FR3019892B1

FR3019892B1 - Dispositif de mesure pour une saisie sans contact d'un angle de rotation

Info

Publication number: FR3019892B1
Application number: FR1553111A
Authority: FR
Inventors: Thomas Klotzbuecher; Johannes Maess; Norbert Lang; Takuya Mizobe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2019-08-23
Anticipated expiration: 2035-04-10
Also published as: CN104976949A; CN104976949B; DE102014207139A1; KR20150118551A; FR3019892A1; KR102383206B1

Abstract

Dispositif de mesure (1), comprenant : un premier composant ayant un aimant (7) et un second composant ayant un élément magnéto-sensible (9), pouvant tourner autour d'un axe commun (11). L'élément (9) détermine une valeur d'angle de rotation du premier composant par rapport au second. L'aimant (7) a, suivant l'axe de rotation (11), un premier segment (80) (diamètre extérieur (D1)) et un second segment (82) adjacent au premier (80), et ayant un diamètre extérieur (D2). Le second segment (82) est entre le premier segment (80) et l'élément (9). Le premier diamètre extérieur (D1) est supérieur au second diamètre extérieur (D2).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure pour déterminer sans contact, un angle de rotation, comprenant : un premier composant ayant un aimant et un second composant ayant un élément magnéto-sensible, le premier composant et le second composant pouvant tourner l’un par rapport à l’autre autour d’un axe de rotation commun, l’élément magnéto-sensible étant réalisé pour déterminer en fonction du champ magnétique de l’aimant, une valeur d’angle de rotation du premier composant par rapport au second composant, l’aimant ayant, suivant Taxe de rotation, un premier segment ayant un premier diamètre extérieur dans un plan transversal à Taxe de rotation, l’aimant ayant suivant Taxe de rotation, un second segment adjacent au premier segment, et qui présente dans un plan transversal à Taxe de rotation, un second diamètre extérieur, le second segment, considéré le long de Taxe de rotation se situe entre le premier segment et l’élément magnéto-sensible. L’invention se rapporte également à un système d’actionnement de véhicule automobile et à un procédé de réalisation d’un dispositif de mesure.

Etat de la technique

Les mesures d’angle de rotation sont nécessaires dans de nombreux domaines de la technique. Cela se fait par exemple à l’aide de capteurs de champ magnétique qui déterminent la position d’un aimant permanent. L’aimant permanent peut être solidaire en rotation d’un élément rotatif et permettre une détection sans contact de l’angle de rotation. En particulier, on connaît des capteurs d’angle de rotation fonctionnant sans contact selon le document DE 10 2007 016 133 Al. Exposé et avantages de l’invention L’invention a pour point de départ la considération selon laquelle l’intensité du champ magnétique émis par un aimant permanent doit être suffisamment importante pour permettre une résolution optimale de l’angle de rotation du capteur. En outre, une intensité élevée du champ magnétique peut se répercuter de manière positive sur l’insensibilité du capteur vis-à-vis des champs magnétiques et vis-à-vis d’un vieillissement.

En outre, le champ magnétique de l’aimant permanent doit être suffisamment homogène pour compenser les tolérances entre les nouveaux composants ou les tolérances générées pendant le fonctionnement. Par exemple, des déplacements de l’angle de rotation liés à l’usure ou à du jeu mécanique peuvent se développer et conduire à des tolérances de fonctionnement.

Pour avoir une intensité de champ magnétique et une homogénéité de l’aimant permanent, qui soient suffisantes, on peut utiliser des aimants ayant une extension importante. Il nécessite néanmoins un volume de construction important qui est pourtant très limité, notamment dans les véhicules automobiles. Dans des applications à encombrement limité, on peut utiliser des aimants d’actionnement tels que par exemple les aimants Néodyme offrant une inductance réactive élevée. Toutefois, les aimants réalisés avec des Terres Rares entraînent des coûts élevés.

But de l’invention

Il existe ainsi un besoin de dispositifs de mesure équipés d’un système d’actionnement et de procédés de réalisation de dispositifs de mesure peu encombrants, économique, permettant notamment d’avoir une précision de mesure, élevée, qui est par exemple constante pendant toute la durée de vie pour la détermination de l’angle de rotation. Cela signifie par exemple que l’erreur d’angle sera minimisé pour un encombrement réduit par exemple, grâce à l’intensité du champ magnétique à l’emplacement du capteur de champ magnétique ou de l’élément magnéto-sensible ou l’homogénéité du champ magnétique à l’endroit de sa saisie qui seront augmentées vis-à-vis des réalisations connues.

Exposé et avantages de l’invention

Un premier développement de l’invention a pour objet un dispositif de mesure servant à la détermination sans contact d’un angle de rotation. Le dispositif de mesure a un premier composant avec un aimant, par exemple un aimant Néodyme, de préférence toutefois, un aimant de ferrites, économique. En outre, le dispositif de mesure a un second composant avec un élément magnéto-sensible. Le premier composant et le second composant sont pivotants l’un par rapport à l’autre autour du même axe de rotation. En fonction du champ magnétique généré par l’aimant l’élément magnéto-sensible effectue un angle de rotation c’est-à-dire un angle de rotation du premier composant par rapport au second composant. Le long de l’axe de rotation commun, l’aimant a un premier segment ayant un premier diamètre extérieur dans le plan transversal à l’axe de rotation. De plus, le long de l’axe de rotation, l’aimant a un second segment qui fait suite au premier segment et a, un deuxième diamètre dans un plan transversal à l’axe de rotation, le second segment le long de l’axe de rotation étant compris entre le premier segment et l’élément magnéto-sensible. Ainsi, le premier diamètre extérieur est supérieur au second diamètre extérieur et notamment le second diamètre extérieur est compris entre 30 % et 70 % du premier diamètre.

