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Dispositif de mesure de couple appliqué à un arbre rotatif

et procédé de mesure de couple associé

L'invention concerne un dispositif de mesure de couple appliqué à un arbre rotatif, et plus particulièrement à l'arbre d'un pédalier équipant un vélo électrique ainsi qu'un procédé de mesure de couple associé. La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, dans des dispositifs de détermination de couple embarqués dans des cycles.

Actuellement, il existe différents dispositifs permettant de déterminer le couple appliqué à une pièce mobile en rotation. Ladite pièce est généralement intégrée au sein d'un système mécanique comportant plusieurs éléments destinés à transmettre une énergie mécanique de l'entrée à la sortie dudit système mécanique.

De tels dispositifs sont utilisés, par exemple, pour mesurer le couple appliqué à un arbre de transmission, positionné en sortie de moteur, au sein d'un véhicule de transport pour usager. Dans le cas classique d'un véhicule automobile, ces dispositifs permettent, par exemple, de contrôler que le moteur transfère, selon un objectif de rendement prescrit, sa puissance à d'autres éléments dudit véhicule, comme par exemple les roues, l'alternateur, etc.

La présente invention fait quant à elle référence à un véhicule de transport de type cycle, comme par exemple une bicyclette, pour lequel un utilisateur exerce une force sur des pédales reliées à un axe de pédalier mis en rotation par ladite force.

Outre le fait de pouvoir s'assurer du bon transfert de puissance d'un bout à l'autre d'un système mécanique, l'existence de tels dispositifs se justifie aussi, tout particulièrement, par la nécessité de contrôler que l'intensité du couple appliqué ne dépasse pas une certaine valeur, au-delà de laquelle ledit couple peut entraîner un effet de torsion sur l'axe. Par exemple, dans le cas d'une torsion de l'axe de pédalier d'un vélo à assistance électrique, un tel contrôle a pour objectif de permettre le déclenchement d'un moteur électrique participant à l'effort nécessaire au déplacement du vélo, et contribuant ainsi au confort de l'utilisateur.

De manière conventionnelle, un tel dispositif embarqué comprend, outre un support spécifique permettant son installation dans ledit moyen de transport :

• un axe entraîné en rotation par ledit couple,

· des éléments sensibles adaptés à fournir un signal représentatif d'une contrainte subie par ledit au moins un élément sensible sous l'effet dudit couple,

• des moyens d'acheminement dudit signal vers un module de traitement configuré pour déterminer ledit couple en fonction dudit signal. A ce jour, il existe plusieurs types de dispositifs permettant de déterminer le couple appliqué à un axe en rotation. D'une manière générale, ceux-ci procèdent à la détection de déformations mécaniques de l'axe, par exemple de type extension ou contraction, ou bien encore de certaines grandeurs liées à ces déformations, engendrées par ledit couple au moyen de jauges de contrainte.

Les éléments sensibles, telles que lesdites jauges de contrainte, sont généralement en contact direct avec l'axe en rotation, et travaillent donc en torsion. Ces derniers sont dès lors soumis à de fortes contraintes rendant au final la mise en œuvre et l'utilisation du dispositif peu robuste.

Une telle configuration s'applique aussi auxdits moyens d'acheminement, pour lesquels il convient alors de prendre en compte, tout particulièrement, les phénomènes d'usure et d'entretien périodique. Des systèmes plus récents, tels que des transformateurs rotatifs à couplage différentiel, combinent des éléments sensibles et des moyens d'acheminement tous les deux sans contact, mais n'en restent pas moins dépendants d'un support électronique complexe, et consécutivement difficilement embarquable sur un vélo électrique.

La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant, en proposant une solution qui permette d'avoir un dispositif de détermination de couple appliqué à un axe en rotation d'un véhicule, et présentant des éléments sensibles, sans contact avec ledit axe en rotation, adapté à fournir un signal mesurable par un module de traitement lui- même sans contact avec ledit axe en rotation.

