes du procédé peuvent également être exécutées par certains com- as posants du dispositif de capteur. Des fonctions du dispositif de capteur ou des fonctions de composants séparés du dispositif de capteur peu-vent être transformées en étapes du procédé. Il est en outre possible de réaliser les étapes du procédé comme des fonctions d'au moins l'un des composants du capteur ou de l'ensemble du dispositif de capteur. 20 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière détaillée à l'aide d'exemples de réalisation du dispositif et du procédé représentés dans les dessins annexés dans lesquels les éléments correspondants ou identiques portent les mêmes références. Ainsi : 25 - la figure 1 montre dans ses parties la, lb, lc, les premiers détails d'un mode de réalisation d'un dispositif de capteur selon l'invention, à savoir : * la figure la est une vue en coupe axiale de la bague de blocage du dispositif de capteur, 30 * la figure lb est une vue en plan de la bague de blocage, * la figure 14c est une vue en coupe axiale du dispositif de capteur, - la figure 2 montre dans ses parties 2a, 2b, une représentation schématique d'un second détail du dispositif de capteur selon l'invention, à savoir : * la figure 2a est une vue en plan du dispositif de capteur sans la couronne sinusoïdale, * la figure 2b est une vue en plan du dispositif de capteur avec la couronne sinusoïdale, 5 - la figure 3 est une vue en coupe axiale de détail schématique d'un dispositif de capteur selon l'invention, - la figure 4 est un diagramme montrant la réalisation d'une couronne sinusoïdale comme composant du dispositif de capteur selon l'invention, io - la figure 5 montre schématiquement le fonctionnement du dispositif de capteur selon l'invention, - la figure 6 est un premier diagramme de la mise en oeuvre du procédé avec un dispositif de capteur selon l'invention, - la figure 7 est une vue très schématique d'un cinquième détail du 15 dispositif de capteur selon l'invention, montrant le pignon de me-sure, - la figure 8 est une vue schématique d'un sixième détail du dispositif de capteur selon l'invention, - la figure 9 montre dans ses vues 9a, 9b, une représentation schéma- 20 tique d'un septième détail du dispositif de capteur selon l'invention, * la figure 9a est une vue en plan des composants du dispositif de capteur sans le palier lisse et sans les éléments de fixation, * la figure 9b est une vue schématique de détail des anneaux de guidage de flux de l'unité de flux magnétique, 25 - la figure 10 est une vue schématique d'un huitième détail du dispo- sitif de capteur selon l'invention, - la figure 11 montre un second diagramme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 12 est un troisième diagramme de la mise en oeuvre du pro- 30 cédé selon l'invention, - la figure 13 montre dans ses parties 13a, 13b, 13c des premiers détails d'un capteur de couple connu selon l'état de la technique, à sa-voir * la figure 13a est une vue en perspective selon une première direc- 35 tion,

6 * la figure 13b est une vue en perspective selon une seconde direction, * la figure 13c est une vue en perspective des deux anneaux de me-sure, - la figure 14 montre dans ses parties 14a, b, des seconds détails du capteur de couple connu selon l'état de la technique, à savoir : * la figure 14a est une vue éclatée du capteur de vitesse de rotation présenté en position verticale pour un arbre vertical, * la figure 14b est une autre vue éclatée du dispositif de la figure io 14a, - la figure 15 est une vue schématique d'un capteur d'angle de direction selon l'état de la technique. Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1 et 2 dans leurs parties la, lb, 1c, 2a, 213, 15 montrent différentes vues d'un mode de réalisation d'un dispositif de capteur 2 selon l'invention permettant de déterminer l'angle de rotation d'un arbre 4 tournant autour d'un axe 6. L'arbre 4 est entouré par un manchon 8 solidaire en rotation de l'arbre 4. Ce manchon 8 porte une roue dentée maître 10. Une 20 bague de blocage 12 réalisée sous la forme d'une couronne sinusoïdale, est installée et montée solidairement sur le manchon 8. Le manchon 8 comporte également une unité de flux magnétique 14 avec deux bagues de guidage de flux 16, 18 réalisées par injection. Un palier lisse 20 est prévu entre la couronne sinusoïdale 25 12 et l'unité de flux magnétique 14. Ce palier est fixé à un composant non détaillé ici, par exemple le boîtier du capteur par l'intermédiaire d'éléments de fixation 46. Le palier lisse 20 peut être fabriqué par injection ; il assure en même temps la fonction de palier du manchon 8 et aussi de moyen de fixation d'un pignon de mesure 24 et d'une unité de 30 capteur 28. La rotation de l'arbre 4 autour de l'axe 6 fait ainsi que l'arbre 4 avec le manchon 8 comprenant l'unité de flux magnétique 14 et muni de la couronne sinusoïdale et de la roue dentée maître 10, tourne par rapport au composant et ainsi par rapport au palier lisse 20. La bague de blocage 12 bloque axialement le palier lisse 20 en direction 35 de l'unité de flux magnétique 14.