En d’autres termes, la présente invention repose sur l’idée que le second segment est réalisé comme surépaisseur ou surhauteur par rapport au premier segment et surmontant le premier segment. Ainsi, par rapport à l’état de la technique, on a l’avantage que le champ magnétique nécessaire à la détermination sans contact de l’angle de rotation, est plus fort à l’emplacement de la saisie et plus homogène ; l’aimant a en même temps avoir une dimension latérale plus réduite dans un plan qui s’étend transversalement à l’axe de rotation (plan XY) et une dimension appropriée dans la direction le long de l’axe de rotation (axe Z). La mesure constructive consistant à ce que le second diamètre du second segment surélevé est dimensionné plus petit que le premier diamètre du premier segment, concentre et homogénéise les lignes de champ magnétique à l’endroit de la détection par l’élément magnéto-sensible ou le capteur magnétique. Avec un même matériau magnétique cela permet de diminuer l’encombrement du dispositif de mesure et/ou d’utiliser un matériau intrinsèquement moins résistant et plus économique comme par exemple utiliser un aimant de ferrite à la place d’un aimant de Terres Rares et en même temps de diminuer l’erreur angulaire. De cette manière, en conservant un champ magnétique suffisamment homogène, on adapte le coût de fabrication du dispositif de mesure et qui peut s’intégrer dans un volume très réduit.

Le dispositif de mesure peut par exemple se monter dans les véhicules automobiles, notamment des véhicules hybrides ou des véhicules électriques. Le dispositif de mesure peut s’appliquer à tous les systèmes du domaine automobile, dans lesquels on mesure un angle de rotation. Par exemple, le dispositif de mesure peut être utilisé sur des capteurs de volet d’étranglement, des capteurs de pédale, des capteurs de carrosserie ou des capteurs d’angle d’entrainement d’essuie-glace.

Le premier composant peut être un composant rotatif comme par exemple un rotor. Le premier composant est équipé d’au moins un aimant. L’aimant est relié solidairement en rotation au premier composant. L’aimant est réalisé comme aimant permanent. En outre, l’aimant peut par exemple être surmoulé avec de la matière plastique.

Le second composant peut être par exemple un composant fixe tel qu’un stator. L’élément magnéto-sensible est relié solidairement en rotation au second composant. L’élément magnéto-sensible peut être par exemple un capteur Hall ou un capteur magnéto-résistant. Par exemple, en fonction du champ magnétique émis par l’aimant notamment en fonction de la direction et de l’intensité du champ magnétique, l’élément magnéto-sensible peut générer un signal représentatif d’une valeur d’angle de rotation du premier composant par rapport au second composant. L’élément magnéto-sensible est par exemple, un élément Hall, qui comporte des plaquettes semi-conductrices traversées par le courant et que le champ magnétique généré par l’aimant traverse par exemple dans la direction perpendiculaire. Cela permet de recueillir une tension proportionnelle à l’intensité du champ magnétique, transversalement à la direction du courant dans les plaquettes semi-conductrices. L’élément magnéto-sensible comporte par exemple du silicium. L’élément magnéto-sensible peut intégrer une unité de régulation ou une électronique de traitement de signal. L’aimant peut être par exemple un aimant en forme de disque cylindrique de section circulaire ayant un second segment formant une surépaisseur centrée au-dessus du premier segment servant de corps de base à l’aimant. Comme matériau de l’aimant, on peut par exemple utiliser des ferrites. On peut notamment utiliser comme matériau magnétique la ferrite de baryum BaFei20i9 ou encore la ferrite de strontium SrFei20i9. Ce matériau est beaucoup plus économique par exemple que des aimants de Terres Rares et grâce à sa réalisation géométrique correspondante, il aura la même homogénéité pour le champ magnétique que celui d’aimants de Terres Rares de mêmes dimensions. L’aimant peut néanmoins être un aimant de Terres Rares, par exemple un aimant de Néodyme.

Selon un développement de l’invention, le premier segment présente le long de Taxe de rotation, une première hauteur et le second segment présente le long de Taxe de rotation une seconde hauteur. La seconde hauteur est par exemple comprise entre 15% et 75% et de préférence entre 35% et 70% et d’une manière particulièrement préférentielle, la hauteur est comprise entre 55% et 65% de la première hauteur. Il en résulte avantageusement une intensité de champ magnétique particulièrement élevée et une homogénéité particulièrement bonne pour les lignes de champ magnétique, notamment parallèlement au plan XY à l’endroit du capteur magnétique ou de l’élément magnéto-sensible. Cela minimise avantageusement les erreurs de mesure de l’angle de rotation et permet ainsi de réaliser un aimant de dimensions plus réduites que celles d’un aimant usuel de même puissance et homogène, ne comportant pas de surépaisseur. Par exemple, la hauteur totale de l’aimant (formé du premier segment et du second segment) est comprise entre 2,3 mm et 5 mm. De façon préférentielle, la hauteur totale du premier segment est comprise entre 2,0 mm et 3 mm et d’une manière particulièrement préférentielle est égale à 2,5 mm. La hauteur du second segment peut se situer entre 0,3 mm et 2,25 mm et de préférence entre 0,5 mm et 1,8 mm et d’une manière particulièrement préférentielle entre 0,8 mm et 1,5 mm. La hauteur du premier segment est par exemple égale à 2,5 mm et celle du second segment est comprise entre 0,27 mm et 1,88 mm.

