FR3024233A1 - Element de machine et dispositif pour mesurer une force ou un moment ainsi que procede de realisation de l'element de machine - Google Patents

Abstract

Elément de machine pour transmettre une force et/ou un moment, comportant un capteur primaire pour mesurer la force ou le moment à transmettre, et une aimantation permanente, produite par la force et/ou par le moment d'un champ magnétique mesurable, produit à l'extérieur de l'élément de machine. L'aimantation permanente s'étendant le long d'un chemin d'aimantation fermé (02), et elle est réalisée dans une couche de surface (01) de l'élément de machine qui a une perméabilité magnétique au moins plus grande que le segment de l'élément de machine sous la couche de surface (01).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un élément de ma- chine réalisé pour transmettre une force et/ou un moment ainsi que pour mesurer la force ou le moment à transmettre.

L'invention se rapporte également à un dispositif pour mesurer une force et/ou un moment avec l'élément de machine selon l'invention. En outre, l'invention se rapporte à un procédé de réalisation de l'élément de machine selon l'invention.

Etat de la technique Le document US 5.321.985 décrit un capteur de couple magnétostrictif selon lequel une couche magnétostrictive est appliquée à la surface d'un arbre et est positionnée par rapport à des bobines d'excitation et de détection. La couche magnétostrictive est sollicitée avec un champ magnétique produit par des bobines d'excitation de sorte que le champ magnétique sortant de la couche magnétostrictive peut se mesurer avec les bobines de détection. Le couple appliqué à l'arbre génère une tension du matériau dans la couche magnétostrictive, ce qui modifie la perméabilité magnétique relative de la couche magnétostrictive en fonction de la direction. Le document US 2007/0022809 Al décrit un dispositif pour mesurer un couple. Selon ce document, on réalise une couche de matériaux magnétostrictifs sur l'arbre. Cette couche comprend une couche d'aluminium diffusé.

Le document DE 39 40 220 A 1 décrit un capteur de charge pour mesurer les charges produites par un couple appliqué à un arbre. Les éléments magnétostrictifs de l'arbre sont répartis en deux groupes suivant un motif en zigzag. A l'aide de bobines de détection, on produit un flux magnétique dans l'élément magnétostrictif.

Le document US 5.052.232 décrit un transmetteur ma- gnéto-élastique avec un élément de machine ayant deux revêtements magnétostrictifs périphériques. Ces revêtements ont des aimantations opposées suivant une répartition en forme d'hélices. Le document DE 698 38 904 T2 décrit un capteur de couple avec une aimantation circulaire. L'aimantation est réalisée dans 3024233 2 le matériau ferromagnétique, magnétostrictif d'un arbre et s'étend autour de l'arbre suivant une forme circulaire. Le document US 7.752.923 B2 décrit un capteur de couple magnétostrictif avec une couche d'isolation magnétique appli- 5 quée sur l'arbre et une couche magnétostrictive appliquée sur cette couche. Les couches d'isolation magnétique et électro-conductrices sont réalisées sous la forme d'un cylindre creux sur lequel on frète l'élément exposé au couple. Le document EP 0 162 957 A 1 décrit un procédé de me- 10 sure de la tension mécanique appliquée à un arbre en utilisant les pro- priétés magnétostrictives d'un matériau magnétique appliquées à l'arbre. Entre l'arbre et le matériau magnétique, un manchon support amagnétique est appliqué sur l'arbre avec une liaison par la force. Le document DE 602 00 499 T2 décrit un capteur de po- 15 sition à structure magnétique formé de deux couronnes ferromagné- tiques. Le document DE 691 32 101 T2 décrit un générateur d'image magnétique avec un fil qui a une aimantation dans la direction périphérique.

20 Le document DE 692 22 588 T2 décrit un capteur de couple à aimantation, de forme annulaire. Le document WO 2007/048143 A2 décrit un capteur avec un arbre aimanté. Le document WO 01/27638 A 1 décrit un capteur 25 d'oscillations avec un arbre aimanté en périphérie ou dans la direction longitudinale. Le document WO 2006/053244 A2 décrit un capteur de couple avec une aimantation sur un arbre. L'aimantation est développée en périphérie.