L'invention propose un dispositif de mesure de couple appliqué à un arbre rotatif comprenant :

· des moyens de transmission du couple comportant, une première partie solidaire de l'arbre et recevant le couple appliqué audit arbre, et une deuxième partie solidaire de la première partie et apte à se déplacer par rapport à la première partie lorsqu'un couple est appliqué à la première partie,

• au moins une première électrode solidaire de la deuxième partie,

· un premier support, solidaire de la deuxième partie comprenant au moins une deuxième électrode, située en vis-à-vis de la première électrode, lorsqu'aucun couple n'est appliqué à l'arbre, la première et la deuxième électrodes générant une première capacité dont la valeur varie selon un déplacement de la deuxième partie,

· des moyens de mesure de la première capacité,

• des moyens de conversion de la première capacité en une valeur du couple appliqué à l'arbre. Préférentiellement, les moyens de mesure de la première capacité comprennent :

• une bobine résonante connectée à la deuxième électrode, formant avec la deuxième électrode un circuit résonant passif ayant une fréquence de résonance dépendante de la première capacité,

• un deuxième support, situé en vis-à-vis du premier support, et distant du dit premier support comprenant une bobine excitatrice apte à générer un champ électromagnétique à destination de la bobine résonante et apte à recevoir un champ magnétique induit en provenance de la bobine résonante,

· des moyens d'émission d'un champ électromagnétique,

• des moyens de réception d'un champ électromagnétique, dont la fréquence de résonance dépend du couple appliqué à l'arbre,

• des moyens de commutation, reliés électriquement d'un côté à la bobine excitatrice et de l'autre coté, soit aux moyens d'émission, soit aux moyens de réception.

Et les moyens de conversion comprennent un microcontrôleur relié électriquement d'un côté aux moyens de réception et aux moyens d'émission.

Dans un mode de réalisation préférentiel du dispositif de mesure selon l'invention, les moyens de transmission ayant une forme d'un cylindre entourant l'arbre rotatif, la deuxième partie est une partie du cylindre comprise entre deux rainures selon un axe longitudinal du cylindre. Ladite deuxième partie commençe à partir d'une face transversale du cylindre appelée extrémité libre et s'étend jusqu'à une extrémité liée (au cylindre), située à l'opposé de la dite extrémité libre.

Avantageusement, les deux rainures se terminent chacune à leur extrémité liée par un évidemment de forme arrondie.

Une longueur des rainures peut être comprise entre 30 % et 70 % d'une longueur des moyens de transmission.

Judicieusement, le premier support comprend un circuit imprimé à deux faces :

· la première face comprend la première électrode,

• la deuxième face comprend la bobine résonante reliée électriquement d'un côté à la première électrode par un via et de l'autre côté reliée électriquement à la masse.

Dans un mode de réalisation du dispositif de mesure, les moyens de transmission étant un cylindre ayant un diamètre extérieur et un diamètre intérieur :

• la première électrode est située sur une face transversale du cylindre, • le premier support a la forme d'un anneau plat, de diamètre extérieur égal au diamètre extérieur du cylindre et de diamètre intérieur égal au diamètre intérieur du cylindre.

L'invention concerne également un procédé de mesure d'un couple appliqué à un arbre rotatif, caractérisé en ce qu'il comprend :

• Etape 1 : montage sur l'arbre rotatif de moyens de transmission du couple comportant, une première partie solidaire de l'arbre et recevant le couple appliqué audit arbre, et une deuxième partie solidaire de la première partie et apte à se déplacer par rapport à la première partie lorsqu'un couple est appliqué à la première partie,

• Etape 2 : fixation d'une première électrode solidaire de la première partie,

• Etape 3 : montage d'un premier support, solidaire de la deuxième partie comprenant au moins une deuxième électrode, située en vis-à-vis de la première électrode, lorsqu'aucun couple n'est appliqué à l'arbre, la première et la deuxième électrodes générant une première capacité dont la valeur varie selon un déplacement de la deuxième partie,

• Etape 4 : mesure de la première capacité, lorsqu'un couple est appliqué à l'arbre, par des moyens de mesure.

• Etape 5 : calcul du couple appliqué à l'arbre en fonction de la première capacité par des moyens de conversion.

L'invention s'applique à tout vélo électrique, comprenant un dispositif de mesure selon l'une quelconque des caractéristiques énumérées précédemment.

Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui expose les caractéristiques de l'invention au travers de modes de réalisation préférés, qui n'en sont nullement limitatifs.

La description s'appuie sur les figures annexées qui représentent :

- Figure 1a : une représentation schématique d'un vélo électrique ;

- Figure 1b : une représentation schématique du dispositif de mesure de couple selon l'invention intégré au pédalier,

- Figure 2 : une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un dispositif de mesure du couple appliqué à l'axe de pédalier, selon l'invention.