Selon un exemple de réalisation, le second segment est de forme cylindrique circulaire et/ou concentrique à Taxe de rotation. Cela permet une réalisation particulièrement simple de l’aimant et à l’endroit du capteur magnétique ou de l’élément magnéto-sensible le champ magnétique sera particulièrement fort et homogène. De plus, un aimant ainsi formé se monte simplement car il est symétrique en rotation par rapport à l’axe de rotation et ainsi s’il est monté de façon tournée il ne risque pas d’arriver en contact avec les composants du dispositif de mesure. L’aimant est par exemple sous la forme d’une pièce montée, circulaire, à deux étages avec un premier segment cylindrique circulaire portant un second segment cylindrique circulaire en forme de surépaisseur. Sans limiter ces fonctions, il est ainsi possible de prévoir sur le côté extérieur d’un tel aimant, de petites parties en saillie ou encoches pour bloquer l’aimant dans un boîtier de manière solidaire en rotation et/ou imperdable, par exemple en le surmoulant par injection. De telles parties en saillie ou encoches ne modifient pas la forme cylindrique circulaire au sens de l’invention, notamment si leur volume n’est pas supérieur à 5 % du volume total de l’aimant.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, le second segment a une face frontale tournée vers l’élément magnéto-sensible. La face frontale du second segment comporte un évidement qui s’étend à l’intérieur du second segment. L’évidement est par exemple réalisé sous la forme d’une cavité symétrique. En particulier, l’aimant peut avoir une cavité circulaire dans un plan parallèle à l’élément magnéto-sensible et transversal à l’axe de rotation, c’est-à-dire un plan XY. Ainsi, le champ magnétique sera particulièrement intense et homogène à l’endroit du capteur magnétique ou de l’élément magnéto-sensible. L’évidement peut être par exemple réalisé sous la forme d’un trou borgne. L’évidement assure ainsi un champ magnétique homogène dans la direction XY. Cela signifie que dans la région de l’évidement, les lignes de champ magnétique passant entre l’aimant et l’élément magnéto-sensible seront si possible parallèles et équidistants. De plus, les lignes de champ magnétique sont, si possible, parallèles à la surface supérieure de l’élément magnéto-sensible. Selon une variante de réalisation, les lignes de champ magnétique sont perpendiculaires à la surface de l’élément magnéto-sensible. L’élément magnéto-sensible est réalisé de manière appropriée.

Selon un autre développement, la profondeur de l’évidement est comprise entre 15% et 75% et notamment entre 35% et 70% de la seconde hauteur du second segment. Ainsi, pour une seconde hauteur de la surépaisseur ou du second segment de 1,8 mm l’évidement aura une profondeur comprise entre 0,27 mm et 1,35 mm. D’une manière particulièrement préférentielle, l’évidement a une profondeur comprise entre 0,3 mm et 1,2 mm et notamment entre 0,3 mm et 0,6 mm. La profondeur de l’évidement se mesure dans la direction Z parallèle à celle de Taxe longitudinal ou axe de rotation de l’aimant. Ainsi, à l’endroit du capteur magnétique ou de l’élément magnéto-sensible, le champ magnétique sera particulièrement intense et particulièrement homogène.

La profondeur de l’évidement, c’est-à-dire la dimension de l’extension perpendiculaire à la surface de l’élément magnéto-sensible qui est également la direction Z sera si possible homogène. Cela signifie qu’en principe la profondeur de l’évidement sur toute la surface de l’évidement sera par exemple comprise entre 0,3 mm et 1,2 mm. En variante, l’évidement correspond à un corps de révolution en forme de pa-raboloïde ou encore l’évidement sera à deux étages. Cela signifie que dans une première région l’évidement a une première profondeur et dans une seconde région, il aura une seconde profondeur dans la direction Z. La seconde région est concentrique à la première région. En outre, la première profondeur sera en amplitude supérieure à la seconde profondeur. En particulier, l’évidement est réalisé à plusieurs étages. Une réalisation étagée de l’évidement est plus simple que par exemple un évidement ou une cavité de forme parabolique.

En outre, grâce à une réalisation en deux ou plusieurs étages de l’évidement, même pour des extensions importantes ou des dimensions de l’élément magnéto-sensible, on aura un champ magnétique homogène sur toute la surface de l’élément magnéto-sensible.

