FR2851650A1 - Dispositif de detection de parametre de rotation et palier a roulement. - Google Patents

Dispositif de detection de parametre de rotation et palier a roulement. Download PDF

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Abstract

Dispositif de détection de paramètre de rotation d'un élément tournant comprenant un organe codeur multipistes 1, chaque piste de codage 4, 5 comprenant au moins un élément de codage, au moins une première piste de codage 4 présentant une surface active sensiblement radiale disposée axialement en regard d'un premier capteur 6, et au moins une deuxième piste de codage 5 présente une surface active disposée radialement en regard d'un deuxième capteur 7.

Description

Dispositif de détection de paramètre de rotation et palier à roulement.
La présente invention concerne les anneaux ou disques codeurs, 5 appelés également " bagues d'impulsion ", disposés sur un organe tournant et comportant au moins deux pistes de codage, chaque piste étant destinée à travailler en coopération avec au moins un capteur correspondant en vue de délivrer un signal permettant de déterminer la valeur du paramètre à mesurer, telle que le déplacement, la vitesse ou 10 l'accélération angulaire de l'organe tournant.
La nécessité d'un anneau codeur comportant plusieurs pistes est due à des applications dans lesquelles le signal recherché est un signal haute résolution accompagné d'un signal index et/ou d'un autre signal basse résolution, les signaux étant exploités séparément ou en 15 combinaison pour les besoins de l'application. Chaque piste comporte des éléments de codage dont la structure dépend du type de capteur avec lequel fonctionne ladite piste. On peut se référer au document US 4 599 561.
Des éléments de codage magnétiques, tels qu'un anneau 20 multipolaire, fonctionnent avec des capteurs magnétosensibles tels que sondes à effet Hall ou des magnétorésistances.
Des éléments de codage, tels que des graduations optiques, traits réfléchissants ou opaques, fonctionnent avec des capteurs optiques. Il s'agit alors d'une détection optique par réflexion.
D'autres éléments de codages, tels que des encoches ménagées dans un disque, peuvent fonctionner avec des capteurs optiques au moyen d'un faisceau lumineux traversant ou bien avec des capteurs inductifs ou bien encore avec un couplage aimant et capteur magnétosensible.
Le document US 4 599 561 décrit un codeur multipistes.
Toutefois, le regroupement des pistes sur une même surface est pénalisant pour l'encombrement. La proximité de deux pistes contiguÙs peut poser certains problèmes de détection en raison de la position du signal, par exemple dans le cas de pistes magnétiques. La magnétisation d'une piste peut perturber et modifier la magnétisation de l'autre piste. Les capteurs peuvent être influencés par les deux pistes à la fois si celles- ci sont très proches.
L'utilisation éventuelle de modes de détection différents ne 5 rend pas toujours possible la cohabitation côte à côte des capteurs, d'o un encombrement accru.
L'invention se propose de résoudre ces problèmes.
L'invention propose un anneau codeur multipistes, de faible encombrement, économique et de détection aisée.
L'invention propose également un dispositif de détection et un palier à roulement ainsi équipé.
Le dispositif de détection de paramètres de rotation d'un élément tournant, selon un aspect de l'invention, comprend un organe codeur multipistes. Chaque piste de codage comprend au moins un 15 élément de codage. Au moins une première piste de codage présente une surface active sensiblement radiale disposée axialement en regard d'un premier capteur, et au moins une deuxième piste de codage présente une surface active disposée radialement en regard d'un deuxième capteur. On peut ainsi réaliser une détection radiale et une 20 détection axiale, ce qui permet de conserver un encombrement raisonnable tout en séparant suffisamment les pistes et tout en autorisant des modes de détection différents ou identiques.
Avantageusement, la surface active de la deuxième piste est cylindrique. La surface active de la deuxième piste peut être une 25 surface de révolution. La surface active de la deuxième piste peut être extérieure.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la deuxième piste est à haute résolution et la première piste est à basse résolution.
De préférence, les première et deuxième pistes sont solidaires 30 d'un même support. La deuxième piste peut être formée dans le support de la première. Le support peut être annulaire.
Dans un mode de réalisation, le support est massif.
Dans un autre mode de réalisation, le support présente une section en L ou en C. Le support peut être réalisé en tôle emboutie.
Dans un mode de réalisation de l'invention, au moins une piste comprend un matériau synthétique chargé de particules magnétisées.
Dans un mode de réalisation de l'invention, au moins une piste comprend une succession de parties pleines et évidées formées dans un matériau ferromagnétique.
L'invention propose également un palier à roulement comprenant une bague tournante, une bague non tournante, au moins une rangée d'éléments roulants et un dispositif de détection de paramètres de rotation, tel que ci-dessus. L'organe codeur peut être 10 solidaire de la bague tournante, tandis que les capteurs sont solidaires de la bague non tournante.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue de face en élévation d'un anneau codeur selon un premier mode de réalisation de l'invention; -la figure 2 est une vue en coupe axiale de l'anneau codeur de la figure 1; -la figure 3 est une vue de face en élévation d'un anneau 20 codeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; -la figure 4 est une vue en coupe axiale de l'anneau codeur de la figure 3; et -la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention.
Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, l'anneau codeur 1 est destiné à coopérer avec un ensemble capteur 2 visible sur la figure 2. L'anneau codeur 1 comprend un support massif annulaire 3 de section rectangulaire réalisé en métal, présentant un alésage 3a, une surface extérieure cylindrique 3b, une surface radiale 3c et une surface 30 radiale 3d opposée à la surface radiale 3c. L'anneau codeur 1 comprend une première piste de codage 4 disposée sur la surface radiale 3c et une deuxième piste de codage 5 disposée sur la surface extérieure 3b du support 3. Les pistes de codage 4 et 5 sont réalisées en matériau de synthèse chargé de particules magnétisées ou magnétisables, par exemple en plastoferrite. La première piste de codage 4 présente 36 éléments de codage circonférentiellement régulièrement répartis de polarités successivement opposées et occupe une partie seulement de la surface radiale 3c du support 3 en étant 5 disposée à distance de la surface extérieure 3b. La deuxième piste de codage comprend 72 éléments de codage circonférentiellement régulièrement répartis présentant successivement des polarités opposées et recouvre l'ensemble de la surface extérieure 3b du support 3.