30 Le document US 8.191.431 B2 décrit un dispositif de capteur avec un arbre aimanté. Le document DE 600 08 543 T2 décrit un élément con- vertisseur appliqué à un capteur de couple ou de force. L'élément convertisseur est un élément en une seule pièce dans un arbre en un 3024233 3 matériau susceptible d'être aimanté et son aimantation est orientée dans la direction axiale. Le document JP 59-192930 A décrit un procédé de détec- tion à l'aide d'un capteur de champ magnétique, du couple appliqué à 5 un arbre dont la surface comporte une couche à aimantation anisotro- pique. La couche n'est pas elle-même aimantée de manière permanente, mais elle est aimantée dans une direction par un aimant permanent. But de l'invention Partant de l'état de la technique, la présente invention a 10 pour but, d'améliorer la stabilité et la durée de vie de l'aimantation né- cessaire à l'effet magnétostrictif inverse pour une mesure de force et/ou de moment. En particulier, l'invention se propose d'améliorer la stabilité vis-à-vis de l'influence de la température, de la désaimantation et des influences mécaniques, telles que les chocs ou les secousses. La mesure 15 de la stabilité concerne notamment l'amplitude de la densité de flux ré- manent qui ne doit changer dans tous les cas que légèrement pendant toute la durée de vie. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un élément de ma- 20 chine pour transmettre une force et/ou un moment, cet élément de ma- chine comportant un capteur primaire pour mesurer la force ou le moment à transmettre, et son aimantation permanente, est produite par la force et/ou par le moment d'un champ magnétique mesurable, produit à l'extérieur de l'élément de machine, l'aimantation permanente 25 s'étendant le long d'un chemin d'aimantation fermé et elle est réalisée dans une couche de surface de l'élément de machine qui a une perméabilité magnétique au moins plus grande que le segment de l'élément de machine qui se trouve sous la couche de surface. L'élément de machine selon l'invention sert à transmettre 30 une force et/ou un moment dans une machine. La force ou le moment agissent sur l'élément de machine ce qui se traduit par des tensions mécaniques produisant une déformation en général légère de l'élément de machine. L'élément de machine s'étend de préférence selon un axe 35 qui est de préférence son axe de rotation.

3024233 4 L'élément de machine selon l'invention permet d'autre part de mesurer la force ou le moment à transmettre. Pour cela il comporte un capteur primaire a aimantation permanente pour mesurer la force ou le moment à transmettre. L'aimantation permanente ainsi que 5 la force et/ou le moment produisent un champ magnétique mesurable, qui se produit à l'extérieur de l'élément de machine du fait de l'élément magnétostrictif inverse ; ce champ magnétique est mesurable par un capteur secondaire formé notamment par un capteur de champ magnétique. Le capteur primaire, c'est-à-dire l'aimantation permanente trans- 10 forme la force ou le moment à mesurer en un champ magnétique correspondant alors que le capteur secondaire permet de convertir le champ magnétique en un signal électrique. L'aimantation permanente s'étend suivant un chemin d'aimantation fermé de sorte qu'il est un chemin sans fin. Le chemin 15 d'aimantation passe dans le matériau de l'élément de machine. Dans la région autour du chemin d'aimantation, le matériau de l'élément de machine est à aimantation permanente. En dehors de cette zone, l'élément de machine est de préférence non aimanté. Le chemin d'aimantation a de préférence au moins par segment, une composante 20 tangentielle rapportée à l'axe de l'élément de machine. L'aimantation permanente suivant le chemin d'aimantation est appliquée de préférence de manière rémanente dans l'élément de machine, c'est-à-dire qu'elle est imprimée ou codée dans celui-ci. Selon l'invention, l'aimantation permanente est dévelop- 25 pée dans une couche de surface de l'élément de machine qui a, notam- ment à l'état non sollicité par la force ou par le moment, une perméabilité magnétique plus grande au moins par rapport au segment de l'élément de machine qui se trouve sous la couche de surface. De façon préférentielle, la couche de surface a une perméabilité magnétique 30 plus grande que tous les segments de l'élément de machine qui se trouve sous la couche de surface. La couche de surface est réalisée de préférence seulement dans les parties de la surface de l'élément de machine. D'une manière particulièrement préférentielle, la couche de surface n'est réalisée que dans la zone de l'aimantation permanente. De 35 façon préférentielle, l'aimantation permanente est réalisée exclusive- 3024233 5 ment dans la couche de surface. La couche de surface peut être prévue sur le corps de base de l'élément de machine. La couche de surface et son chemin d'aimantation fermé, garantissent une aimantation permanente stable, ce qui est un avan- 5 tage essentiel de l'élément de machine selon l'invention. La couche de surface est de préférence en un matériau magnétostrictif, ce qui permet de mesurer la force produite ou le moment produit selon un effet magnétostrictif inverse. Une propriété particulière de l'aimantation permanente le 10 long du chemin d'aimantation fermée est qu'à l'état non sollicité cela ne se traduit par aucun champ magnétique que l'on peut constater à l'extérieur. C'est pourquoi l'aimantation permanente dans un élément de machine à l'état non sollicité par une force et/ou par un moment est de préférence magnétiquement neutre à l'extérieur de l'élément de ma- 15 chine. En principe, on pourrait néanmoins mesurer un petit champ magnétique faible et négligeable. L'aimantation permanente est réalisée de préférence par une zone partielle du volume de l'élément de machine aimantée en trois dimensions et qui a la forme d'une corde fermée dont le chemin 20 d'aimantation est l'axe central de la corde. La corde qui se trouve sur la couche de surface a de préférence une section circulaire ou une section quadrangulaire. La section peut également être aplatie, par exemple sous la forme d'une superellipse aplatie ou d'un rectangle plat. De façon préférentielle, la section de la corde est invariable suivant l'extension de 25 la corde. Toutefois, la section de la corde peut également être variable suivant son extension. Le chemin d'aimantation est formé de préférence par une courbe tridimensionnelle fermée dans l'espace. La courbe passe dans la couche de surface de l'élément de machine, notamment à travers le ma- 30 tériau de la couche de surface de l'élément de machine. En principe, la courbe peut être quelconque et notamment la courbe peut être irrégulière. Le chemin d'aimantation, c'est-à-dire la courbe tridimen- sionnelle est de préférence symétrique par rapport à l'axe. Le chemin 3024233 6 d'aimantation ou la courbe tridimensionnelle a ainsi de préférence au moins un axe de symétrie. La couche de surface peut également être réalisée dans une cavité de l'élément de machine. La couche de surface peut avoir des 5 épaisseurs différentes. Le chemin d'aimantation est réalisé à des pro- fondeurs différentes de la couche de surface, par exemple en traversant des évidements. Le chemin d'aimantation ou la courbe tridimensionnelle s'étendent en périphérie autour d'un évidement de l'élément de ma- 10 chine. L'évidement est par exemple un perçage radial dans l'élément de machine. De façon préférentielle, l'orientation de l'aimantation permanente varie par rapport à l'axe le long du chemin d'aimantation. Ainsi l'orientation du chemin d'aimantation varie suivant son extension 15 par rapport à l'axe. On peut également avoir des segments du chemin d'aimantation qui ont des orientations différentes par rapport à l'axe. Selon un développement préférentiel de l'élément de machine de l'invention, le chemin d'aimantation entoure l'élément de machine suivant un angle au centre d'au moins 360°. Ainsi, le chemin 20 d'aimantation s'étend sur plus d'un tour autour de l'élément de ma- chine. Le sommet de l'angle au centre est sur l'axe de l'élément de machine. Selon les variantes de réalisation préférentielle, le chemin d'aimantation entoure la périphérie de l'élément de machine avec un 25 angle au centre inférieur à 360° de sorte que le chemin d'aimantation représente moins d'une boucle autour de l'élément de machine. Selon un premier groupe de modes de réalisation préférentiels de l'élément de machine, le chemin d'aimantation entoure l'axe qui passe ainsi dans le chemin d'aimantation fermé. Dans ce premier 30 groupe, pour le mode de réalisation préférentiel, le chemin d'aimantation entourent la périphérie de l'élément de machine. Dans le premier groupe de mode de réalisation préféren- tielle, le chemin d'aimantation est formé de préférence par une ligne en zigzag, fermée ou par une ligne ondulée fermée s'étendant sur la péri- 35 phérie fermée de l'élément de machine.