Selon un autre exemple de réalisation, dans un plan transversal à Taxe de rotation, c’est-à-dire dans le plan XY l’évidement a un diamètre d’évidement et l’élément magnéto-sensible a un diamètre dans un plan transversal à Taxe de rotation, c’est-à-dire dans le plan XY. Le diamètre de l’évidement est supérieur au diamètre de l’élément magnéto-sensible. Il en résulte avantageusement que la plage de champ magnétique homogène et puissant a des dimensions plus grandes que celles de l’élément magnéto-sensible. La réalisation de l’évidement avec une dimension plus grande que celle de la surface de l’élément magnéto-sensible permet de générer un champ magnétique particulièrement homogène dans la région de l’élément magnéto-sensible. Le diamètre de l’évidement est défini dans la direction de l’évidement dans le plan XY ce qui signifie qu’il est parallèle à la surface de l’élément magnéto-sensible. A titre d’exemple, l’aimant a un diamètre de base de 14 mm jusqu’à 18 mm et de préférence égal à 16 mm. Le diamètre de l’évidement est par exemple compris entre 2 et 5 mm et de préférence entre 2,25 mm et 4 mm. L’élément magnéto-sensible est par exemple de forme rectangulaire et a par exemple une longueur d’arête comprise entre 1 mm et 2 mm.

Selon un autre développement de l’invention, on a un entrefer entre l’élément magnéto-sensible et l’élément. Selon l’application du dispositif de mesure, l’entrefer a une largeur comprise entre 0,5 mm et 4 mm et de préférence entre 1,5 mm et 3,2 mm. Cela signifie que l’élément magnéto-sensible n’est pas dans l’évidement, mais est écarté par rapport à l’évidement et par rapport à la face frontale du second segment, c’est-à-dire de la surépaisseur, dans la direction Z, parallèle à Taxe de rotation.

Selon un autre développement de l’invention, l’aimant est relié solidairement en rotation au premier composant et l’élément magnéto-sensible est relié solidairement en rotation au second composant. Le premier composant fonctionne comme un rotor et le second composant comme un stator. En variante, le premier composant fonctionne comme un stator et le second composant comme un rotor.

Selon un autre développement, l’invention a pour objet un système d’actionnement de véhicule automobile. Le système d’actionnement comporte une unité de régulation et un dispositif de mesure comme celui décrit ci-dessus. Le dispositif de mesure est alors réalisé pour transmettre la valeur de l’angle de rotation déterminé à l’unité de régulation. En outre, l’unité de régulation assure l’asservissement de l’angle de rotation en fonction de la valeur détermi née de l’angle de rotation. L’unité de régulation peut par exemple être intégrée dans une puce portant l’élément magnéto-sensible.

Selon un exemple de réalisation de l’invention, le système d’actionnement est un régulateur de volet d’étranglement, un capteur de pédale d’accélérateur dans un module de pédale, un capteur de suspension de châssis ou un capteur angulaire d’un essuie-glace. L’invention concerne un procédé de réalisation du dispositif de mesure décrit ci-dessus.

Selon un troisième aspect, l’invention a pour objet un procédé pour établir un dispositif de mesure selon lequel on utilise un premier composant auquel on relie solidairement en rotation un aimant, on utilise un second composant auquel on relie solidairement en rotation un élément magnéto-sensible, on monte en rotation le premier et le second composants autour d’un axe de rotation commun pour que le premier composant ou le second composant tournent l’un par rapport à l’autre, l’élément magnéto-sensible déterminant en fonction du champ magnétique de l’aimant, une valeur d’angle de rotation du premier composant par rapport au second composant, l’aimant ayant le long de l’axe de rotation, un premier segment d’un premier diamètre extérieur dans un plan transversal à l’axe de rotation, et le long de l’axe de rotation, un second segment qui fait suite au premier segment et qui a, dans un plan transversal à l’axe de rotation, un second diamètre extérieur, le second segment considéré suivant l’axe de rotation se situant entre le premier segment et l’élément magnéto-sensible, ce procédé étant caractérisé en ce que le premier diamètre extérieur est supérieur au second diamètre extérieur, notamment le second diamètre extérieur est compris entre 30% et 70% du premier diamètre.

Les différentes étapes du procédé peuvent être exécutées dans un ordre variable.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’un dispositif de mesure pour déterminer sans contact, un angle de rotation ainsi qu’un système d’actionnement de véhicule et un procédé de réalisation d’un dispositif de mesure, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d’un exemple de réalisation d’un dispositif de mesure selon l’invention, la figure 2 est une section d’un aimant de forme optimisée selon l’invention et de l’élément magnéto-sensible, la figure 3 est une section d’un dispositif de mesure selon l’invention, la figure 4 montre des exemples d’erreurs angulaires et d’intensités de champs magnétiques du dispositif de mesure en fonction de l’entrefer entre l’aimant et l’élément magnéto-sensible pour différents éloignements radiaux de l’élément magnéto-sensible par rapport à Taxe de rotation, la figure 5a montre le tracé des lignes de champ magnétique à l’endroit de l’élément magnéto-sensible pour un aimant dont la forme n’est pas optimisée, la figure 5b montre le tracé des lignes de champ magnétique à l’emplacement d’un élément magnéto-sensible pour un aimant selon l’invention.

Description de modes de réalisation

Toutes les figures sont des représentations schématiques de dispositif selon l’invention ou de composants de ceux-ci selon des exemples de réalisation de l’invention. En particulier, les distances et les relations dimensionnelles ne sont pas reproduites fidèlement à l’échelle dans les figures. Les différents éléments qui se correspondent portent les mêmes références numériques dans ces figures.

