FR2822946A1 - Dispositif de detection de mouvement utilisant une unite magnetoresistive - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de détection de rotation comprend une unité magnétorésistive (2, 2') comprenant une paire d'éléments de détection magnétorésistifs disposés dans une relation de symétrie axiale, et un aimant de polarisation (4) qui crée un flux magnétique. L'unité magnétorésistive (2, 2') est disposée de façon que son axe de symétrie s'étende dans la direction du flux magnétique que crée l'aimant de polarisation (4). Il en résulte qu'un signal de sortie de l'unité magnétorésistive (2, 2') ne change pas lorsque le flux magnétique s'étend le long de l'axe de symétrie, que le fonctionnement ait lieu à la température ambiante ou à température élevée. En fixant le niveau de seuil à cette tension de sortie, le signal de sortie de l'unité magnétorésistive (2, 2') peut être transformé en un signal sous forme d'impulsions sans qu'il change en fonction de la température.
Description
particulier lors d'un nouveau démarrage.
DISPOSITIF DE DETECTION DE MOUVEMENT
UTILISANT UNE UNITE MAGNETORESISTIVE
La présente invention concerne un dispositif de détection de mouvement utilisant une unité magnétorésistive qui peut être employé comme un dispositif de détection de rotation, tel qu'un capteur de vitesse
de roue.
Certains dispositifs de détection de mouvement utilisent une paire d'éléments de détection consistant en une unité magnétorésistive, comme décrit dans le brevet des E.U.A. n 5 359 287, pour détecter la rotation d'un rotor aimanté, en forme de disque, en réponse au magné tisme qui est créé par un aimant de polarisation disposé face au rotor ai manté. Les éléments de détection sont disposés de façon à être inclinés à par rapport à un axe de symétrie qui correspond à un axe radial du rotor magnétisé. Cet axe correspond à l'axe magnétique de l'aimant de polarisation. Conformément à cette structure, le flux magnétique créé par l'aimant de polarisation et traversant l'unité magnétorésistive est dévié sur un plan parallèle au plan latéral circulaire du rotor aimanté, lorsque le rotor aimanté tourne. Cette déviation est utilisée pour détecter la rotation
du rotor.
Il devient quelquefois nécessaire de changer la disposition de l'unité magnétorésistive par rapport à l'aimant de polarisation pour amé liorer les performances du dispositif. Si l'unité magnétorésistive est dé placée latéralement de manière parallèle, de façon que l'axe de symétrie de l'unité magnétorésistive soit parallèle à l'axe radial passant par le cen tre magnétique de l'aimant de polarisation et le centre de rotation du rotor aimanté, le signal de sortie de l'unité magnétorésistive change fortement en correspondance avec les températures auxquelles l'unité magnétoré sistive fonctionne. Cette caractéristique de forte dépendance de l'unité magnétorésistive vis-à-vis de la température exige des niveaux de seuil différents pour des températures respectives dans la mise en forme ou la numérisation du signal de sortie de l'unité magnétorésistive, pour donner
un signal sous forme d'impuisions.
Un but de la présente invention est donc de procurer un disposi tif de détection de mouvement qui exige un seul niveau de seuil sur une
gamme étendue de températures.
Un autre but de la présente invention est de procurer un dispositif de détection de mouvement qui soit capable de détecter à la fois
la vitesse et la direction de mouvement d'un corps mobile.
Conformément à la présente invention, un dispositif de détection de mouvement comprend un aimant de polarisation et une unité magnéto résistive. L'aimant de polarisation crée un flux magnétique qui passe vers un corps mobile, et l'unité magnétorésistive est disposée entre le corps mobile et l'aimant de polarisation pour créer un signal de sortie électrique variant avec un mouvement du corps mobile. L'unité magnétorésistive est placée à une position éloignée d'un axe magnétique central de l'aimant de polarisation., I'unité magnétorésistive est inclinée par rapport à l'axe ma gnétique central de l'aimant de polarisation, dans la direction du flux ma gnétique. L'unité magnétorésistive est placée de chaque côté de l'axe ma gnétique central de l'aimant de polarisation, dans une relation de symétrie axiale avec l'axe magnétique central, lorsque le sens du mouvement du
corps mobile est détecté.