7 Le pignon de mesure 24 est fixé au palier lisse 20 par l'intermédiaire d'une fixation par clipage 22, ce pignon intégrant un aimant permanent 26. Les dents du pignon de mesure 24 engrènent avec les dents de la roue dentée maître 10. Ainsi, la rotation de l'arbre 4 au- tour de l'axe 6, fait tourner le pignon de mesure 24. La roue dentée maître 10 et le pignon de mesure 24, sont réalisés comme composants d'une transmission à couronne dentée. Les dents de la roue dentée maître 10 sont orientées dans la direction axiale de l'arbre 4. L'axe du pignon de mesure 24 est perpendiculaire à l'axe 6 de l'arbre 4. Io Le palier lisse 20 et ainsi le composant non détaillé, portent l'unité de capteur 28 composée d'une plaque de circuit 30 munie en tout de trois capteurs magnétiques 32, 34, 36 et d'un aimant permanent 38. Les détails de la réalisation de la bague de blocage 12 15 sous la forme d'une couronne sinusoïdale, apparaissent notamment dans la vue en plan de la figure lb. La figure lb montre que la surface extérieure 40 de la bague de blocage 12, a un rayon défini par la fonction polaire r(w) = ro + rA sin (ncp/360°) dans laquelle dans ce cas, n = 3, c'est-à-dire un nombre entier et ro correspond au rayon du cercle 42 20 appelé "cercle de passage par zéro de la courbe sinusoïdale". rA désigne l'amplitude suivant laquelle varie le rayon r(cp). Dans le mode de réalisation présenté du dispositif de capteur 2, la bague de blocage 12 est en une matière ferromagnétique. La rotation de l'arbre 4 d'un angle de rotation produit la 25 rotation synchrone de la bague de blocage 12 par rapport à l'arbre 4. Il en résulte que la bague de blocage 12 tourne par rapport à l'unité de capteur 28 et ainsi par rapport à l'aimant permanent 38 et au premier capteur magnétique 32 installé en face sur la plaque de circuit 30. La distance de la surface extérieure 40 de la bague de blocage 12 par rap- 30 port au premier capteur magnétique 32, varie périodiquement lorsque l'arbre 4 tourne. Le mouvement de la bague de blocage 12, module et fait ainsi varier suivant une forme sinusoïdale dans l'espace, le champ magnétique généré par l'aimant permanent 38. Cette variation du champ magnétique de l'aimant permanent 38 dans l'espace, est détec-