3024233 7 Dans un second groupe de modes de réalisation préférentiels de l'élément de machine selon l'invention, le chemin d'aimantation est formé par une courbe fermée projetée sur la couche de surface de sorte que le chemin d'aimantation se ferme dans la couche de surface 5 sans inclure l'axe. Dans ce second groupe de modes de réalisation pré- férentiels, l'axe ne traverse pas l'intérieur du chemin d'aimantation fermé même si le chemin d'aimantation s'étend autour de l'axe sur un angle au centre supérieur à 360°. Dans le second groupe de modes de réalisation préféren- 10 tiels, le chemin d'aimantation est de préférence constitué par un cercle, une ellipse, une superellipse, un carré, un trapèze, un rectangle, un triangle ou un parallélogramme. Le cercle, ellipse, superellipse, carré, trapèze, rectangle, triangle ou parallélogramme sont projetés sur la couche de surface.

15 Les côtés du parallélogramme, du carré, du trapèze ou du triangle ou les axes des ellipses ou superellipses peuvent être parallèles ou perpendiculaires à l'axe ou de façon préférentielle, ils sont inclinés par rapport à l'axe géométrique de l'élément de machine. On peut avoir différents angles d'inclinaison.

20 Selon des formes de réalisation préférentielles de l'élément de machine selon l'invention, on développe plusieurs aimantations permanentes. Ces aimantations permanentes le long du chemin d'aimantation respectif sont de préférence de forme identique ou symétrique plane. On peut également orienter les aimantations permanentes 25 de préférence de la même manière par rapport à l'axe géométrique. Les différentes aimantions permanentes peuvent être écartées les unes des autres ou adjacentes. La polarité de ces aimantations permanentes alterne de préférence entre chaque fois deux aimantations permanentes voisines. Ces aimantations permanentes peuvent également être diffé- 30 rentes pour permettre de mesurer simultanément des composants diffé- rents du champ magnétique produit par l'aimantation permanente et par la force et/ou par le moment. En principe, plusieurs des aimantations primaires qui constituent les géométries de capteurs primaires existent sur l'élément de machine, c'est-à-dire qu'il y a plusieurs 35 couches de surface et plusieurs chemins d'aimantation. Ces différentes 3024233 8 aimantations permanentes peuvent avoir des orientations géométriques différentes, des formes géométriques différentes, des directions d'aimantation différentes et/ou des intensités d'aimantation différentes. Le bord de la couche de surface constitue de préférence 5 également le bord de l'aimantation permanente le long du chemin d'aimantation. Ainsi, la couche de surface a de préférence la même extension et la même forme que l'aimantation permanente le long du chemin d'aimantation. En principe, la couche de surface pourrait également déborder de l'aimantation permanente.