D'a utres caractéristiq ues et avantag es de l' i nvention seront
mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de
réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la des cription se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1A est une vue en plan schématique montrant un dis positif de détection de mouvement conforme à un premier mode de réali sation de la présente invention; La figure 1B est une vue de côté schématique montrant le dis positif de détection de mouvement représenté sur la figure 1A; La figure 2A est une représentation schématique montrant une relation entre le flux magnétique et une unité magnétorésistive; La figure 2B est une représentation schématique montrant un angle de déviation du flux magnétique au niveau de l'unité magnétorésistive;
La figure 3 est une représentation graphique montrant une rela-
tion entre l'angle de déviation du flux magnétique et le signal de sortie de I'unité magnétorésistive dans le premier mode de réalisation;
La figure 4 est une représentation graphique montrant une rela-
tion entre l'angle de déviation du flux magnétique et le signal de sortie de l'unité magnétorésistive conformément à l'art antérieur; La figure 5 est une représentation schématique montrant un
dispositif de détection de mouvement conforme à un second mode de ré-
alisation de la présente invention; et La figure 6 est un diagramme de signaux montrant le signal de
sortie de l'unité magnétorésistive dans le second mode de réalisation.
Premier mode de réalisation En se référant tout d'abord aux figures 1A et 1B, on note qu'un dispositif de détection de mouvement est destiné à détecter un mouve ment d'un corps mobile tel qu'une roue d'un véhicule. Dans ce premier mode de réalisation, un rotor aimanté 1 est fixé sur la roue. Le rotor 1 est aimanté alternativement avec un pôle nord (N) et un pôle sud (S) à un in
tervalle angulaire fixé, dans la direction de la circonférence.
Le dispositif de détection de mouvement comprend une unité magnétorésistive 2 incluant une paire d'éléments de détection magnétoré sistifs formés sur une puce de capteur 3, et un aimant de polarisation 4 qui crée un flux magnétique MF. L'unité magnétorésistive 2 est formée sur une surface latérale de la puce de capteur 3. La puce de capteur 3 a de façon générale une forme ressemblant à un cube et elle est placée de fa çon que sa surface latérale portant l'unité magnétorésistive 2 soit paral lèle à la surface circulaire latérale du rotor aimanté 1. L'unité magnétoré sistive 2 est placée du côté droit de l'axe magnétique central MC de l'ai
mant de polarisation 4.
L'aimant de polarisation 4 a une forme générale ressemblant à un cube ou un cylindre, et il est aimanté avec le pôle nord (N) et le pôle sud (S) dans la direction axiale. L'aimant de polarisation 4 est placé de façon que son axe magnétique central MC corresponde à une ligne radiale imaginaire s'étendant à partir du centre de rotation du rotor aimanté 1, o dans la direction radiale. L'aimant de polarisation 4 est placé de façon que ie flux magnétique MF créé par l'aimant de polarisation 4 passe vers la surface plane circulaire du côté supérieur du rotor aimanté 1, avec une
forme parabolique, en traversant l'unité magnétorésistive 2.
Dans ce premier mode de réalisation, la puce de capteur 3 ayant l'unité magnétorésistive 2 est placée au-dessus du rotor aimanté 1, comme représenté sur la figure 1 B. pour raccourcir la distance entre le rotor aimanté 1 et l'aimant de polarisation 4 dans la direction radiale du rotor aimanté 1. Il est cependant possible de placer la puce de capteur 3 ayant l'unité magnétorésistive 2 sur le même plan que le rotor aimanté 1 et l'aimant de polarisation 4, entre le rotor aimanté 1 et i'aimant de polari
sation 4.