La figure 1 est une vue en perspective d’un dispositif de mesure 1. Le dispositif de mesure 1 comporte un premier composant 3 et un second composant 5. Le premier composant 3 est par exemple un rotor et le second composant 5, un stator. Dans les mêmes conditions, le second composant 5 peut être un rotor et le premier composant 3 un stator. Par exemple, le premier composant 3 et le second composant 5 sont des parties d’un système d’actionnement 27, notamment d’un capteur de volet d’étranglement, d’un capteur de pédale d’accélérateur, d’un capteur de suspension de châssis ou d’un capteur angulaire d’un essuie-glace pour l’équipement de véhicules automobiles. Ainsi, le dispositif de mesure 1 est par exemple appliqué à un volet d’étranglement électrique (DV-E), un module de pédale d’accélérateur (APM) ou à un actionneur à usage général (GPA).

Le premier composant 3 porte solidairement en rotation un aimant 7. Le second composant 5 est équipé d’un élément magnéto-sensible 9, notamment d’un capteur Hall relié solidairement en rotation au second composant 5. Comme le montre la figure 3, l’élément magnéto-sensible 9 est installé par exemple sur une plaque de circuit 33. Le premier composant 3 peut être tourné d’un angle de rotation a par rapport au second composant 5 autour de l’axe de rotation 11. L’élément magnéto-sensible 9 est traversé par les lignes de champ du champ magnétique de l’aimant 7. L’élément magnéto-sensible 9 est réalisé pour déterminer une valeur de l’angle de rotation du premier composant 3 par rapport au second composant 5 en fonction de la direction et de l’intensité du champ magnétique. Le dispositif de mesure 1 et notamment l’élément magnéto-sensible 9 transmettent la valeur de l’angle de rotation déterminée à une unité de régulation 29. L’unité de régulation 29 est installée avec l’élément magnéto-sensible 9 sur la plaque de circuit 33 comme cela est représenté par exemple à la figure 3. En variante, l’unité de régulation 29 peut également se trouver à l’extérieur du dispositif de mesure 1 comme le montre la figure 1. En outre, l’unité de régulation 29 peut être reliée fonctionnellement au premier composant 3 et assurer l’asservissement de l’angle de rotation (a) en fonction de la valeur déterminée de l’angle de rotation. Pour une meilleure compréhension des différentes figures on a tracé un système d’axes de coordonnées. L’axe X porte la référence 35 ; l’axe Y porte la référence 37 et l’axe Z porte la référence 39. L’axe Z 39 est parallèle à l’axe de rotation 11. Un plan perpendiculaire à cet axe est sous-tendu par l’axe X, 35 et l’axe Y, 37. La surface de l’élément magnéto-sensible 9 se situe ainsi par exemple dans le plan sous-tendu par l’axe X, 35 et l’axe Y, 37, c’est-à-dire dans le plan XY.

La figure 2 montre un exemple de réalisation d’un aimant 7 en section et avec une vue en perspective. L’aimant est par exemple un aimant de ferrite. Considéré selon l’axe de rotation 11, l’aimant a un corps de base 8 avec un premier segment 80 ayant un premier diamètre extérieur DI dans un plan transversal à l’axe de rotation 11, c’est-à-dire un plan XY. Le premier segment 80 peut être réalisé sous la forme d’un élément cylindrique de section circulaire, symétrique en rotation par rapport à l’axe de rotation 11. Le long de l’axe de rotation 11, c’est-à-dire dans la direction Z, 39, le premier segment 80 a une première hauteur hl.

Suivant l’axe de rotation 11, le premier segment 80 se poursuit par un second segment 82 ayant un second diamètre extérieur D2 dans un plan transversal à l’axe de rotation 11 et considéré le long de l’axe de rotation 11, il a une seconde hauteur h2. Le second segment 82 peut être de forme cylindrique circulaire. Le second diamètre extérieur D2 est inférieur au premier diamètre extérieur Dl. En d’autres termes, le second segment 82 forme une partie en surépaisseur 15 par rapport au premier segment 80 ou par rapport au corps de base magnétique 8. Le second segment a une surface frontale 16 tournée vers l’élément magnéto-sensible 9. Le second segment 82 peut se situer complètement entre le premier segment 80 et l’élément magnéto-sensible 9.

Une cavité 17 est prévue sur ou dans la surface frontale 16 du second segment 82. Cette cavité est par exemple, concentrique au second segment 82 et pénètre à l’intérieur de ce second segment 82 en formant un évidement de diamètre D3 et de profondeur h3. Le diamètre D3 de l’évidement peut être appelé "diamètre intérieur de l’évidement".

Un entrefer 25 subsiste entre la face frontale 16 du second segment et l’élément magnéto-sensible 9. L’entrefer 25 considéré le long de l’axe de rotation lia une largeur comprise entre 0,5 mm et 4 mm et de préférence la largeur de l’intervalle est comprise entre 0,7 mm et 2,2 mm. L’évidement 17 est de forme cylindrique de section circulaire à la manière d’un trou borgne avec des parois parallèles à l’axe de rotation 11. L’évidement 17 a le même diamètre D3 sur toute sa profondeur dans la direction de l’axe Z, 39. L’évidement 17 peut également avoir une forme différente, par exemple une forme de paraboloïde. L’évidement 17 peut également être étagé par exemple à deux étages ou à trois étages à la manière de trous borgnes successifs, de diamètre décroissant, dans un plan transversal à l’axe de rotation 11. La profon deur h3 de l’évidement est inférieur à la hauteur h2 du second segment 82 de sorte que l’évidement 17 ne pénètre pas dans le second segment 80 ou le corps de base 8 de l’aimant, mais reste complètement dans le second segment 82. La profondeur h3 de l’évidement et la seconde hauteur h2 du second segment 82 sont réglées pour que Terreur angulaire soit minimum dans la région de l’élément magnéto-sensible 9. En particulier, l’évidement 17 a une profondeur faible par comparaison à l’entrefer 25.