L'ensemble capteur 2 comprend deux capteurs 6 et 7, par exemple du type cellule à effet Hall, supportés par un support 8 tel qu'une carte de circuit imprimé. Le capteur 6 est disposé en regard de la piste de codage 4 avec un faible entrefer axial et est supporté directement par le support 8. Le support 8 est circonférentiellement 15 compact, limité à un certain secteur angulaire, et s'étend radialement substantiellement à partir de l'alésage 3a du support 3 jusque légèrement au-delà de la piste de codage 5.
Le capteur 7 est relié au support 8 et au circuit imprimé par une connexion 9 et est disposé en regard de la piste de codage 5 avec 20 un léger entrefer radial.
En d'autres termes, l'anneau codeur 1 comprend une piste extérieure 5 à haute résolution et une piste intérieure 4 à basse résolution. La piste haute résolution est disposée de préférence sur la périphérie de l'anneau codeur afin de bénéficier de la circonférence 25 maximum en vue d'une précision angulaire élevée et des très faibles variations d'entrefer avec le capteur, résultant directement des caractéristiques géométriques du roulement et de l'anneau codeur dans le sens radial. La piste basse résolution peut s'accommoder de variations d'entrefer un peu plus importantes entre la piste et le 30 capteur et est disposée sur la face radiale de l'anneau codeur.
En effet, la face de l'anneau codeur peut présenter certains battements axiaux, également appelés " voilage " consécutifs, d'une part, aux empilages de tolérances plus défavorables dans le sens axial que dans le sens radial, et d'autre part, aux imprécisions éventuelles de mise en place de l'anneau codeur 1 lors de son montage sur l'organe qui le supporte. Dans le cas d'un roulement, le jeu axial d'un roulement est beaucoup plus important, de l'ordre de 10 fois, que le jeu radial. Pour ces raisons, la face latérale de l'anneau codeur 1 est 5 réservée à la piste basse définition qui peut s'accommoder de ces légères imperfections sans altération notable du signal.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, les éléments sont semblables à ceux des figures 1 et 2, à ceci près que le support 3 de l'anneau codeur 1 présente une section en C avec une 10 portion cylindrique extérieure 10, une portion radiale Il et une portion cylindrique intérieure 12. Le support 3 peut être formée par une rondelle obtenue par découpe et emboutissage d'une tôle en matériau ferromagnétique telle qu'une tôle d'acier doux. La piste de codage 5 est comme précédemment supportée par la surface extérieure 3b 15 formée par la portion cylindrique extérieure 10. La piste de codage 4 est formée directement dans la portion radiale Il sous la forme d'une pluralité de parties évidées, également appelées " fenêtres " 13 et de parties pleines 14 circonférentiellement régulièrement réparties sur la portion radiale 11.
Dans le mode de réalisation illustré, la piste de codage 4 comprend 18 fenêtres 13 et 18 parties pleines 14 qui occupent un secteur angulaire supérieur à celui des fenêtres 13. L'ensemble capteur 2 comprend en outre un aimant 15 disposé du côté du support 8 opposé au capteur 6 et sensiblement au même niveau radial et circonférentiel 25 que ledit capteur 6 pour être en face de la piste de codage 4 et pour soumettre le capteur 6 à l'action de son champ magnétique. Le champ magnétique au niveau du capteur 6 varie selon qu'une fenêtre 13 ou une partie pleine 14 de la piste de codage 4 se trouve en face dudit capteur 6.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, un palier à roulement 16 est équipé d'un anneau codeur 1 et d'un ensemble capteur 2 tel qu'illustré sur les figures 1 et 2. Le palier à roulement 16 comprend une bague intérieure 17 de type usiné, avec un chemin de roulement 18, une bague extérieure 19 de type usiné, avec un chemin de roulement intérieur 20, une rangée d'éléments roulants 21, ici des billes, maintenus par une cage 22, un joint d'étanchéité 23 monté dans une rainure 24 formée dans la bague extérieure 19 et venant frotter par une lèvre 25 sur une portée extérieure cylindrique de la bague 5 intérieure 17. L'anneau codeur 1 est monté par emmanchement sur une portée extérieure cylindrique de la bague intérieure 17 du côté des éléments roulants opposé au joint d'étanchéité 23. L'alésage 3a du support 3 sert donc de surface d'emmanchement. La surface radiale 3d du support 3 est disposée du côté des éléments roulants 21, tandis que 10 la surface radiale 3c affleure la surface radiale frontale des bagues 17 et 19.
L'ensemble capteur 2 est supporté par un porte capteur 26 réalisé en matériau synthétique et monté par accrochage dans une rainure 27 de la bague extérieure 19 symétrique de la rainure 24 par 15 rapport à un plan passant par le centre des éléments roulants 21. Le porte capteur 26 affleure ou est disposé très légèrement en retrait de la surface extérieure de la bague extérieure 19 tout en étant pourvu d'un terminal filaire 28 pour un fil 29, ledit terminal filaire 28 étant en saillie vers l'extérieur. Le porte capteur 26 est pourvu d'une ouverture 20 axiale 30 dans laquelle est disposé l'ensemble capteur 2, le support 8 étant en butée contre des épaulements 31 et 32 formés dans le trou 30, de façon que le capteur 6 se trouve en regard de la piste de codage 4 avec un faible entrefer axial et que le capteur 7 se trouve en regard de la piste de codage 5 et avec un faible entrefer radial. Un bouchon 33 25 vient fermer l'ouverture 30 et bloquer l'ensemble capteur 2 dans sa position de travail tout en interdisant l'intrusion d'éléments étrangers par ladite ouverture 30.
En outre, une nervure 34 en saillie axialement vers la bague intérieure 17 forme l'extrémité de petit diamètre du porte capteur 26, 30 qui présente une forme générale annulaire et forme un passage étroit avec ladite bague intérieure 17, prévenant ainsi l'intrusion d'éléments étrangers par cette voie.
On dispose ainsi d'un roulement économique, qui peut être de type standard, équipé de moyens de détection de paramètres de rotation particulièrement fiables et compacts.
Dans les exemples illustrés, les pistes de codage comportent 5 une pluralité d'éléments de codage sous forme de pôles ou d'encoches régulièrement répartis dans le sens circonférentiel.
Toutefois, dans d'autres modes de réalisation, une des pistes, de préférence la piste basse résolution, peut comporter un élément de codage unique servant d'index pour un repérage précis de la position 10 angulaire.
On peut bien entendu prévoir différentes combinaisons de pistes de codage avec deux pistes optiques, l'une à transmission et l'autre à réflexion, deux pistes optiques à réflexion, une piste optique et une piste à pôles magnétiques, une piste optique et une piste à 15 encoches magnétiques, etc. Dans les différents modes de réalisation de l'invention, les pistes de codage sont disposées à quelque distance l'une de l'autre, de façon à éviter des perturbations, notamment optiques ou magnétiques, ou une influence d'un capteur par deux pistes à la fois. 20