- Figure 3 une représentation schématique des moyens de transmission du dispositif de mesure de couple selon l'invention. - Figure 4 : une représentation schématique du déplacement de la première électrode par rapport à la deuxième électrode lorsqu'un couple est appliqué aux moyens de transmission.

- Figure 5 : une représentation schématique du premier support du dispositif de mesure de couple selon l'invention.

A la figure 1a, est représenté, un vélo électrique V pourvu d'un carter 1 de système d'assistance au pédalage, fixé autour d'un arbre rotatif, ici fixé autour de l'axe de pédalier 2a.

Ledit carter 1 comprend :

· l'axe du pédalier 2a, comportant à chacune de ses deux extrémités un bras de pédalier et une pédale 2,

• des moyens de transmission 2b', de forme cylindrique, solidaire de l'arbre rotatif que constitue l'axe du pédalier 2a, par exemple entourant ledit axe, l'axe du pédalier 2a est de préférence encastré dans les moyens de transmission 2b', ou bien l'axe du pédalier 2a et les moyens de transmission 2b' sont soudés localement, lesdits moyens de transmission 2b' et l'axe du pédalier 2a étant concentriques. Lesdits moyens de transmission 2b' entraînent sur un premier côté un plateau 2c, sur lequel se trouve une chaîne ou courroie de transmission 4,

· un moteur d'assistance électrique 3 entraînant l'axe du pédalier 2a par l'intermédiaire d'un pignon de transmission d'assistance 3a et d'une couronne de transmission d'assistance 2d,

• une carte électronique 5 de commande d'assistance, commandant via un signal S le moteur d'assistance électrique 3.

Le fonctionnement d'un vélo électrique V est connu de l'art antérieur. Comme expliqué précédemment, selon l'art antérieur, le vélo électrique V comprend un capteur de couple mesurant l'intensité du couple C sur l'axe du pédalier 2a, provenant de l'appui du cycliste sur les pédales 2. Ce capteur de couple est relié à une unité de gestion comprise dans la carte électronique 5 de commande d'assistance contrôlant le fonctionnement du moteur d'assistance électrique 3. Lorsque le couple C appliqué par le cycliste sur l'axe du pédalier 2a dépasse une valeur prédéterminée, l'unité de gestion qui reçoit l'information sur la valeur du couple appliqué, commande le fonctionnement du moteur électrique 3, qui entraine alors l'axe du pédalier 2a, soulageant ainsi le cycliste dans son effort. Or, les capteurs de couple de l'art antérieur présentent plusieurs inconvénients, présentés précédemment. L'invention propose que le vélo électrique V soit équipé d'un dispositif de mesure de couple D, compris dans le carter 1 de système d'assistance au pédalage et tel qu'illustré aux figures 1 b et 2.

Ledit dispositif de mesure de couple D comprend :

· des moyens de transmission 2b du couple C comportant une première partie R1 solidaire de l'arbre, c'est-à-dire de l'axe du pédalier 2a et recevant le couple C appliqué audit arbre et une deuxième partie F solidaire de la première partie R1 et apte à se déplacer par rapport à la première partie R1 lorsqu'un couple C est appliqué à la première partie R1 , · au moins une première électrode E1 solidaire de la deuxième partie F,

• un premier support 2e solidaire de la première partie R1 , comprenant au moins une deuxième électrode E3 située en vis-à-vis de la première électrode E1 , lorsqu'aucun couple C n'est appliqué à l'arbre, la première et la deuxième électrode E1 , E3 générant une première capacité C1 dont la valeur varie selon un déplacement Ad de la deuxième partie F,

• des moyens de mesure M1 de la première capacité C1 ,

• des moyens de conversion M2 de la première capacité C1 en une valeur du couple C appliqué à l'arbre rotatif, c'est-à-dire appliqué à l'axe du pédalier 2a.

Les moyens de transmission 2b, solidaires de l'axe du pédalier 2a, entraînent, comme dans l'art antérieur sur un premier côté un plateau 2c sur lequel se trouve une chaîne ou une courroie 4 liée à la roue arrière du vélo électrique V.

Selon l'invention, du côté opposé au premier côté, se trouve le dispositif de mesure de couple D (cf. figure 1b).

Les moyens de transmission 2b sont réalisés en matériau métallique tel qu'un alliage à base d'aluminium ayant un module d'élasticité inférieur à celui d'un acier.

La première partie R1 des moyens de transmission 2b est directement solidaire de l'axe du pédalier 2a, par exemple, la première partie R1 est soudée à l'axe du pédalier 2a et reçoit directement le couple C appliqué à l'axe du pédalier 2a.