La réalisation de l’évidement 15 à deux ou plusieurs étages permet d’améliorer encore plus l’homogénéité du champ magnétique dans l’entrefer 25.

Par exemple, le premier segment 80 a un premier diamètre extérieur Dl de 16 mm et une première hauteur hl de 2,5 mm. Le second segment 82 a par exemple un second diamètre extérieur D2 égal à 6,6 mm et une seconde hauteur h2 comprise entre 0,5 mm et 1,8 mm en étant concentrique au premier segment 80. L’évidement 17 a par exemple un diamètre d’évidement D3 compris entre 2,25 mm et 4 mm et une profondeur h3 comprise entre 0,3 mm et 1,2 mm, la profondeur de l’évidement h3 étant inférieure à la seconde hauteur h2 et inférieure à la largeur de l’intervalle de l’entrefer 25. Une telle géométrie permet de réaliser dans la plage de travail de l’élément magnéto-sensible, des champs magnétiques très homogènes et suffisamment puissants qui traversent l’élément magnéto-sensible 9 dans une très large mesure dans la direction horizontale. La plage de travail peut s’étendre suivant Taxe de rotation, c’est-à-dire dans la direction Z 39 à une distance comprise entre environ 0,7 mm et 3 mm. Par rapport à Taxe de rotation 11, cette plage peut s’étendre par exemple sur une distance radiale de 1,25 mm de Taxe de rotation 11 dans un plan XY en admettant que Taxe de rotation 11 passe par le centre de l’aimant 7.

Comme le montre la figure 2, le diamètre D3 de l’évidement 17 est supérieur au diamètre D4 de l’élément magnéto-sensible 9.

La figure 3 est une section du dispositif de mesure 1 présenté à la figure 1. L’aimant 7 peut être fixé au premier composant 3 à l’aide d’un support d’aimant 31. Le support d’aimant 31 est par exemple une matière plastique surmoulée sur l’aimant. Pour pouvoir mieux bloquer l’aimant 7 dans le support d’aimant 31 plusieurs éléments de retenue 8a venant en saillie radialement du corps de base 8 de l’aimant sont prévus en périphérie autour du premier diamètre extérieur DI du premier segment 80 ou du corps de base 8 de l’aimant, en surmoulant l’aimant 7 avec la matière plastique, l’aimant 7 s’accroche ainsi mieux dans la matière plastique. Les éléments de retenue 8a ne sont pas pris en compte dans le premier diamètre extérieur D1. L’orientation de la représentation en coupe de la figure 3 est tournée par rapport à la représentation de la figure 1. L’aimant 7 est de préférence réalisé sous la forme d’un aimant de ferrite. La fonction de l’aimant de ferrite 7 est de générer un champ magnétique dans la plage de mesure de l’élément magnéto-sensible 9. L’intensité minimale et l’intensité maximale autorisées du champ, en fonction de la variation de l’entrefer entre l’aimant 7 et l’élément magnéto-sensible 9 est donnée par la spécification de l’élément magnéto-sensible 9. L’intensité de champ autorisé résulte de la conception géométrique de l’aimant 7 entre autre, de son diamètre et de sa hauteur.

Le défaut d’homogénéité (inhomogénéité) du champ magnétique 13 dans la plage de mesure de l’élément magnéto-sensible 9 peut générer une erreur angulaire. L’erreur angulaire maximale autorisée est donnée par l’application respective. L’inhomogénéité du champ magnétique 13 se réduit grâce au second segment 82 constituant une surépaisseur 15 sur le premier segment 80. On améliore encore plus l’homogénéité et l’intensité du champ magnétique à l’endroit de l’élément magnéto-sensible 9 grâce à un évidement 15 sur ou dans le côté de l’aimant 7 tourné vers l’élément magnéto-sensible 9. L’évidement 15 est réalisé comme partie en creux sur ou dans la face frontale 16 du second segment 82.

Les figures 4a et 4c montrent Terreur angulaire en degrés, du dispositif de mesure 1 en fonction de la largeur de l’entrefer 25 mesurée en millimètres, entre l’aimant 7 et l’élément magnéto-sensible 9 pour deux distances latérales différentes de l’élément magnéto-sensible 9 par rapport à Taxe de rotation 11. Sur Taxe X, on a représenté la largeur de l’entrefer en millimètres. Sur Taxe Y, on a indiqué

Terreur angulaire en degrés ; la ligne en traits interrompus, parallèle à Taxe X indique pour 0,8°, Terreur angulaire maximum autorisée.