Claims (10)

REVENDICATIONS
1-Dispositif de détection de paramètre de rotation d'un élément tournant comprenant un organe codeur multipistes (1), chaque piste de codage (4, 5) comprenant au moins un élément de codage, caractérisé 5 par le fait qu'au moins une première piste de codage (4) présente une surface active sensiblement radiale disposée axialement en regard d'un premier capteur (6), et au moins une deuxième piste de codage (5) présente une surface active disposée radialement en regard d'un deuxième capteur (7).
2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface active de la deuxième piste est cylindrique.
3-Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la surface active de la deuxième piste est une surface de révolution.
4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la surface active de la deuxième piste est extérieure.
5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la deuxième piste est à haute 20 résolution et la première piste est à basse résolution.
6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les première et deuxième pistes sont solidaires d'un même support (3).
7-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que 25 le support est annulaire.
8-Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que le support est massif.
9-Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que le support présente une section en L ou en C.
10-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une piste comprend un matériau synthétique chargé de particules magnétisées.
1l-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une piste comprend une succession de parties pleines (14) et évidées (13) formées dans un matériau ferromagnétique.
S 12-Palier à roulement (16) comprenant une bague tournante (17), une bague non tournante (19), au moins une rangée d'éléments roulants (21) et un dispositif selon l'une quelconque des
revendications précédentes.
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