8 tée par le premier capteur magnétique 32 qui fournit ainsi un premier signal pour déterminer l'angle de rotation de l'arbre 4. La rotation de l'arbre 4 fait également tourner le pignon de mesure 24 comme second module de saisie de l'angle de rotation de l'arbre 4, par l'intermédiaire de la couronne dentée maître 10 et ainsi l'aimant permanent 26 intégré dans le pignon de mesure 24, tourne. Le champ magnétique généré par l'aimant permanent 26 qui tourne, est détecté par le second capteur magnétique 34. On fournit de cette manière un second signal pour déterminer l'angle de rotation de l'arbre 4. io Le troisième capteur magnétique 36 est installé entre les deux bagues de guidage de flux magnétique 16, 18 de l'unité de flux magnétique 14. Les détails de cette fonction seront entre autres décrits à l'aide de la figure 3. Les trois capteurs magnétiques 32, 34, 36, installés sur 15 la plaque de circuit 30 comme composants de l'unité de capteur 28, peuvent être des capteurs Hall ou des capteurs AMR pour mesurer l'effet magnétorésistant anisotrope. La figure 1c montre une barre de torsion 44 reliée axialement à l'arbre 4 ainsi que les éléments de fixation 46 reliés à la bague 20 de palier lisse 20 et à l'unité de capteur 28 ; ainsi le palier lisse 20 et l'unité de capteur 28 avec la plaque de circuit 30, sont fixés au composant non représenté. La figure la est une vue en coupe de la bague de blocage 12 et la figure lb une vue de dessus schématique de cette bague. La 25 figure le montre la couronne sinusoïdale en combinaison avec les autres composants du dispositif de capteur 2 ainsi que de l'arbre 4 en vue en coupe. En général, le manchon 8 constitue une surface de montage pour la bague de blocage 12 et le palier lisse 20. Il est prévu que le jeu axial du palier lisse 20 soit limité par la bague de blocage 12. 30 La figure 3 montre en plus des composants du dispositif de capteur 2 déjà représentés aux figures 1 et 2, d'autres composants permettant de déterminer le couple exercé entre le premier arbre 4 et un second arbre 48 tournant un axe commun 6 et sont reliés par la barre de torsion 44. Le second arbre 48 porte une unité magnétique 50 avec

9 une roue polaire magnétique 52 fixée par un manchon 54 au second arbre 48 et tournant en synchronisme avec ce second arbre 48. Sous l'effet d'une torsion de la barre de torsion 44, le champ magnétique alternatif généré par la roue polaire magnétique 52, produit une modification du flux magnétique dans les bagues de guidage de flux 16, 18 de l'unité de flux magnétique 14 ; cette variation du flux magnétique est détectée par le troisième capteur magnétique 36 et constitue une mesure de la torsion entre les deux arbres 4, 48. L'unité de flux magnétique 14 et le troisième capteur magnétique 36, permettent de déterminer le couple exercé entre les deux arbres 4, 48. Le diagramme de la figure 4 explicite la variation périodique du rayon r(w) de la surface extérieure 40 de la bague de blocage 12 réalisée comme couronne sinusoïdale ; ce diagramme présente la variation périodique sous la forme développée par la projection en coor- 15 données cartésiennes de la surface extérieure 40 définie en coordonnées polaires. Par rapport à cette surface extérieure 40, on a présenté la périphérie 54 de l'arbre 4 et la périphérie 56 de la bague 42. La surface extérieure correspond à au moins un nombre entier de périodes d'une fonction sinusoïdale ; dans le présent exemple, il s'agit de trois périodes 20 complètes. La bague de blocage 12 composant de l'unité de capteur 2, est réalisée en un matériau ferromagnétique, par exemple en une tôle NiFe. La figure 5 montre un détail de la réalisation du dispositif de capteur selon l'invention avec deux unités de capteur 28 à deux cap- 25 teurs magnétiques 32 décalés de 90° par rapport à l'arbre 4. Ces capteurs sont installés sur une plaque de circuit 30. La figure montre également l'aimant permanent 38 installé sur chaque plaque de circuit 30. Selon l'invention, il est prévu ici une surface extérieure 30 40 de la bague de blocage 12 évoluant selon une fonction sinusoïdale à trois périodes. Près de la périphérie maximale de la couronne sinusoïdale 12, on a habituellement au moins un capteur magnétique 32 et directement derrière celui-ci, un aimant permanent 38. Le champ magnétique 58 de chaque aimant permanent 38, est mesuré par l'un des 35 capteurs magnétiques 32 ; le champ magnétique est influencé dans