Les figures 4b et 4d montrent respectivement l’intensité maximale et l’intensité minimale du champ magnétique en fonction de la largeur de l’entrefer 25 pour deux plage de position de tailles différentes, prises transversalement à Taxe de rotation 11 et qui peuvent recevoir l’élément magnéto-sensible 9. La plage de position s’étendant transversalement à Taxe de rotation est identique aux figures 4a et 4b et pour les figures 4c et 4d. La courbe de l’intensité maximale du champ donne respectivement pour une certaine largeur de l’entrefer 25 (suivant Taxe X) la valeur maximale de l’intensité du champ que reçoit l’élément magnéto-sensible 9 pour un déplacement transversal à Taxe de rotation 11 dans la plage de position complète. La courbe de l’intensité minimale du champ donne en revanche la valeur minimale pour un décalage de l’élément magnéto-sensible 9 transversalement à Taxe de rotation 11 dans la plage de position. La plage de mesure ou la plage de position, transversalement à Taxe de rotation 11 et dans laquelle on peut déplacer l’élément magnéto-sensible 9 est plus grande à la figure 4d qu’à la figure 4b. La courbe présente l’intensité maximale du champ pour les deux représentations avec sensiblement le même tracé alors que la courbe de l’intensité minimale du champ est clairement différente dans les deux figures car l’intensité du champ chute habituellement lorsqu’on est à la position radiale la plus à l’extérieur de la plage de rotation par rapport à Taxe de rotation 11. Deux droites continues, parallèles à Taxe XX donnent la valeur minimale autorisée pour la valeur inférieure ou la valeur supérieure de l’intensité du champ magnétique dans cette représentation, c’est-à-dire pour environ 25mT et pour environ 63 mT.

Les figures montrent que pour la forme géométrique choisie de l’aimant et pour un entrefer d’une largeur d’environ 0,8mm et d’environ 1,2 mm, l’intensité et l’homogénéité du champ magnétique répond aux spécifications si l’élément magnéto sensible 9 est déplacé jusqu’à 1,25mm par rapport à Taxe de rotation 11, radialement vers l’extérieur. Les figures 4a et 4c montrent que pour une largeur d’entrefer, c’est-à-dire une distance comprise entre l’élément-magnéto- sensible 9 et la face frontale 16 du second segment 82 qui est d’environ 1,6 mm, Terreur angulaire se situe à environ 0,1° et en même temps pour cette largeur d’entrefer, la valeur maximale et la valeur minimale de l’intensité du champ dans la plage de position de l’élément magnéto-sensible 9 se situe au milieu de la plage spécifiée.

Les figures 5a et 5b montrent différents tracés du champ magnétique 13 ou des lignes de champ magnétique de l’aimant 7 dans l’entrefer 25 pour différentes formes de l’aimant 7. La figure 5a montre un aimant 7’ du commerce sans surépaisseur 15 formant le second segment 82. Cet aimant 7’ du commerce se compose uniquement d’un corps de base d’aimant 8. La plage supérieure de la figure 5a, est une vue de dessus de l’aimant 7’ du commerce. La plage inférieure de la figure 5a représente en section, l’aimant 7’ du commerce. Les lignes de champ magnétique 13’ ne sont pas parallèles dans la plage de mesure de l’élément magnéto-sensible 9. A la figure 5b, le tracé des lignes de champ magnétique 13 d’un aimant 7 a un premier segment 80 et un dépassement 15 par rapport au premier segment 80 qui fait suite au premier segment 80 et ensuite un second segment 82. Le second segment 82 présente un évidement 17. La réalisation constructive choisie de l’aimant 7 correspond à un tracé des lignes du champ magnétique 13 dans l’entrefer 25 ou dans l’élément magnéto-sensible 9 qui sont si possible parallèles à la surface extérieure de l’élément magnéto-sensible 9. Ainsi, le champ magnétique y a une intensité suffisante qui peut se situer dans une plage comprise entre 15 mT et 75mT (MilliTesla) ; dans d’autres modes de réalisation on peut aller jusqu’à 200mT voire jusqu’à 500mT.

En conclusion, il convient de remarquer que les expressions telles que «comprenant » ou des expressions analogues n’excluent pas que d’autres éléments ou d’autres étapes de procédé puissent être envisagés. Il convient en outre de remarquer que l’expression un/une n’exclut par la multiplicité. En outre, en liaison avec les différentes formes de réalisation on peut combiner les caractéristiques de manière quelconque. Enfin, il convient de remarquer que les références des revendications ne limitent nullement la portée des revendications.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX I Dispositif de mesure 3 Premier composant 5 Second composant 7 Aimant 8 Corps de base 8a Elément de retenue en saillie du corps de base 8 de l’aimant 9 Elément magnéto-sensible II Axe de rotation commun 13 Champ magnétique de l’aimant 16 Face frontale du second segment 17 Evidement 25 Entrefer 27 Système d’actionnement 29 Unité de régulation 31 Support d’aimant

35 Axe X

37 Axe Y

39 Axe Z 80 Premier segment 82 Second segment D1 Premier diamètre extérieur D2 Second diamètre extérieur D3 Diamètre de l’évidement D4 Diamètre de l’élément magnéto-sensible h 1 Première hauteur du premier segment h2 Seconde hauteur du second segment h3 Profondeur de l’évidement h4 Largeur de l’entrefer