La deuxième partie F est une partie des moyens de transmission 2b, qui est solidaire de la première partie R1. Ladite deuxième partie F peut être une partie découpée dans les moyens de transmission 2b, comme illustré aux figures 2 et 3. On entend par partie découpée, une partie qui comprend deux rainures longitudinales D1 , D2, c'est-à-dire orientées selon un axe longitudinal X-X' des moyens de transmission 2b. Les moyens de transmission 2b se présentant sous la forme d'un cylindre d'épaisseur e, de longueur L, et comprenant un diamètre extérieur D _ext et un diamètre intérieur D _int , les rainures D1 , D2 sont réalisées dans toute l'épaisseur e du cylindre. Ladite épaisseur e peut être égale à quelques millimètres, par exemple comprise entre 4 et 6 mm. Ces rainures longitudinales D1 , D2 s'étendent sur une longueur L1 , commençant à partir d'une face transversale des moyens de transmission 2b, se situant du côté où se trouve le dispositif de mesure de couple C, c'est-à-dire du côté opposé au premier côté. La face transversale est perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X' des moyens de transmission 2b.

Les rainures D1 , D2 s'étendent sur une portion (L1 ) de la longueur L des moyens de transmission 2b. La longueur L1 des dites rainures D1 , D2 est comprise entre 30 % et 70 % de la longueur L desdits moyens de transmission, et est égale à, par exemple 50 % de la longueur L desdits moyens de transmission 2b.

Chacune de ces deux rainures D1 , D2 a une largeur I comprise entre 1 et 5 mm par exemple. La largeur I est définie en fonction du déplacement Ad de la deuxième partie F que l'on souhaite mesurer (ceci est expliqué ci-dessous).

Entre les deux rainures D1 , D2 se trouve la deuxième partie F espacée de chaque côté de la première partie R1 des moyens de transmission 2b par lesdites rainures D1 , D2.

Cette deuxième partie F possède une première extrémité libre T1 du côté de la face transversale des moyens de transmission 2b, et une deuxième extrémité T2 liée à la première partie R1 (cf. figure 2). On entend par extrémité « libre » une extrémité qui n'est pas liée à la première partie R1. On entend par extrémité « liée », une extrémité ou la deuxième partie F est solidaire de la première partie R et des moyens de transmission 2b.

Dans un mode préférentiel de réalisation du dispositif de mesure selon l'invention, du côté de la deuxième extrémité T2, la première et deuxième rainure D1 , D2 se terminent en formant des évidements Z par exemple de forme arrondie plus larges que les rainures D1 , D2.

Dans l'exemple illustré aux figures 2 et 3, les moyens de transmission 2b comprennent deux deuxièmes parties F de préférence diamétralement opposées. Entre les deux deuxièmes parties F, se trouvent, deux premières parties R1 , également, de préférence diamétralement opposées. Lesdites deux premières parties R1 sont directement solidaires de l'axe du pédalier 2a, par exemple soudées audit axe et reçoivent le couple C appliqué à l'axe. Les deux premières parties F ne sont pas solidaires de l'axe du pédalier 2a, elles peuvent se déplacer chacune par rapport aux deux premières parties R1.

Dans un but de clarté, l'invention sera détaillée ici en considérant une seule deuxième partie F et une seule première partie R1.

Selon l'invention, la deuxième partie F, sur la face transversale des moyens de transmission 2b, c'est-à-dire du côté de la première extrémité libre T1 comprend un élément sensible 2f (cf. figure 2), de type une surface capacitive, par exemple une première électrode E1 . On entend par électrode, une plaque métallique conductrice, par exemple en cuivre.

Le premier support 2e est fixé sur la première partie R1 de la face transversale des moyens de transmission 2b. Ledit premier support 2e a la forme d'un anneau plat de mêmes diamètres intérieur D _int et extérieur D _ex t que les moyens de transmission 2b. Le premier support 2e est maintenu sur la première partie R1 par deux vis V1 , V2 situées sur la circonférence du premier support 2e ¹ solidarisant le premier support 2e aux moyens de transmission 2b au niveau de ladite première partie R1.

La deuxième partie F n'étant pas solidarisée au support émetteur 2a, elle peut donc se déplacer par rapport à la première partie R1 et donc également par rapport au premier support 2e

Le premier support 2e comprend une deuxième électrode E3, qui lorsqu'aucun couple C n'est appliqué à l'axe du pédalier 2a, est située en vis-à-vis de la première électrode E1. Ceci est illustré à la figure 4.