10 La couche de surface a une plus grande perméabilité ma- gnétique, notamment une perméabilité magnétique relative plus grande que les segments de l'élément de machine qui se trouve directement en-dessous d'elle. De façon préférentielle, la couche de surface a une perméabilité magnétique supérieure d'au moins un multiple de celle des 15 segments de l'élément de machine se trouvant au-dessous. De façon préférentielle, la couche de surface a une perméabilité magnétique au moins cent fois supérieure à celle des segments de l'élément de machine qui se trouve sous cette couche de surface. Les segments de l'élément de machine qui se trouvent sous la couche de surface sont de préfé- 20 rence amagnétique, c'est-à-dire non ferromagnétiques et non magnétos- trictifs ou à peine magnétostrictifs. La couche de surface a de préférence une résistance ma- gnétique au moins plus petite que celle des segments de l'élément de machine qui se trouve sous cette couche de surface. D'une manière par- 25 ticulièrement préférentielle, la couche de surface a une résistance ma- gnétique plusieurs fois plus petite que celle des segments de l'élément de machine qui se trouve sous la couche de surface. La couche de surface est de préférence fortement réma- nente alors que les segments de l'élément de machine sous la couche de 30 surface ne sont pas rémanents ou ne le sont que légèrement. La couche de surface est de préférence à aimantation dure alors que les segments de l'élément de machine sous la couche de surface sont à aimantation douce ou de manière encore plus préférentielle, elles sont amagnétiques.

3024233 9 La couche de surface est de préférence fortement magnétostrictive. C'est pourquoi la couche de surface a de préférence une constante magnétostrictive qui, en amplitude, est supérieure à dix fois celle de la constante magnétostrictive des segments de l'élément de ma- 5 chine sous la couche de surface. La couche de surface a de préférence une perméabilité magnétique plus grande que celle de tous les segments de l'élément de machine qui se trouvent sous la couche de surface. La couche de surface a de préférence une perméabilité magnétique supérieure de plus de 10 cent fois celle de tous les segments de l'élément de machine qui se trouve sous cette couche de surface. De façon préférentielle, l'élément de machine, indépendamment de la couche de surface, est amagnétique et notamment il est paramagnétique ou diamagnétique. Les formes de réalisation préférentielles de l'élément de 15 machine selon l'invention comportent sous la couche de surface, une couche d'isolation magnétique réalisée dans l'élément de machine, c'est-à-dire une couche d'isolation magnétique. La couche d'isolation magnétique est amagnétique, et notamment paramagnétique ou diamagnétique. Elle a une faible perméabilité. C'est pourquoi les zones de 20 l'élément de machine sous la couche d'isolation magnétique peuvent être néanmoins magnétiques, et notamment ferromagnétiques. La couche d'isolation magnétique peut être sur un corps de base de l'élément de machine. La couche d'isolation magnétique dépasse de préférence 25 le bord de la couche de surface de sorte que cette couche d'isolation magnétique isole magnétiquement la couche de surface même au niveau de son bord latéral. Selon des variantes de réalisation préférentielles, le bord latéral de la couche de surface comporte un bord d'isolation magnétique 30 réalisé dans l'élément de machine et qui isole la couche de surface éga- lement au niveau de son bord latéral. La couche de surface est appliquée sur le segment de l'élément de machine qui se trouve en-dessous, de préférence par un procédé chimique, un procédé mécanique, un procédé thermique ou un 35 procédé thermomécanique. Il s'agit en conséquence d'une couche appli- 3024233 10 quée par un procédé de revêtement. Les techniques de revêtements appropriées existent pratiquement pour tous les matériaux. La couche de surface est appliquée de préférence par un procédé chimique, un procédé mécanique, un procédé thermique ou un 5 procédé thermomécanique sur la couche d'isolation magnétique. Il s'agit ainsi d'une couche appliquée par revêtement sur la couche d'isolation magnétique. La couche d'isolation magnétique est de préférence appli- quée par un procédé chimique, un procédé mécanique, un procédé 10 thermique ou un procédé thermomécanique sur le segment de l'élément de machine qui se trouve en-dessous. Ainsi il s'agit d'une couche appliquée par un procédé de revêtement. Selon des variantes de réalisation préférentielles, la couche de surface est diffusée dans l'élément de machine. Il s'agit ainsi 15 d'une couche obtenue par diffusion. De même, en variante préféren- tielle, la couche d'isolation magnétique est diffusée dans l'élément de machine de sorte qu'il s'agit alors d'une couche réalisée par diffusion. Le procédé de diffusion s'applique notamment à des métaux. La réalisation de la couche de surface ou de la couche 20 d'isolation magnétique par un procédé de revêtement chimique, méca- nique, thermique ou thermomécanique et le développement de la couche d'isolation magnétique ou de la couche de surface par diffusion peuvent être des procédés combinés. Selon des formes de réalisation particulières, l'élément de 25 machine comporte un anneau solidaire mécaniquement et sur lequel il y a la couche de surface et le cas échéant également la couche d'isolation magnétique. Ce mode de réalisation doit être choisi si le matériau de base de l'élément de machine ne permet pas de réaliser une couche de surface et le cas échéant également de la couche d'isolation 30 magnétique de sorte que pour l'anneau on choisira le matériau appro- prié. De façon préférentielle, l'élément de machine a la forme d'un prisme ou d'un cylindre et le prisme ou le cylindre sont installés co-axialement à l'axe géométrique. Le prisme ou le cylindre sont de pré- 35 férence des figures droites. D'une manière particulièrement préféren- 3024233 11 tielle, l'élément de machine a la forme d'un cylindre droit de section circulaire. Ce cylindre circulaire est monté co-axialement à l'axe. Selon les formes de réalisations particulières, le prisme ou le cylindre sont de formes coniques. Le prisme ou le cylindre peuvent également être creux.