L'aimant de polarisation 4 crce le flux magnétique MF qui est dévié par les pôles magnétiques du rotor aimanté 1. Chaque élément de détection magnétorésistif de l'unité magnétorésistive 2 a une résistance électrique qui change en correspondance avec la direction du flux magné
tique MF qui est créé par l'aimant de polarisation 4 et passe à travers lui.
Du fait que la direction du flux magnétique MF qui passe de l'aimant de polarisation 4 vers les pôles magnétiques du rotor aimanté 1 est dévié en réponse à la rotation des pôles magnétiques du rotor aimanté 1, la rota tion du rotor aimanté 1 peut être détectée sur la base des résistances
électriques de l'unité magnétorésistive 2.
En pratique, comme représenté sur la figure 2A, les éléments de détection magnétorésistifs sont connectés en série et la résistance de l'unité magnétorésistive 2 est détectée sous la forme d'une tension élec trique de sortie Vc qui est produite au point de connexion entre les élé
ments de détection magnétorésistifs.
De façon spécifique, comme représenté en détail sur la figure 2B, les éléments de détection de l'unité magnétorésistive 2 sont disposés dans une relation de symétrie axiale par rapport à l'axe de symétrie S',
qui est incliné d'un angle Y par rapport à l'axe magnétique central MC.
L'axe magnétique central MC s'étend dans la direction du flux magnétique MF crcé par l'aimant de polarisation 4, au centre de l'aimant de polarisa tion 4, et il correspond à une ligne imaginaire s'étendant à partir de l'axe de rotation du rotor aimanté 1, dans la direction radiale. L'axe de symétrie S' correspond de façon générale au flux magnétique MF passant par le centre de l'unité magnétorésistive 2. Du fait que le flux magnétique MF passant à travers l'unité magnétorésistive 2 est dirigé de façon à s'écarter de l'axe magnétique central MC conjointement au fait que la position de I'unité magnétorésistive 2 est écartée de l'axe magnétique central MC, I'angle Y est augmenté lorsque l'unité magnétorésistive 2 est éloignée de l'axe magnétique central MC. Ainsi, I'axe de symétrie S' est tangent au flux magnétique MF qui passe à cet endroit. Ceci est déterminé dans la
condition dans laquelle il n'existe pas de rotor aimanté.
Ainsi, le flux magnétique MF est dévié sur un angle X par rap port à l'axe de symétrie S', lorsque le pôle nord (N) et le pôle sud (S)
passent devant l'unité magnétorésistive 2 du fait de la rotation du rotor 1.
On notera que l'axe de symétrie S' comcide avec la bissectrice de l'angle de déviation magnétique X. Conformément à cette structure, lorsque les pôles magnétiques du rotor aimanté 1 passent alternativement devant l'unité magnétorésistive 2, le champ magnétique change dans la direction
perpendiculaire aux surfaces de l'unité magnétorésistive 2.
Conformément à ce premier mode de réalisation, comme repré-
senté sur la figure 3, la tension de sortie Vc de l'unité magnétorésistive 2 change en relation avec l'angle de déviation magnétique. Sur la figure 3, la ligne continue indique une caractéristique à la température ambiante et la ligne en trait mixte indique une caractéristique à température élevée., le signal de sortie Vc est représenté en prenant l'axe magnétique central MC de l'aimant de polarisation 4 pour la bissectrice de l'angle de dévia tion magnétique (0) . Ainsi, le point de référence (0) sur la figure 3 diffère de la bissectrice de l'angle de déviation magnétique que montre la figure 2B. Comme on le comprend d'après la figure 3, la tension de sortie Vc change moins dans la condition de température élevée que dans la
condition de température ambiante (basse), et elle change symétrique-
ment par rapport à un point qui est décalé de l'angle Y par rapport au
point de référence. A ce point, la caractéristique dépendant de la tempé-
rature (différence de sortie) de la tension de sortie Vc est égale à zéro.