i0 l'espace par une forme sinusoïdale par la bague de blocage 12, c'est-à-dire qu'en fonction de la distance d'un point de la couronne dentée 12, on aura une alternance de flux magnétique plus grand et plus petit, dans le capteur magnétique 32. Le champ magnétique 58 varie ainsi suivant le mouvement de rotation de la bague de blocage 12 et génère un signal de forme sinusoïdale dans le capteur magnétique 32. Comme la variation du signal est la plus faible au maximum et au minimum de la courbe sinusoïdale (c'est-à-dire à 90° et à 270°), on aura une seconde unité de capteur 28 en option installée pour io que l'une des deux unités de capteur 28 reçoive toujours la variation du signal comme flanc d'une courbe sinusoïdale. La seconde unité de capteur 28 prévue en option, sert à augmenter la résolution de la mesure. Le diagramme de la figure 6 représente en abscisses 60, l'angle mesuré en degrés. En ordonnées 62, le diagramme donne la va- 15 leur des trois courbes sinusoïdales 64, 66, 68. La première courbe 64 du diagramme de la figure 6, représente le mouvement de rotation sous forme sinusoïdale de l'arbre 4. La seconde courbe 66 montre l'évolution de la périphérie de la surface extérieure 40 de la bague de blocage 12. La troisième courbe 68 montre le mouvement de rotation sinusoïdal du 20 pignon de mesure 24 avec ici 2,9 périodes. Le diagramme de la figure 6 explicite la fonction de la mesure de l'angle de rotation selon le principe du vernier. Une rotation de l'arbre 4 génère dans le premier capteur magnétique 32 associé à la bague de blocage 12, trois périodes complètes (nombre entier) dans cet 25 exemple (seconde courbe 66). Le pignon de mesure 24 de l'unité de capteur 28 de la transmission à couronne dentée a une démultiplication différente de la démultiplication de la couronne sinusoïdale, en général un nombre entier, si bien que pour un tour de l'arbre 4, le pignon de mesure 24 n'exécute que 2,9 tours, selon le présent exemple. L'aimant 30 permanent 26 du pignon de mesure 24, génère ainsi en tournant également dans le second capteur magnétique 34, associé, une fonction sinusoïdale dont la fréquence (troisième courbe 68), diffère au moins légèrement de la fréquence de la fonction sinusoïdale représentée par la seconde courbe 66. La combinaison de ces deux fonctions sinusoïdales

Il à fréquences différentes, permet de calculer un angle de rotation certain lorsque l'arbre 4 exécute plusieurs tours. Usuellement, le pignon de mesure 24 effectue (m + c) tours lorsque la roue dentée maître 10 effectue un tour. (m) est un nombre entier, par exemple m2, et 0<c< 1. Dans le présent exemple, on a m = 2 et c = 0,9. Il est également prévu que pour une rotation (1 tour) de l'arbre 4, la bague de blocage 12 décrit (n) périodes et le pignon de mesure 24 décrit (m + c) périodes. Ainsi, la bague de blocage 12 et le pignon de mesure 24, ont toujours deux périodicités diffé- io rentes qui diffèrent de la valeur [n - (m + c)], car (n) et (m) sont des nombres entiers et on a 0 < c < 1. Dans le présent exemple, les périodes diffèrent de 0,1 de sorte que cette différence pourra servir à déterminer l'angle de rotation en appliquant le principe du vernier. Le signal sinusoïdal correspondant à un nombre entier, 15 n'est pas généré par une roue dentée, mais par la bague de blocage 12 qui assure comme seconde fonction, le blocage axial du palier lisse 20 de l'unité de capteur 28 dans l'unité de flux magnétique 14. Le pignon de mesure 24 fournit pour le second signal sinusoïdal, une courbe qui ne correspond pas à un nombre entier. 20 La figure 7 montre schématiquement des détails du pi-gnon de mesure 24 de la transmission à couronne dentée avec l'aimant permanent 26 intégré et la fixation par enclipage 22 sur le palier lisse 20 pour assurer la fonction de fixation et de palier. La figure 8 montre le palier lisse 20 et les éléments de 25 fixation 46 reliés à celui-ci, ainsi que le pignon de mesure 24 comme composants de l'unité de capteur 28, selon une représentation schéma-tique. L'unité de capteur 28 est positionnée à rotation par le palier lisse 20 entre l'unité de flux magnétique 14 et la bague de blocage 30 12 réalisée comme couronne sinusoïdale, par rapport à l'arbre 4. L'unité de capteur 28 porte le pignon de mesure 24 pour la fonction de vernier servant à mesurer l'angle de rotation. Le palier lisse 20 comporte également une possibilité de fixation de la plaque de circuit 30. Dans cet exemple, la possibilité de fixation correspond aux broches en matière 35 plastique 70 sur lesquelles on fixe la plaque de circuit 30, par exemple