5 L'élément de machine est constitué de préférence par un arbre, un arbre creux, une fourchette de commutation ou une bride. L'arbre, la fourchette de commutation ou la bride peuvent être conçus pour recevoir des sollicitations générées par des efforts et des couples différents. En principe, l'élément de machine peut également être un 10 type d'élément de machine totalement différent. La disposition selon l'invention permet de mesurer une force et/ou un moment appliqué à l'élément de machine selon l'invention. Cette disposition comprend tout d'abord l'élément de machine selon l'invention et en outre au moins un capteur secondaire for- 15 mé par un capteur de champ magnétique et servant à mesurer au moins un composant d'un champ magnétique produit par l'aimantation permanente et par la force et/ou par le moment. Le capteur secondaire transforme le champ magnétique en un signal électrique qui dépend ainsi de la force à mesurer ou du moment à mesurer.

20 La disposition selon l'invention comporte de préférence l'une des formes de réalisation préférentielle de l'élément de machine selon l'invention. L'élément de machine fait de préférence partie intégrante du dispositif.

25 Le ou les capteurs de champ magnétique sont de préfé- rence des capteurs Hall, des bobines, des sondes de Fôrster ou encore des magnétomètres à vanne de flux. En principe, on pourrait également utiliser d'autres types de capteurs dans la mesure où ils permettent de mesurer des champs magnétiques générés par l'effet magnétostrictif in- 30 verse. Le procédé selon l'invention permet de fabriquer l'élément de machine selon l'invention, notamment développer la couche de surface de l'élément de machine. Dans une étape du procédé, on utilise un corps de base 35 de l'élément de machine sur lequel ou auquel on applique la couche de 3024233 12 surface. Le corps de base de l'élément de machine possède alors déjà les propriétés mécaniques nécessaires à la transmission de la force ou du moment à transmettre. Le corps de base de l'élément de machine peut comporter un anneau frété.

5 Selon une autre étape du procédé de l'invention, on déve- loppe une couche de surface sur ou dans le corps de base de l'élément de machine. La couche de surface a une aimantation permanente et cette couche de surface a une perméabilité magnétique au moins plus importante que le segment de l'élément de machine qui se trouve sous 10 la couche de surface. L'aimantation permanente s'étend le long d'un chemin d'aimantation fermé. En principe, la couche de surface peut être réalisée par une opération de revêtement sur le corps de base de l'élément de machine ou par une opération de diffusion dans le corps de base de 15 l'élément de machine. Selon des formes de réalisation préférentielles du procédé de l'invention, on réalise la couche de surface en appliquant la couche de surface par un procédé chimique, un procédé mécanique, un procédé thermique ou un procédé thermomécanique sur le segment de l'élément 20 de machine qui se trouve en-dessous. Cela correspond à l'application d'un revêtement sur le segment de l'élément de machine qui se trouve en-dessous. Dans le cas le plus simple, la réalisation de la couche de surface consiste à installer la couche de surface par un procédé chimique, un procédé mécanique, un procédé thermique ou un procédé 25 thermomécanique sur le corps de base de l'élément de machine, no- tamment par exemple sur l'anneau. De façon préférentielle, on réalise en outre une couche d'isolation magnétique sous la couche de surface. Dans ce cas, la couche de surface se réalise par aimantation permanente en ce que l'on 30 applique la couche de surface sur la couche d'isolation magnétique par un procédé chimique, un procédé mécanique, un procédé thermique ou un procédé thermomécanique. Le développement de la couche d'isolation magnétique se fait de préférence en appliquant sur le corps de base de l'élément de 35 machine la couche d'isolation par un procédé chimique, un procédé 3024233 13 mécanique, un procédé thermique ou un procédé thermomécanique. On a ainsi un revêtement du corps de base de l'élément de machine, par exemple notamment de l'anneau. Selon des variantes de formes de réalisation du procédé 5 de l'invention, le développement de la couche de surface consiste à dif- fuser celle-ci dans le corps de base de l'élément de machine ou dans la couche d'isolation magnétique. En variante, on développe également la couche d'isolation magnétique, de préférence en diffusant celle-ci dans le corps de base de l'élément de machine.