Du fait que l'unité magnétorésistive 2 n'est pas dans une rela tion de symétrie axiale par rapport à l'axe magnétique central MC de l'ai i mant de polarisation 4, mais est dans une relation de symétrie axiale par rapport à l'axe S' qui est incliné vis-à-vis de l'axe magnétique central MC, le flux magnétique MF qui est appliqué à l'unité magnétorésistive 2 est représenté comme une forme d'onde d'entrée H sur la figure 3. Il en ré sulte que la tension de sortie Vc change comme représenté par h1 et h2, respectivement dans la condition de température amblante et dans la condition de température élevée. En fixant le niveau de seuil TH pour
mettre en forme ou numériser la tension de sortie Vc pour donner un si-
gnal sous forme d'impuisions, à un niveau auquel les niveaux de tension des formes d'onde h1 et h2 sont égaux, c'est-à-dire auquel les formes d'onde h1 et h2 se rencontrent, la tension de sortie Vc peut être mise en forme pour donner le signal sous forme d'impuisions indépendamment de
la caractéristique de sortie dépendant de la température de l'unité magné-
torésistive 2.
La figure 4 montre une caractéristique de sortie comparative d'une unité magnétorésistive 2 dans le cas de l'art antérieur, dans lequel l'unité magnétorésistive 2 est déplacée latéralement par rapport à l'aimant de polarisation 4. Ainsi, l'unité magnétorésistive 2 est placoe de manière que l'axe de symétrie S'de l'unité magnétorésistive 2 soit parallèle à l'axe
magnétique central MC. Dans ce cas, le flux magnétique MF qui est appli-
qué à l'unité magnétorésistive 2 change comme indiqué par une forme d'onde A. Il en résulte que la tension de sortie Vc change comme indiqué par des formes d'onde a1 et a2, respectivement dans la condition de température ambiante et dans la condition de température élevée. Dans ce cas, la ten sion de sortie Vc de l'unité magnétorésistive 2 peut être mise en forme pour donner un signal sous forme d'impuisions avec un seul niveau de
seuil THA, indépendamment des températures.
Cependant, si l'unité magnétorésistive 2 n'est pas placée dans une relation de symétrie axiale par rapport à l'axe magnétique central MC, c'est-à-dire que l'axe de symétrie S' de l'unité magnétorésistive 2 ne concide pas avec l'axe magnétique central MC, le flux magnétique MF appliqué à l'unité magnétorésistive 2 change comme indiqué par une forme d'onde B. Il en résulte que la tension de sortie Vc change comme indiqué par des formes d'onde b1 et b2, respectivement dans la condition
de température ambiante et dans la condition de température élevée.
Dans ce cas, le niveau de seuil THB pour mettre en forme la tension de sortie Vc de l'unité magnétorésistive 2, de façon à donner un signal sous forme d'impuisions, doit être fixé séparément à des niveaux différents en
fonction des températures.
Second mode de réalisation Dans le second mode de réalisation, comme représenté sur la figure 1A, une autre unité magnétorésistive 2'est placée du côté gauche de l'axe magnétique central MC de l'aimant de polarisation 4. L'unité ma gnétorésistive 2' est disposée dans une relation de symétrie axiale par rapport à l'unité magnétorésistive 2. Les unités magnétorésistives 2 et 2' produisent des tensions de sortie respectives Vc et Vc' qui ont une phase différente. Ainsi, la tension de sortie Vc de l'unité magnétorésistive 2 est avancée ou retardée par rapport à la tension de sortie Vc' de l'unité ma gnétorésistive 2', en fonction du sens de rotation du rotor aimanté 1. Par conséquent, dans ce second mode de réalisation, les tensions de sortie Vc et Vc' des unités magnétorésistives 2 et 2' sont utilisées pour détecter le sens de rotation du rotor aimanté 2, de la manière représentée sur les
figures 5 et 6.