Claims

REVENDICATIONS 1°) Dispositif de mesure (1) pour déterminer sans contact, un angle de rotation (a), comprenant : - un premier composant (3) ayant un aimant (7), et - un second composant (5) ayant un élément magnéto-sensible (9), - le premier composant (3) et le second composant (5) pouvant tourner l’un par rapport à l’autre autour d’un axe de rotation commun (11), - l’élément magnéto-sensible (9) étant réalisé pour déterminer en fonction du champ magnétique (13) de l’aimant (7), une valeur d’angle de rotation du premier composant (3) par rapport au second composant (5), - l’aimant (7) ayant, suivant Taxe de rotation (11), un premier segment (80) avec un premier diamètre extérieur (Dl) dans un plan transversal à Taxe de rotation (11), - l’aimant (7) ayant, suivant Taxe de rotation (11), un second segment (82) adjacent au premier segment (80), et qui a un second diamètre extérieur (D2) dans un plan transversal à Taxe de rotation (11), - le second segment (82), considéré le long de Taxe de rotation (11) se situe entre le premier segment (80) et l’élément magnéto-sensible (9), dispositif de mesure, caractérisé en ce que - le premier diamètre extérieur (Dl) est supérieur au second diamètre extérieur (D2), notamment le second diamètre extérieur (D2) représente entre 30% et 70% du premier diamètre extérieur (Dl).
2°) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier segment (80) présente le long de Taxe de rotation (11), une première hauteur (hl) et le second segment (82) présente de long de Taxe de rotation (11) une seconde hauteur (h2), la seconde hauteur (h2) étant comprise entre 40 % et 75 %, notamment entre 55 % et 70 % de la première hauteur (hl).
3°) Dispositif de mesure selon Tune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second segment (82) est de forme cylindrique circulaire et/ou le second segment (82) est concentrique à l’axe de rotation (11).
4°) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second segment (82) a une face frontale (16) tournée vers l’élément magnéto-sensible (9), et un évidement (17) s’étendant à l’intérieur du second segment (82) est dans sur la face frontale (16) du second segment (82).
5°) Dispositif de mesure (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la profondeur (h3) de l’évidement (17) est comprise entre 15% et 75%, notamment entre 35% et 70% de la seconde hauteur (h2) du second segment (82).
6°) Dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l’évidement (17) a un diamètre (D3) dans un plan transversal à l’axe de rotation (11), et l’élément magnéto-sensible (9) a un diamètre (D4) dans un plan transversal à l’axe de rotation (11), le diamètre (D3) de l’évidement étant supérieur au diamètre (D4) de l’élément magnéto-sensible (9).
7°) Dispositif de mesure (1) selon l’une la revendication 1, caractérisé par un entrefer (25) entre l’élément magnéto-sensible (9) et l’aimant (7), l’entrefer (25) ayant une largeur (h4) le long de l’axe de rotation (11) comprise entre 0,5 mm et 4 mm, notamment une largeur (h4) comprise entre 1,5 mm et 3,2 mm.
8°) Dispositif de mesure (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’aimant (7) est relié solidairement en rotation au premier composant (3), l’élément magnéto-sensible (9) est relié solidairement en rotation au second composant (5), le premier composant (3) est réalisé comme rotor et le second composant (5) comme stator, ou le premier composant (3) est réalisé comme stator et le second composant (5) comme rotor.
9°) Système d’actionnement (27) de véhicule automobile comprenant une unité de régulation (29), et un dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 8, le dispositif de mesure (1) étant réalisé pour transmettre une valeur d’angle de rotation déterminée à l’unité de régulation (29), - l’unité de régulation (29) étant réalisée pour asservir l’angle de rotation (a) en fonction de la valeur déterminée de l’angle de rotation.
10°) Système d’actionnement (27) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’ il est réalisé comme capteur de volet d’étranglement, comme capteur de pédale d’accélérateur, comme capteur de suspension de châssis ou comme capteur angulaire d’essuie-glace.
11°) Procédé pour établir un dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 8, selon lequel on utilise un premier composant (3), on relie solidairement en rotation un aimant (7) au premier composant (3), on utilise un second composant (5), on relie solidairement en rotation un élément magnéto-sensible (9) au second composant (5), on monte en rotation le premier composant (3) et le second composant (5) autour d’un axe de rotation commun (11) pour que le pre mier composant (3) ou le second composant (5) tournent l’un par rapport à l’autre, l’élément magnéto-sensible (9) étant réalisé pour qu’en fonction du champ magnétique (13) de l’aimant (7) il détermine une valeur d’angle de rotation du premier composant (3) par rapport au second composant (5), l’aimant (7) ayant le long de l’axe de rotation (11), un premier segment (80) qui a un premier diamètre extérieur (Dl) dans un plan transversal à l’axe de rotation (11), l’aimant (7) ayant le long de l’axe de rotation (11), un second segment (82) qui fait suite au premier segment (80) et qui a, un second diamètre extérieur (D2), dans un plan transversal à l’axe de rotation (H), le second segment (82) considéré suivant l’axe de rotation (11) se situant entre le premier segment (80) et l’élément magnéto-sensible (9), procédé caractérisé en ce que le premier diamètre extérieur (Dl) est supérieur au second diamètre extérieur (D2), notamment le second diamètre extérieur (D2) est compris entre 30% et 70% du premier diamètre (Dl).