10 Le bord latéral de la couche de surface reçoit de préfé- rence un bord d'isolation magnétique, notamment si l'élément de machine est isolant magnétique sous la couche de surface. Le bord d'isolation magnétique est de préférence diffusé dans le corps de base de l'élément de machine.

15 La réalisation de la couche de surface ou de la couche d'isolation magnétique par un procédé de revêtement et développement de la couche d'isolation ou de la couche de surface par diffusion peuvent être des opérations combinées. On peut par exemple appliquer la couche de surface par revêtement sur la couche d'isolation diffusée.

20 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples d'éléments de machine et de dispositif d'élément de machine ainsi que de procédés de fabrication de tels éléments de machines représentés schématiquement dans les dessins an- 25 nexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation simple d'un élément de machine selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe de la couche de surface présentée à la figure 1, 30 la figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation pré- férentiel de l'élément de machine selon l'invention, la figure 4 montre un premier mode de réalisation préférentiel de la couche de surface, la figure 5 montre un second mode de réalisation préférentiel de la 35 couche de surface, 3024233 14 la figure 6 montre un troisième mode de réalisation préférentiel de la couche de surface, la figure 7 montre un quatrième mode de réalisation préférentiel de la couche de surface, 5 la figure 8 montre un cinquième mode de réalisation préférentiel de la couche de surface, la figure 9 est une vue en perspective de l'élément de machine selon l'invention avec différents chemins d'aimantation, la figure 10 est une variante de réalisation de l'élément de machine 10 selon l'invention avec un chemin d'aimantation, la figure 11 est un mode de réalisation préférentiel de l'élément de machine selon l'invention représenté en coupe, la figure 12 est un chemin d'aimantation selon une forme de réalisation générale, 15 la figure 13 est un chemin d'aimantation selon un premier mode de réalisation préférentiel, et la figure 14 est un chemin d'aimantation selon un second mode de réalisation préférentiel. Description de modes de réalisation de l'invention 20 La figure 1 montre une vue en perspective d'un mode de réalisation simple d'un élément de machine selon l'invention. Cet élément de machine est un arbre creux exposé à différents efforts et moments qui sont mesurables selon l'invention. Le matériau de base de l'élément de machine est par exemple un acier à aimantation douce.

25 L'enveloppe de l'arbre creux comporte une couche de sur- face 01 qui, dans le mode de réalisation simple, présenté, a la forme d'un anneau de cercle en projection. Cette couche de surface 01 est en un matériau magnétostrictif et il est à aimantation dure. Dans la couche de surface 01 on a fait une aimantation permanente qui s'étend 30 le long du chemin d'aimantation 02 et constitue un capteur primaire. Le chemin d'aimantation 02 est fermé. Dans le mode de réalisation simple, présenté, le chemin d'aimantation 02 se fait suivant un cercle fermé. Comme le chemin d'aimantation 02 est fermé, l'aimantation permanente n'a pas d'effet vers l'extérieur aussi longtemps que l'élément de 35 machine n'est soumis à aucun effort ni aucun moment.