Préférentiellement, la première et la deuxième électrode E1 et E3 sont en cuivre, par exemple, de forme rectangulaire, ou en forme d'arc de cercle ou de portion d'anneau (d'angle d'ouverture, par exemple, compris entre 5° et 20°) et de dimensions identiques. Si on définit Si , la surface métallique de la première électrode E1 , (qui est égale à la surface métallique de la deuxième électrode E3), et S _C i comme étant la surface métallique commune entre les deux électrodes E1 , E3, c'est-à-dire la portion commune de surface métallique entre la première électrode E1 et la deuxième électrode E3 lorsqu'on projette la première électrode E1 sur la deuxième électrode E3, dans une direction perpendiculaire au plan de la première électrode E1 , alors lorsqu'aucun couple C n'est appliqué sur la deuxième partie F, on a S! = S _C i .

Le couple d'électrodes défini par la première et deuxième électrodes E1 , E3 situées en vis-à-vis, crée aux bornes de la deuxième électrode E3 une première capacité C1 , définie par :

ç ₊ £XS _C1

^~ ~ dl

Avec :

S _C i : surface métallique commune aux deux électrodes E1 , E3,

d 1 : distance entre les deux électrodes E1 , E3,

£ : constante diélectrique de l'air.

La valeur de ladite première capacité C1 est mesurée à l'aide de moyens de mesure M1 .

Ces moyens de mesure M1 comprennent, une bobine de résonance B1 d'inductance L1 , connectée à la deuxième électrode E3 formant ainsi un circuit électrique résonant passif du type « inductance-capacité », appelé aussi « circuit LC ». On entend par circuit « passif », un circuit électronique non alimenté en tension.

Le circuit résonant passif LC a une fréquence de résonance propre f _R dépendante de la valeur de l'inductance L1 de ladite bobine de résonance B1 , qui est une valeur fixe et de la première capacité C1 dudit circuit résonant.

Ainsi :

f ¹

^{J R} 2XUX^L1XC1

Avec

Π : constante égale à 3,14

L1 : inductance de la bobine de résonance B1 ,

C1 : première capacité.

Préférentiellement, la bobine de résonance B1 est circulaire et comprend un nombre d'enroulements N de fil de cuivre, enroulés de façon circulaire sur la périphérie du premier support 2e (cf. Figure 5).

Comme illustré à la figure 5, le premier support 2e est constitué d'un circuit électronique imprimé « double face », c'est-à-dire d'un circuit imprimé sur les deux faces A1 , A2, du premier support 2e.

Sur une première face A1 , se trouve la deuxième électrode E3 en cuivre. Sur une deuxième face A2, se trouve la bobine de résonance B1 , connectée d'un côté à la deuxième électrode E3 par un via V _X1 traversant la première et deuxième face A1 , A2 et de l'autre côté connectée à la masse par un via V _X2 , qui est lui-même relié à une vis de fixation V1.

Les moyens de mesure M1 comprennent également un deuxième support 2f qui est distant et disjoint du premier support 2e. Le deuxième support 2f est situé en vis-à- vis du premier support 2e, préférentiellement le premier et le deuxième support 2e, 2f sont dans des plans parallèles entres eux. Le deuxième support 2f est par exemple, compris sur la carte électronique 5 de commande d'assistance, située en bout d'axe de pédalier 2a.

Le deuxième support 2f comprend une bobine excitatrice B2.

Préférentiellement, la bobine excitatrice B2 est circulaire, de même dimensions que la bobine de résonance B1 , et comprenant le même nombre N d'enroulements de fil de cuivre. La bobine excitatrice B2 est apte à générer un champ électromagnétique en direction de la bobine résonante B1 , et est apte à recevoir en retour un champ électromagnétique induit en provenance de la bobine résonante B1.

Les moyens de mesure M1 de la première capacité C1 comprennent en outre des moyens d'émissions E d'un champ électromagnétique B1 et des moyens de réception R d'un champ électromagnétique, ainsi que des moyens de commutation sous la forme d'un multiplexeur MUX relié d'un côté à la bobine excitatrice B2 et de l'autre côté soit moyens d'émissions E, soit aux moyens de réception R montés en parallèle.

Les moyens d'émission E comprennent un circuit d'émission E. Les moyens de réception R comprennent un circuit de réception R.