12 par sertissage à chaud. L'unité de capteur 28 est bloquée radialement par le composant qui l'entoure ou par le boîtier, grâce aux deux éléments de fixation 46 prévus à cet effet. La figure 9a montre les composants du dispositif de cap- teur 2 déjà présentés en vue de dessus à la figure 2a, sans le palier lisse 20 et sans les éléments de fixation 46. La figure 9b montre schématiquement des détails des bagues de guidage de flux 16, 18 de l'unité de flux magnétique 14 réalisées en un matériau ferromagnétique. Les deux bagues de guidage de flux 16, 18 comportent des doigts 72 interdigités. La figure 10 montre schématiquement en vue de dessus la roue polaire magnétique 52 de l'unité magnétique 50 ; cette roue est fixée au second arbre 48 par l'intermédiaire du manchon 54. La roue polaire magnétique 52 comporte plusieurs pôles magnétiques 74 installés alternativement dans la direction radiale et qui génèrent un champ magnétique. Ce champ magnétique est amplifié par l'unité de flux magnétique 14 lors de la rotation relative du second arbre 48 par rapport au premier arbre 4. Ce champ est détecté par le troisième capteur magnétique 36 donnant une différence angulaire qui permet ainsi de détecter le couple entre les deux arbres 4, 48. Le diagramme de la figure 11 montre en abscisses 76 et en ordonnées 78, les rayons en millimètres. L'axe des abscisses 76 coupe l'axe des ordonnées 78 au centre de l'arbre 4 par lequel passe également l'axe 6. Le diagramme montre la surface extérieure 40 de la bague de blocage 12 et le cercle 42 représentant le cercle des passages par zéro de la courbe sinusoïdale de la surface extérieure 40. Un second cercle 82 indique la position du premier capteur magnétique 32 qui saisit l'angle de rotation de l'arbre 4 par la modulation spatiale engendrée par la bague de blocage 12 et ainsi la variation du champ magnétique 58 de l'aimant permanent 38. Le diagramme de la figure 12 a un axe des abscisses 84 représentant l'angle et un axe des ordonnées 86 représente le rayon en millimètres. Le diagramme présente la courbe sinusoïdale 88 de la sur-face extérieure 40 de la bague de blocage 12. Une première droite 90 représente la valeur moyenne de la courbe sinusoïdale 88 qui est ici de

13 20 mm. La seconde droite 92 représente le diamètre de l'arbre 4 qui est ici de 15 mm. Le rayon de la surface extérieure 40 de la bague de blocage 12 représenté par la première courbe 88, varie ainsi entre un minimum de 17 mm et un maximum de 23 mm.

Pour déterminer l'angle de rotation de l'arbre 4, le dispositif de capteur 2 comporte au moins une bague de blocage 12 installée et fixée sur l'arbre 4, et le rayon de la surface extérieure de la bague de blocage 12, varie selon une période (n cp/360°). Ainsi, le rayon varie selon la fonction f (n cp/360°). Le dispositif de capteur 2 comporte au moins un premier capteur magnétique 32 installé en position fixe et qui est un composant d'une unité de capteur 28 à laquelle est associée au moins une bague de blocage 12 ; le capteur détecte le champ magné-tique 58 généré par un aimant permanent 38 et influencé lors de la rotation de l'arbre 4, par au moins une bague de blocage 12 qui assure une modulation périodique. Normalement pour déterminer la période de la surface extérieure 40 de la bague de blocage 12, (n) est un nombre entier, tel que par exemple (n 2). Selon un développement, la bague de blocage 12 a une forme en étoile avec (n) dentures ou un polygone à (n) sommets. La bague de blocage 12 est en un matériau ferromagnétique. Deux capteurs magnétiques 32 détectent le mouvement de la bague de blocage 12 en détectant la modulation de deux aimants permanents 38, les capteurs magnétiques 32 et les aimants permanents 38, étant décalés d'un angle de (90° + 2 k 90°).