3024233 15 Selon l'invention, le chemin d'aimantation 02 n'est pas lié à une forme circulaire, mais peut avoir une forme libre, par exemple une forme tracée à main levée. La forme libre offre de meilleures possibilités de compensation vis-à-vis de champs magnétiques externes et 5 l'influence de la température, notamment vis-à-vis de gradients de tem- pérature importants. Pour cela, il faut détecter la géométrie du capteur primaire, c'est-à-dire le chemin d'aimantation dans des positions différentes avec un capteur secondaire (non représenté) constitué par un capteur de champ magnétique ce qui permet de récupérer des gran- 10 deurs de mesure différentes utilisables par le calcul pour faire une compensation. La figure 2 montre une vue en coupe de la couche de sur- face 01 de la figure 1 avec le chemin d'aimantation 02. L'aimantation permanente symbolisée par le chemin d'aimantation 02 est développé 15 exclusivement dans la couche de surface 01. La figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation préférentiel de l'élément de machine selon l'invention. Cet élément de machine est là encore un arbre creux. La couche de surface 01 avec le chemin d'aimantation 02 sous la forme d'une aimantation per- 20 manente est analogue au mode de réalisation de la figure 1. En plus, il est prévu une couche d'isolation magnétique 03, c'est-à-dire une couche assurant l'isolation magnétique et qui est en un matériau paramagnétique ou diamagnétique. La couche d'isolation magnétique 03 se trouve sous la couche de surface 01 et déborde de celle-ci. Ainsi, la couche 25 d'isolation magnétique 03 a également une forme d'anneau de cercle projeté avec un espace libre 04 en option, en son milieu. La couche d'isolation magnétique 03 a une perméabilité magnétique relative 1r, faible et elle sert au découplage magnétique de l'aimantation permanente de la couche de surface 01 par rapport au 30 restant de l'élément de machine qui est en acier. Ainsi, grâce à l'environnement constitué par la couche d'isolation magnétique 03 et l'air, l'aimantation permanente de la couche de surface 01 aura une perméabilité magnétique relative gr d'environ 1 ou moins. Ainsi cet environnement présente une résistance magnétique élevée alors que la 35 couche de surface 01 magnétostrictive a une perméabilité magnétique 3024233 16 relative gr beaucoup plus grande et représente ainsi une résistance magnétique très faible dans l'environnement. C'est pourquoi, la densité du champ magnétique dans la couche de surface 01 est supérieure à celle de l'environnement, ce qui est une condition importante pour la stabilité 5 de l'aimantation permanente dans la couche de surface 01. La figure 4 est une vue en coupe de la couche de surface 01 selon un premier mode de réalisation préférentiel. La couche d'isolation magnétique 03 et la couche de surface 01 sont appliquées chacune par un procédé de revêtement chimique, mécanique, ther- 10 mique ou thermomécanique selon la norme DIN 8580. La figure 5 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation préférentiel de la couche de surface 01. La couche d'isolation magnétique 03 et la couche de surface 01 sont réalisées par diffusion dans le matériau de l'élément de machine. Pour cela, on génère tout 15 d'abord la couche d'isolation magnétique à faible perméabilité 03 par diffusion. Ensuite, on développe également par diffusion la couche de surface magnétostrictive 01 dans la couche d'isolation magnétique 03 déjà réalisée. La figure 6 est une vue en coupe d'un troisième mode de 20 réalisation préférentiel de la couche de surface 01. Dans ce mode de réalisation on a développé un bord d'isolation magnétique 06 et la couche de surface 01 respectivement par diffusion dans le matériau de l'élément de machine. Pour cela, on a d'abord développé par diffusion la couche de surface magnétostrictive 01. Ensuite, on a développé le bord 25 d'isolation magnétique 06 autour de la couche de surface magnétostric- tive 02 en procédant par diffusion. La figure 7 montre une vue en coupe d'un quatrième mode de réalisation préférentiel de la couche de surface 01. Dans ce mode de réalisation on a développé le bord d'isolation magnétique 06 en 30 appliquant un revêtement alors que la couche de surface 01 a été obte- nue par diffusion. Pour cela, on a tout d'abord réalisé par revêtement la couche d'isolation magnétique 03 (voir figure 3) puis on a appliqué la couche de surface magnétostrictive 01 par diffusion dans la couche d'isolation magnétique 03 (voir figure 3) de sorte que seul le bord 35 d'isolation magnétique 06 subsiste.

3024233 17 La figure 8 est une vue en coupe d'un cinquième mode de réalisation préférentiel de la couche de surface 01. Dans ce mode de réalisation, la couche de surface 01 est obtenue par application d'un revêtement alors que la couche d'isolation magnétique 03 a été dévelop- 5 pée par diffusion. Pour cela, on a tout d'abord réalisé la couche d'isolation magnétique 03 en procédant par diffusion puis on a appliqué la couche de surface magnétostrictive 01 comme revêtement sur la couche d'isolation magnétique 03. La figure 9 est une vue en perspective de l'élément de 10 machine selon l'invention avec les différents chemins d'aimantation 02. Le chemin d'aimantation 02 présenté en premier lieu est tangent à toute la périphérie de l'élément de machine de sorte que ce chemin correspond à un angle au centre de 360°. Le chemin d'aimantation 02 a ainsi une forme circulaire.

15 Le chemin d'aimantation 02 présenté en seconde position correspond à un tracé en zigzag sur toute la périphérie de l'élément de machine de sorte qu'il correspond à un angle au centre de 360°. Le chemin en zigzag est composé de segments courts du chemin d'aimantation 02 qui font entre eux un même angle a tel que 0°<a<180°.

20 Le chemin d'aimantation 02 représenté en troisième posi- tion a un tracé incliné par rapport à la direction tangentielle sur toute la périphérie de l'élément de machine de sorte qu'il correspond également à un angle au centre de 360°. L'orientation du chemin d'aimantation 02 peut également se décrire comme correspondant à une diagonale de 25 l'élément de machine. Le chemin d'aimantation 02 présenté en quatrième position comporte deux des chemins d'aimantation 02 représentés en seconde position et qui sont adjacents de sorte que l'on a une forme en X qui se répète.

30 La figure 10 montre une variante de réalisation de l'élément de machine selon l'invention avec un chemin d'aimantation 02. Dans ce mode de réalisation, l'élément de machine est constitué par un arbre avec une réduction de section. Le chemin d'aimantation 02 tourne sur la périphérie de l'arbre pour aller vers l'autre segment de 35 l'arbre de section réduite, en procédant dans la direction axiale pour 3024233 18 tourner autour de ce segment d'arbre avec le chemin d'aimantation 02 et un angle droit a variant plusieurs fois. Cet angle a peut également être chois de façon quelconque entre 0° et 180°. La figure 11 montre un mode de réalisation préférentiel 5 de l'élément de machine selon l'invention représenté en vue en coupe. Cet élément de machine est également un arbre creux exposé à différents efforts et moments. La figure montre un angle p. Les figures 12 à 14 comportent des représentations de l'élément de machine en se référant à l'angle p. Les figures 12 à 14 mon- 10 trent une surface d'enveloppe cylindrique 07 avec différentes formes de réalisation ; la surface 07 en forme d'enveloppe cylindrique est représentée chaque fois sous la forme du développement de l'arbre creux suivant l'angle p. La surface 07 en forme d'enveloppe cylindrique de l'arbre creux est représentée chaque fois sous la forme d'un rectangle.