Les moyens de conversion M2 de la première capacité C1 en une valeur de couple C appliqué à l'arbre comprennent un microcontrôleur μ relié électriquement d'un côté aux circuits émetteurs E et récepteurs R et de l'autre côté à la carte électronique 5 de commande d'assistance.

Le multiplexeur MUX fonctionne comme un interrupteur, dans une première position, il est relié électriquement au circuit émetteur E, et dans une deuxième position il est relié électriquement au circuit récepteur R. Le microcontrôleur μ contrôle le fonctionnement du multiplexeur MUX, et sa fréquence de commutation entre la première et la deuxième position.

Le circuit émetteur E consiste, par exemple, en un amplificateur tension- courant intégrant un filtre, qui reçoit un signal d'horloge issu du microcontrôleur μ. Ledit signal d'horloge possède une fréquence variable et contrôlable par le microcontrôleur μ. Le signal d'horloge est amplifié, et filtré par l'amplificateur et le filtre du circuit émetteur E et est converti en courant. Ledit courant alimente la bobine excitatrice B2, induisant la création d'un champ magnétique d'excitation en direction de la bobine de résonance B1. Le microcontrôleur μ intègre une fonction de balayage de fréquences permettant de faire varier la fréquence du signal d'horloge envoyé au circuit émetteur E. Ladite fréquence du signal d'horloge contrôle la fréquence du courant d'excitation envoyé à la bobine d'excitation B2 et donc la fréquence du champ magnétique d'excitation.

Le circuit de réception R comprend par exemple un amplificateur de tension recevant en entrée une tension représentative de la force magnétomotrice issue de la bobine excitatrice B2. Lorsque le multiplexeur MUX est relié électriquement au circuit récepteur R, la bobine excitatrice B2 se comporte en tant que bobine réceptrice de champ électromagnétique. La bobine excitatrice B2 reçoit alors le champ électromagnétique induit envoyé par la bobine résonante B1 , en réponse au champ électromagnétique envoyé préalablement par la bobine excitatrice B1. Le circuit récepteur R reçoit alors une tension qui est une image du champ électromagnétique reçu par la bobine excitatrice B2. Ladite tension est alors amplifiée par le circuit récepteur R puis transmise au microcontrôleur μ qui en déduit la fréquence de résonance f _R du circuit LC.

Dans ce but, une fonction numérique intégrée dans le microcontrôleur μ analyse le signal de tension reçu afin de trouver la fréquence pour laquelle l'amplitude de tension est la plus grande. Cette fréquence correspond à la fréquence de résonance f _R de la bobine résonante B2. , _

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Le multiplexeur MUX, le microcontrôleur μ, le circuit émetteur E et le circuit récepteur R peuvent être intégrés dans la carte électronique 5 de commande d'assistance, qui permet de contrôler le moteur d'assistance électrique 3. Le microcontrôleur μ est relié à l'unité de gestion de la carte électronique 5 de commande d'assistance. La carte électronique 5 de commande comprend des fonctions, connues de l'homme du métier permettant de déclencher et piloter l'alimentation du moteur d'assistance électrique 3 selon des conditions prédéterminées. Le but desdites fonctions étant d'assurer que le moteur d'assistance électrique 3 fournisse un couple d'assistance si et seulement si le cycliste est en action de pédalage, c'est-à-dire en train d'appliquer un couple sur les pédales 2, ce qui est le fonctionnement d'un vélo électrique V.

Le fonctionnement du dispositif de mesure de couple D est décrit ci-dessous :

Lorsqu'un couple C est appliqué sur l'axe du pédalier 2a par le cycliste, ledit couple C est transmis directement aux moyens de transmission 2b, qui sont solidaires de l'axe du pédalier 2a.

Le couple C est directement reçu par la première partie R1 .

Le couple C ainsi appliqué engendre une force F1 à la périphérie de la deuxième partie F, qui provoque un déplacement latéral Ad, (indiqué par la flèche d sur la figure 3) de la deuxième partie F par rapport à la première partie R1 , la force F1 étant définie par :

Fl =— x 2

^D ext

Avec

F1 : Force appliquée à la périphérie de la deuxième partie F,

C : couple appliqué aux moyens de transmission 2b,

Dext : diamètre externe des moyens de transmission 2b,

La deuxième partie F se comporte alors mécaniquement comme une poutre qui se déplace avec la force F1 . La deuxième partie F subit un déplacement latéral Ad relatif par rapport à la première partie R1 et également par rapport au premier support 2e.

