FR2856144A1 - Capteur de position a detection d'un champ magnetique tangentiel - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un capteur de positiondu type comportant un codeur formé par un anneau magnétique multipolaire (1) pourvu, sur sa circonférence, de pôles Nord et de pôles Sud alternés et monté pour défiler devant une cellule de mesure (2) délivrant un signal périodique correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles, au moins l'un desdits pôles d'un signe déterminé est dit "irrégulier" et comporte, d'une part, entre ses deux pôles adjacents de signes contraires, un écartement différent par rapport au pas d'écartement entre les autres pôles et, d'autre part, des moyens de correction de la valeur de son champ magnétique, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré, par le passage des pôles voisins audit pôle irrégulier. Le capteur selon l'invention est caractérisé :▪ en ce que la cellule de mesure (2) est sensible à la composante tangentielle du champ magnétique délivré par les pôles,▪ et en ce que les moyens de correction sont réalisés de manière que le signal magnétique tangentiel, engendré entre le passage de chaque pôle adjacent audit pôle irrégulier, varie de façon monotone.

Description

i

L'objet de l'invention concerne le domaine technique des capteurs magnétiques comportant un élément codeur se déplaçant à proximité d'une cellule de détection, et adaptés pour repérer au moins une position angulaire au sens général.

L'objet de l'invention concerne plus particulièrement, la réalisation d'un capteur 5 dont le codeur est équipé d'une série de pôles Nord et pôles Sud montés de manière alternée.

L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine automobile o ce capteur peut être utilisé, par exemple, dans le cadre des fonctions d'allumage.

Il est connu, dans le domaine préféré ci-dessus, de mettre en oeuvre un capteur magnétique adapté pour mesurer le changement d'intensité d'un champ d'induction magnétique lorsqu'un codeur ferromagnétique muni d'organes perturbateurs du champ, défile devant une cellule de détection. La cellule de détection telle qu'une sonde à effet Hall ou magnétorésistive, par exemple, délivre un signal sinusoïdal 15 périodique. La cellule de détection est associée à un comparateur de niveau à hystérésis, tel qu'un trigger de Schmitt, afin d'obtenir des transitions franches de la tension de sortie pour des valeurs distinctes de l'induction magnétique selon qu'elle varie en croissant ou en décroissant.

Afin de constituer un capteur de détection d'une vitesse, il est connu de réaliser 20 un codeur pourvu de dents aménagées de manière régulière et en nombre élevé pour améliorer la résolution d'un tel capteur. Il est connu un perfectionnement à ce capteur consistant à réaliser un codeur constitué par un anneau magnétique multipolaire pourvu, sur sa circonférence, de pôles Nord et de pôles Sud alternés et régulièrement espacés selon un pas donné.

Pour permettre de déterminer au moins une position, correspondant par exemple au point mort haut d'allumage d'un cylindre, il est connu de réaliser un repère sur le codeur magnétique. Il est connu ainsi de supprimer, par exemple, deux dents sur la roue dentée. Dans la solution mettant en oeuvre un codeur pourvu de pôles Nord et pôles Sud alternés, il peut être envisagé, soit de supprimer plusieurs 30 pôles magnétiques en laissant subsister un espace vide, soit de remplacer un ou plusieurs pôles d'un signe donné par un ou plusieurs pôles d'un signe contraire. Il est ainsi réalisé un pôle d'aimantation d'un signe donné présentant, entre ses deux pôles adjacents d'un signe opposé, un écartement différent par rapport au pas d'écartement des autres pôles.

Afin d'obtenir une bonne précision de mesure, notamment en ce qui concerne la détection du pôle irrégulier, le brevet FR 2 757 943 enseigne de réaliser un codeur 5 comprenant, pour chaque pôle irrégulier, des moyens de correction de la valeur du champ magnétique créé par le pôle irrégulier, de manière que le signal délivré par le passage des pôles voisins audit pôle irrégulier, soit symétrique par rapport à la valeur nulle du champ magnétique.

La mise en oeuvre d'un tel codeur permet d'obtenir en sortie de la cellule de 10 détection du capteur, un signal magnétique dont la période est constante pour ce qui concerne les pôles réguliers. Il en résulte une bonne précision des mesures ainsi réalisées, notamment pour le repérage du pôle irrégulier.