Comme représenté sur la figure 5, les unités magnétorésistives 2 et 2' sont déplacées par rapport à l'axe magnétique central MC de façon que les tensions de sortie Vc et Vc' aient une différence d'angle de phase de 90 entre elles. Si le rotor aimanté 1 tourne dans le sens avant sur la figure 5 (sens d'horloge sur la figure 1A), la tension de sortie Vc avance de 90 par rapport à la tension de sortie Vc'. Au contraire, si le rotor ai manté 1 tourne en sens arrière sur la figure 5 (sens inverse d'horloge sur la figure 1A), la tension de sortie Vc retarde de 90 par rapport à la ten sion de sortie Vc'. Les tensions de sortie Vc et Vc' sont numérisées en signaux sous forme d'impuisions respectifs, par comparaison avec le seuil TH d'une manière similaire au premier mode de réalisation représenté sur la figure 3. On peut détecter le sens de rotation du rotor aimanté 1 en dé tectant lequel d'un front montant ou d'un front descendant des signaux
sous forme d'impuisions apparat en premier.
La présente invention ne doit pas être limitée aux modes de ré alisation exposés, mais peut être modifiée de diverses manières. Par exemple, la différence de phase entre les tensions de sortie des unités
magnétorésistives peut être différente de 90 . Deux unités magnétorésis-
tives, ou plus, peuvent étre placées du côté droit ou gauche du centre magnétique de l'aimant de polarisation. Deux éléments de détection de chaque unité magnétorésistive peuvent être disposés pour former entre eux un angle différent de 90 . L'unité magnétorésistive peut avoir un seul élément de détection, à condition que l'élément de détection soit incliné
par rapport à l'axe magnétique central de l'aimant de polarisation. Le ro-
tor peut être un rotor denté non aimanté.
Claims (7)
1. Dispositif de détection de mouvement pour un corps mobile (1) comprenant: un aimant de polarisation (4) pour créer un flux magnéti que qui passe vers le corps mobile (1); et une unité magnétorésistive (2, 2') disposoe entre le corps mobile (1) et l'aimant de polarisation (4) pour créer un signal de sortie électrique variant avec un mouvement du corps mobile (1), caractérisé en ce que l'unité magnétorésistive (2, 2') est pla cée à une position distante d'un axe magnétique central (MC) de l'aimant de polarisation (4), et l'unité magnétorésistive (2, 2') est inclinée par rap port à l'axe magnétique central (MC) de l'aimant de polarisation (4) dans
une direction du flux magnétique.
2. Dispositif de détection de mouvement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité magnétorésistive (2, 2') a une paire d'éléments de détection magnétorésistifs disposés dans une relation de symétrie axiale, et un axe de symétrie (S') des éléments de détection est incliné par rapport à l'axe magnétique central (MC) de l'aimant de polari
sation (4).
3. Dispositif de détection de mouvement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le flux magnétique est dévié sur un angle au ni veau de l'unité magnétorésistive (2, 2') sous l'effet du mouvement du corps mobile (1), et une bissectrice de l'angle (X) est alignée avec l'axe
de symétrie (S') des éléments de détection.
4. Dispositif de détection de mouvement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité magnétorésistive (2) est inclinée en ali gnement avec une tangente (S') du flux magnétique passant à l'endroit considéré.
5. Dispositif de détection de mouvement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe de symétrie (S') des éléments de détection est identique à une tangente (S') du flux magnétique passant à l'endroit considéré.
6. Dispositif de détection de mouvement selon l'une quelconque
des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les unités magnétorésisti
ves (2, 2') sont placées de chaque côté de l'axe magnétique central (MC)
de l'aimant de polarisation (4).
7. Dispositif de détection de mouvement selon l'une quelconque lo des revendlcations 1 0, caractdsA en ce que [unite magnA10rAslsve (2, 2') est dispose de fagon fake face un plan dans lequel se dAplace
is corps mobile (1).
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