Le dispositif de capteur 2 comporte au moins un capteur magnétique 32 installé en position fixe pour fournir au moins un premier signal pour déterminer l'angle de rotation. Le dispositif de capteur 2 comporte un module supplémentaire pour détecter la rotation de l'arbre 4 et au moins un second capteur installé de manière fixe en plus du module supplémentaire pour saisir le mouvement du module supplémentaire et en déduire un second signal servant à déterminer l'angle de rotation. Comme présenté schématiquement à l'aide des figures 1 à 12, le dispositif de capteur 2 peut comporter une roue dentée maître 10 installée sur l'arbre 4 et comme module supplémentaire, le pignon

14 de mesure 24 installé de manière fixe, les dents de la couronne dentée maître 10 et celles du pignon de mesure 24, étant engrenées, de sorte que le pignon de mesure 24 tourne lorsque l'arbre 4 tourne. Le dispositif de capteur 2 fournit au moins un second signal pour déterminer l'angle de rotation à partir de la rotation du pignon de mesure 24. Le pignon de mesure exécute (m + c) tours lorsque l'arbre 4 exécute un tour, (m) étant un nombre entier et (c) étant défini tel que 0 < c < 1 avec par exemple c = 0,5 ou 0,9. Pour déterminer l'angle de rotation, on saisit le champ magnétique 58 influencé par la bague de blocage 12 à l'aide d'au moins un capteur magnétique 38 installé de manière fixe. Le capteur magné-tique 32 installé de manière fixe, fournit par un premier signal, au moins une première valeur pour l'angle de rotation de l'arbre 4. A partir d'un second capteur installé de manière fixe, on saisit le mouvement du module supplémentaire servant à saisir la rotation de l'arbre 4 ; un second capteur installé de manière fixe fournit un second signal donnant une seconde valeur pour déterminer l'angle de rotation. On a ainsi au moins une première valeur et au moins une seconde valeur liées selon le principe du vernier.

Dans ses parties 13a,b,c, la figure 13 montre schématiquement un dispositif 150 de mesure du couple selon l'état de la technique ; ce dispositif 150 comporte deux bagues de mesure 154 avec des doigts repliés 152 en tôle NiFe. Ce dispositif 150 est le capteur magné-tique de couple TSS-1 de Robert Bosch GmbH.

Dans ses parties 14a,b, la figure 14 montre des détails du dispositif 150 de la figure 13, à savoir une unité de capteur 156, un élément Hall d'indexage 158, un aimant d'indexage 160, une unité dite "Flex-Tube" 162 comprenant les deux bagues de mesure 154 et une unité magnétique 164.

Pour réaliser ce dispositif 150, il faut appliquer entre autres le procédé de soudage au creuset ou le procédé de soudage à la vague ; ces procédés sont en général plus compliqués et plus coûteux à mettre en oeuvre qu'un procédé de reflux classique. Ce concept ne per-met pas d'intégrer en plus un dispositif de mesure d'angle de direction.

15 Selon l'état de la technique, on connaît également le capteur d'angle de direction 170 représenté schématiquement à la figure 15 servant à déterminer l'angle de rotation et ainsi l'angle de direction d'un arbre constitué par une colonne de direction 172. Ce capteur d'angle de direction 170 comporte une couronne dentée maître 174, deux pignons de mesure 176, des aimants 178, un circuit réalisé sous la forme d'un microcontrôleur ainsi que des éléments de capteur 182 constitués ici par des éléments GMR (éléments magnétorésistants géants) avec des convertisseurs analogiques/numériques pour fournir une transmission lo de données de type série. Ce capteur d'angle de direction ne fonctionne pas selon le principe du vernier. Il est prévu que les pignons de mesure 176 ont un nombre de dents différent et ainsi une démultiplication différente, de sorte que les pignons de mesure 176, changent leur position par rap- 15 port à la couronne dentée maître 174 à une vitesse différente. La combinaison des deux angles actuels qui sont déterminés par les pignons de mesure 176, permet de calculer l'angle total en appliquant une fonction mathématique. Ce principe de mesure per-met de couvrir une plage de mesure de plusieurs tours d'arbre sans né- 20 cessiter de compteur de rotation. 25 NOMENCLATURE