Si la solution technique décrite dans ce brevet donne satisfaction en pratique, il a été constaté, dans certaines conditions d'exploitation, d'une part, une variation dans 15 une plage importante de la largeur de l'entrefer délimité entre le codeur et la cellule de mesure et, d'autre part, un décalage latéral non négligeable, entre le plan de rotation du codeur et l'axe de la cellule de mesure, ce qui nuit à la précision des mesures.

La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients de la technique 20 antérieure, en proposant un capteur possédant une bonne précision pour le repérage, notamment du pôle irrégulier, même pour des variations importantes de l'entrefer de mesure et du décalage latéral entre le plan de rotation du codeur et l'axe de la cellule de mesure.

Pour atteindre de tels objectifs, le capteur de position selon l'invention est du 25 type comportant un codeur formé par un anneau magnétique multipolaire, pourvu, sur sa circonférence, de pôles Nord et de pôles Sud alternés et montés pour défiler devant une cellule de mesure délivrant un signal périodique correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles, au moins l'un desdits pôles d'un signe déterminé est dit "irrégulier" et comporte, d'une part, entre 30 ses deux pôles adjacents de signes contraires, un écartement différent par rapport au pas d'écartement entre les autres pôles et, d'autre part, des moyens de correction de la valeur de son champ magnétique, de manière que le signal délivré, par le passage des pôles voisins audit pôle irrégulier.

Conformément à l'invention, le capteur de position est caractérisé: * en ce que la cellule de mesure est sensible à la composante tangentielle du champ magnétique délivré par les pôles, ò et en ce que les moyens de correction sont réalisés de manière que le 5 signal magnétique tangentiel, engendré entre le passage de chaque pôle adjacent audit pôle irrégnulier, varie de façon monotone. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est une vue générale montrant un exemple de réalisation d'un capteur de position selon l'invention.

La fig. 2 est une vue, ramenée dans un plan, d'un premier exemple de réalisation d'un codeur conforme à l'invention.

La fig. 3 est une courbe illustrant l'évolution de l'induction magnétique obtenue 15 lors du défilement d'un codeur conforme à la fig. 2.

La fig. 4 montre un deuxième exemple de réalisation d'un codeur conforme à l'invention.

La fig. 5 est une courbe illustrant l'évolution de l'induction magnétique, obtenue lors du défilement d'un codeur conforme à la fig. 4.

La fig. 6 est une vue d'une variante du deuxième exemple de réalisation du codeur conforme à l'invention.

Les fig. 7 et 8 montrent d'autres exemples de montage d'un codeur conforme à l'invention.

La fig. 1 montre un exemple de réalisation du capteur de position I comportant 25 un codeur magnétique 1 monté pour défiler devant une cellule de détection 2. Le codeur 1 est constitué sous la forme d'un anneau magnétique multipolaire, entraîné en rotation autour de son centre, selon un axe A parallèle à la direction OX et pourvu, sur sa circonférence, de pôles Nord N et de pôles Sud S alternés, présentant une aimantation radiale. Dans l'exemple illustré, le codeur 1 comporte une série de 30 pôles Sud S et de pôles Nord N aménagés pour présenter un pas régulier d'écartement entre deux pôles voisins. Par exemple, la largeur angulaire de chaque pôle est de 3 .

Conformément à l'invention et tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, le codeur 1 comporte aussi au moins un pôle dit irrégulier Pi, présentant, entre ses deux pôles adjacents Pa, un écartement différent par rapport au pas régulier d'écartement entre les pôles S et N. Dans l'exemple illustré, le pôle irrégulier Pi possède une largeur angulaire de 15 et constitue un pôle Nord, tandis que les pôles adjacents Pa sont de signes contraires, à savoir Sud. Bien entendu, les polarités des pôles 5 adjacents Pa et du pôle irrégulier Pi peuvent être inversées. Par exemple, le codeur 1 est constitué par une couronne formant un support sur laquelle est adhérisée une bague réalisée en élastomère chargée de particules magnétisées pour constituer les pôles Nord et Sud.

Selon une caractéristique de l'invention, la cellule de mesure 2 est sensible à la 10 composante tangentielle du champ magnétique délivré par les pôles du codeur 1.