15 La figure 12 montre le chemin d'aimantation 02 suivant une forme de réalisation générale. Le chemin d'aimantation 02 se trouve sur la surface 02 de l'enveloppe de forme cylindrique de l'élément de machine (voir figure 11). Le chemin d'aimantation 02 est un chemin fermé et il a la forme générale telle que présentée, c'est-à-dire une forme 20 irrégulière. La direction du chemin d'aimantation 02, c'est-à-dire l'orientation de l'aimantation permanente peut également se réaliser de façon inverse. La figure 13 montre le chemin d'aimantation 02 selon un premier mode de réalisation préférentiel. Dans la représentation déve- 25 loppée, le chemin d'aimantation 02 a la forme d'un carré. Suivant des formes de réalisation, le carré peut également être incliné en modifiant l'angle a. Selon d'autres variantes de formes de réalisation, on peut modifier l'angle Ô et/ou la longueur des côtés a, b, c, d et avoir au lieu d'une forme quadrangulaire, une forme de trapèze, de parallélogramme, 30 de triangle ou autre pour le chemin d'aimantation 02. On peut égale- ment arrondir les angles des différentes formes évoquées. En principe, tous les coins de toutes les formes de réalisation décrites peuvent être arrondis ce qui donne à chaque fois une autre forme de réalisation. La figure 14 montre un second mode de réalisation préfé- 35 rentiel du chemin d'aimantation 02. Dans la représentation développée, 3024233 19 le chemin d'aimantation 02 a la forme d'une superellipse ou d'un trou oblong. Selon des variantes de réalisation, on peut également modifier l'angle a, les rayons ri, r2 ou la longueur a des côtés.

5 3024233 20 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 01 Couche de surface 02 Chemin d'aimantation 5 03 Couche d'isolation magnétique 04 Espace libre 06 Bord d'isolation magnétique 07 Surface en forme d'enveloppe cylindrique 10

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1°) Elément de machine pour transmettre une force et/ou un moment, cet élément de machine comportant un capteur primaire pour mesurer la force ou le moment à transmettre, et elle a une aimantation perma- nente, produite par la force et/ou par le moment d'un champ magné- tique mesurable, produit à l'extérieur de l'élément de machine, l'aimantation permanente s'étendant le long d'un chemin d'aimantation fermé (02), et l'aimantation permanente étant réalisée dans une couche de surface (01) de l'élément de machine qui a une perméabilité magnétique plus grande au moins que le segment de l'élément de machine qui se trouve sous la couche de surface (01).
2. 2°) Elément de machine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chemin d'aimantation (02) s'étend sur la périphérie de l'élément de machine avec un angle au centre d'au moins 360°, le chemin d'aimantation (02) se fermant autour de l'axe de l'élément de machine.
3. 3°) Elément de machine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chemin d'aimantation (02) s'étend à la périphérie de l'élément de machine sur un angle au centre inférieur à 360°.
4. 4°) Elément de machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le chemin d'aimantation (02) est formé par une courbe fermée projetée sur la couche de surface (01).
5. 5°) Elément de machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu' une couche d'isolation magnétique (03) est développée dans l'élément de machine sous la couche de surface (01). 3024233 22 6°) Dispositif avec un élément de machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et d'au moins un capteur secondaire constitué par un capteur de champ magnétique qui, pour mesurer au moins une composante du champ magnétique produit par l'aimantation perma- 5 nente et par la force et/ou par le moment. 7°) Procédé de réalisation d'un élément de machine selon l'une des revendications 1 à 5, consistant à : - utiliser un corps de base d'élément de machine, et 10 - développer une couche de surface (01) sur le corps de base de l'élément de machine qui a une aimantation permanente, la couche de surface (01) ayant une perméabilité magnétique plus grande qu'au moins le segment de l'élément de machine qui se trouve sous la couche de surface (01), et 15 - l'aimantation permanente s'étend le long d'un chemin d'aimantation fermé (02). 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' 20 on développe la couche de surface (01) en appliquant la couche de sur- face (01) par un procédé chimique, mécanique, thermique ou thermomécanique sur le segment de l'élément de machine qui se trouve en-dessous. 25 9°) Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu' on développe en outre une couche d'isolation magnétique (03) sous la couche de surface (01). 30 10°) Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu' on développe la couche de surface (01) avec l'aimantation permanente en ce que l'on diffuse celle-ci dans le corps de base de l'élément de machine ou dans la couche d'isolation magnétique (03). 35