2 dispositif de capteur 4 arbre/premier arbre 6 axe 8 manchon roue dentée maître 12 bague de blocage/couronne sinusoïdale 14 unité de flux magnétique 10 16 bague de guidage de flux 18 bague de guidage de flux 20 palier lisse 22 fixation par clipage 24 pignon de mesure 28 unité de mesure 30 plaque de circuit 32 capteur magnétique 34 capteur magnétique 36 capteur magnétique 38 aimant permanent 40 surface extérieure 42 cercle 46 élément de fixation 48 deuxième arbre 50 unité magnétique 52 roue polaire magnétique 54 manchon 58 champ magnétique 60 axe des abscisses 62 axe des ordonnées 64 courbe sinusoïdale 66 courbe sinusoïdale 68 courbe sinusoïdale 70 broche en matière plastique 74 pôle magnétique 76 axe des abscisses 78 axe des ordonnées 82 cercle 84 axe des abscisses 86 axe des ordonnées 88 courbe sinusoïdale 90 première droite 92 seconde droite 150 dispositif de mesure d'un couple 152 doigt 154 bague de mesure 156 unité de capteur 158 élément d'indexage Hall 160 aimant d'indexage 162 unité Flex-Tube 170 capteur d'angle de direction 172 colonne de direction 174 couronne dentée maître 176 pignon de mesure 178 aimant 182 élément de capteur25

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1°) Dispositif de capteur pour déterminer l'angle de rotation d'un arbre (4) comportant au moins une bague de blocage (12) installée sur l'arbre (4), le rayon de la surface extérieure (40) de la bague de blocage (12) va- riant selon une période (n cp/360°) et le dispositif de capteur (2) ayant au moins un capteur magnétique (32) installé en position fixe, associé à la bague de blocage (12) et détectant le champ magnétique (58) influencé par la rotation de la bague de blocage de l'arbre (4), (n) étant un nombre entier. 2°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague de blocage (12) est réalisée sous la forme d'une couronne sinusoïdale dont la surface extérieure (40) a un rayon défini par la formule : r (c)) = ro + rA sin (n cp/360°) 3°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague de blocage (12) est réalisée en une matière ferromagnétique et elle influence le champ magnétique (58) généré par un aimant permanent (38). 4°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé par au moins un premier capteur magnétique (32) fournissant un premier signal pour déterminer l'angle de rotation, le dispositif de capteur (2) ayant un module supplémentaire pour saisir la rotation de l'arbre (4) et au moins un second capteur installé en position fixe, associé au module supplémentaire, - le second capteur installé en position fixe détectant le mouvement du module supplémentaire pour fournir un second signal servant à dé-terminer l'angle de rotation. 5°) Dispositif de capteur selon la revendication 4, caractérisé par 19 une roue dentée maître (10) installée sur l'arbre (4) et un pignon de me-sure (24) installé en position fixe, comme module supplémentaire, les dents de la roue dentée maître (10) et celles du pignon de mesure (24) engrenant, le pignon de mesure (24) tournant lorsque l'arbre (4) tourne et le dispositif de capteur (2) fournit un second signal pour déterminer l'angle de rotation à partir de la rotation du pignon de mesure (24). 6°) Dispositif de capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pignon de mesure (24) effectue (m + c) tours, lorsque l'arbre (4) effectue un tour, (m) étant un nombre entier et (c) étant défini par la relation 0<c< 1. 7°) Procédé pour déterminer l'angle de rotation d'un arbre (4) utilisant au moins une bague de blocage (12) fixée à l'arbre (4) et le rayon de la surface extérieure (40) de la bague de blocage (12) variant selon une période (n cp/360°), et selon lequel on saisit le champ magnétique (58) influencé par au moins une bague de blocage (12), (n) étant un nombre entier. 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le champ magnétique (58) influencé par la bague de blocage (12), est détecté par au moins un capteur magnétique (32) installé en position fixe, et qui fournit par un premier signal, une première valeur de l'angle de rotation de l'arbre (4) et au moins un second capteur installé en position fixe saisit le mouvement d'un module supplémentaire pour saisir la rotation de l'arbre (4), ce second capteur fournissant par un second signal au moins une seconde valeur pour déterminer l'angle de rotation. 9°) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première et la seconde valeur sont en corrélation selon le principe du vernier.35