En effet, le déplacement latéral Ad est dépendant de la force F1 appliquée à la deuxième partie F, on a :

Ad= i(Fl) = k _f xFl

Avec

k _f : constante dépendante des dimensions de la seconde partie F et du matériau de la seconde partie F.

Le premier support 2e étant solidaire de la première partie R1 , la première électrode E1 subit par conséquent le même déplacement latéral Ad par rapport à la deuxième électrode E3. Comme illustré à la figure 4, lorsque la première électrode E1 se déplace par rapport à la deuxième électrode E3, c'est-à-dire lorsque F1 >0, la première et deuxième électrode E1 , E3 ne sont plus entièrement en vis-à-vis, la nouvelle surface commune S _C 2 entre la première et la deuxième électrode E1 , E3 est réduite par rapport à la surface commune S _C i en vis-à-vis de la première et deuxième électrode E1 , E3 lorsqu'aucune force F1 =0 n'est appliquée à la deuxième partie F.

En effet, la nouvelle surface commune S _C 2 entre la première et deuxième électrode E1 , E3 est également, une fonction de la force F1 appliquée à la deuxième partie F.

S _c2 = f ₂ (Fl

Lorsque F1 >0, S _c2 <S _{c )} la réduction de surface métallique commune entre les deux électrodes E1 , E3 (c'est-à-dire (S _c1 -S _c2 )) engendre une variation dans la valeur de la première capacité C1.

Lorsque F1 >0, la nouvelle première capacité C1 ' aux bornes de la deuxième électrode E3 est inférieure à la première capacité C1 , mesurée lorsque F1 =0.

L'invention réside dans le fait que cette nouvelle première capacité C1 ' est proportionnelle au déplacement latéral Ad de la première électrode E1 , et donc à la force F1 appliquée à la deuxième partie F et par conséquent proportionnelle également au couple C appliqué à l'axe du pédalier 2a.

En mesurant la valeur de ladite nouvelle première capacité C1 ', le dispositif de mesure de couple selon l'invention permet d'obtenir la valeur du couple C appliqué à l'axe du pédalier 2a. Ceci est expliqué ci-dessous.

Cette nouvelle première capacité C1 ' modifie la valeur de la fréquence de résonance f _R ' du circuit LC du premier émetteur 2, le circuit LC fonctionnant alors avec une nouvelle fréquence de résonance f _R .

Les moyens de mesure M1 mesurent la première capacité C1 , et donc la valeur de la nouvelle première capacité C1 ' par l'intermédiaire de la nouvelle fréquence de résonance f _R du circuit LC.

Puis, les moyens de mesure M1 transmettent la nouvelle fréquence de résonance f _R > aux moyens de conversion qui en déduisent le couple C appliqué à l'axe du pédalier 2a comme expliqué ci-dessous.

Dans un premier temps, le multiplexeur MUX est dans la première position, et la bobine excitatrice B2 génère à l'aide du circuit émetteur E relié au microcontrôleur μ, un champ électromagnétique, qui est reçu par la bobine résonante B1.

La bobine de résonance B1 génère en retour en direction de la bobine excitatrice B2, un champ électromagnétique induit à la nouvelle fréquence de résonance f _R -. I

Dans un deuxième temps, le multiplexeur MUX est dans la deuxième position et le champ électromagnétique reçu par la bobine excitatrice B2 en provenance de la bobine de résonance B1 modifie la tension aux bornes de ladite bobine excitatrice B2, ladite tension est reçue par le circuit récepteur R puis mesurée par le microcontrôleur μ. 5 De cette tension, le microcontrôleur μ en déduit la nouvelle fréquence de résonance f _R -, l'inductance L1 de la bobine de résonance B1 étant connue, la nouvelle première capacité C1 ' peut être calculée par le microcontrôleur μ.

En effet, on a :

Cl' = (J _R ,x2xn) ² xLl

0 Avec

CV : nouvelle première capacité lorsque F1 >0,

f _R ' _: nouvelle fréquence de résonance lorsque F1 >0,

L1 : inductance de la bobine de résonance B1.

Puis, la nouvelle surface commune S _C 2 est calculée par le microcontrôleur μ. :

dix.CH

I S _c2 =

Avec :

S _C 2 _: nouvelle surface commune aux électrodes E1 , E3 lorsque F1 >0, d1 : distance entre les deux électrodes E1 , E3,

C1 ' : nouvelle première capacité lorsque F1 >0,

0 S : constante diélectrique de l'air.

Dans l'hypothèse où la première et la deuxième électrodes E1 , E3 sont de forme rectangulaire, si on considère h, la largeur des première et deuxième électrodes E1 , E3 le déplacement Ad de la première électrode E1 par rapport à la deuxième électrode E3, c'est-à-dire le déplacement Ad de l'élément sensible F est égal à :

5 Δά = ^{(5c2" i)}

h

Avec :

S _C i _: surface commune aux deux électrodes E1 , E3 lorsque F1 =0 S _C 2 : surface commune aux deux électrodes E1 , E3 lorsque F1 >0.

Le déplacement latéral Ad est fonction de la force F1 appliquée :

0 Ad = k _F x Fl

Avec :

k _F : constante dépendante des dimensions et du matériau de la seconde partie F

Selon la théorie des poutres, en considérant la force F1 uniformément répartie 5 à la périphérie de la seconde partie F sur la longueur L1 , la constante k _F peut se calculer de la manière suivante : . .

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^F 8xExI

Avec :

L1 : longueur des rainures D1 , D2,

E : module d'élasticité du matériau de la deuxième partie F,

I : module d'inertie de la deuxième partie F.

On en déduit alors la force F1 , en effet :

_„ AdxSxExl

La force F1 étant connue, le couple C appliqué aux moyens de transmission peut être déduit par :

C = ^FlxDext

2

Avec :

C : couple appliqué aux moyens de transmission 2b,

F1 : Force appliquée à la périphérie de la deuxième partie F,

D _ext : Diamètre extérieur des moyens de transmission 2b.

Le microcontrôleur μ envoie la valeur du couple C qu'il a ainsi calculé à l'unité de gestion comprise dans la carte électronique 5 de commande d'assistance, afin de déclencher la mise en marche du moteur électrique d'assistance 3, si la valeur dudit couple C dépasse un seuil prédéterminé.

L'invention concerne également un procédé de mesure de couple, utilisant le dispositif de mesure de couple D décrit ci-dessus.

Le procédé de mesure de couple, selon l'invention, comprend les étapes suivantes :

• Etape 1 : montage sur l'arbre rotatif de moyens de transmission 2b du couple comportant, une première partie solidaire R1 de l'arbre et recevant le couple C appliqué audit arbre 2a, et une deuxième partie F solidaire de la première partie R1 et apte à se déplacer par rapport à la première partie R1 lorsqu'un couple C est appliqué à la première partie 1 ,

• Etape 2 : fixation d'une première électrode solidaire de la première partie F,

• Etape 3 : montage d'un premier support 2e, solidaire de la deuxième partie R1 comprenant au moins une deuxième électrode E3, située en vis-à-vis de la première électrode E1 , lorsqu'aucun couple C n'est appliqué à l'arbre 2a, la première et la deuxième électrodes E1 , E3 générant une première capacité C1 dont la valeur varie selon un déplacement Ad de la deuxième partie F, • Etape 4 : mesure de la première capacité C1 ', lorsqu'un couple C est appliqué à l'arbre, par les moyens de mesure M1 ,

• Etape 5 : calcul de la valeur du couple C appliqué à l'arbre 2a en fonction de la première capacité C1 par les moyens de conversion M2. Le dispositif de mesure de couple selon l'invention, permet donc, de mesurer le couple appliqué à un arbre rotatif, de manière simple, fiable et robuste. L'avantage de l'invention réside dans l'utilisation d'un capteur capacitif, d'une bobine de résonance, et d'une bobine excitatrice, et de composants électroniques (circuits récepteur et émetteur, multiplexeur) peu coûteux par rapport aux capteurs de couple de l'art antérieur pour déterminer, sans lien filaire avec l'arbre rotatif, le couple qui lui est appliqué.

L'invention utilise dans ce but, judicieusement, la capacité, mesurée à l'aide d'une fréquence de résonance.

Bien sûr, l'invention ne se limite pas aux moyens de mesure de la première capacité C1 , décrit précédemment, c'est-à-dire en utilisant la fréquence de résonance du circuit « LC », lorsque la capacité C1 est reliée électriquement à une bobine de résonance, mais s'applique à tous moyens de mesure de la première capacité C1 , celle- ci étant représentative du couple C appliqué à l'axe du pédalier 2a.