Ainsi, tel que cela ressort plus précisément de la fig. 1, la cellule 2 est montée pour mesurer la composante OY du champ magnétique, prise selon la tangente au codeur annulaire 1 et une direction parallèle au plan de rotation B du codeur perpendiculaire à la direction OX. La cellule de mesure 2 délivre ainsi un signal magnétique, dit 15 tangentiel, correspondant à la mesure de la composante tangentielle du champ magnétique délivré par les pôles.

Selon une caractéristique préférée de réalisation, la cellule de mesure 2 est une cellule de mesure magnétorésistive 2 qui peut ainsi être placée à proximité immédiate du codeur 1.

De façon avantageuse, la cellule de mesure magnétorésistive 2 et le codeur 1 sont adaptés de manière que ladite cellule de mesure soit soumise à un champ magnétique inférieur à 30 KA/m.

Conformément à l'invention, pour chaque pôle irrégulier Pi, le codeur 1 comporte des moyens 3 de correction ou de compensation de la valeur du champ 25 d'induction magnétique créé par le pôle irrégulier Pi, par rapport à la valeur du champ d'induction magnétique créé par les pôles voisins, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par la cellule 2 par le passage des pôles voisins audit pôle irrégulier. Ainsi, les moyens de correction 3 sont déterminés de manière que le signal, correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les 30 pôles voisins au pôle irrégulier Pi, ne soit pas perturbé par l'induction magnétique créée par le pôle irrégulier Pi. Les moyens 3 sont donc adaptés de façon à diminuer le flux magnétique créé par le pôle irrégulier, tout en le maintenant à une valeur suffisante pour permettre sa détection.

Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de correction 3 sont réalisés de manière que le signal magnétique tangentiel, délivré par la cellule de mesure 2 et engendré entre le passage de chaque pôle adjacent Pa au pôle irrégulier Pi, varie de façon monotone. La fig. 3, qui montre l'évolution du champ d'induction 5 magnétique I (en Gauss) et, plus précisément, sa composante tangentielle en fonction de la position du codeur 1 par rapport à la cellule de mesure 2, permet de mettre en évidence le passage du pôle irrégulier Pi devant la cellule de mesure. Les passages de chaque pôle adjacent Pa au pôle irrégulier Pi correspondent aux points A et B sur la courbe de la fig. 3. Entre ces deux points A et B, le champ d'induction magnétique 10 varie de façon monotone, c'est-à-dire varie selon un unique sens. Dans l'exemple illustré, le champ d'induction est toujours croissant du point A jusqu'au point B. Dans la mesure o le champ d'induction est continûment croissant (ou décroissant) pour le pôle irrégulier, il n'existe pas de risque d'erreur de détection du pôle irrégulier Pi.

La fig. 2 illustre une première variante de réalisation des moyens de correction 3. Selon cette variante, les moyens de correction 3 sont réalisés par une zone surfacique 4 du pôle irrégulier Pi, s'étendant à la surface périphérique ou tangentielle du codeur annulaire 1. Dans l'exemple illustré à la fig. 2, la zone surfacique 4 du pôle irrégulier Pi présente une forme symétrique par rapport à un axe transversal t 20 considéré parallèle à l'axe de rotation A du codeur 1. Il est à noter que l'épaisseur du pôle irrégulier Pi, prise selon la direction radiale, est constante.

Cette surface 4 du pôle irrégulier Pi est entourée par un pôle 5 de liaison avec les pôles adjacents Pa. Le pôle de liaison 5 est de même signe ou polarité que les pôles adjacents Pa, c'est-à-dire de signe contraire au pôle irrégulier Pi. Ainsi, tel que 25 cela ressort de la fig. 2, la surface 4 du pôle irrégulier Pi se trouve entourée par une surface magnétique de signe contraire. Dans l'exemple de réalisation illustré, la zone surfacique du pôle irrégulier est un quadrilatère. Ainsi, la surface 4 du pôle irrégulier Pi est délimitée par chaque pôle adjacent Pa selon une ligne franche de transition 41.

En d'autres termes, la surface 4 est contiguë avec chaque pôle adjacent Pa selon la 30 ligne de transition 41 qui est parallèle aux autres lignes de jonction entre les pôles Sud S et Nord N. Comme explicité ci-dessus, chaque ligne de transition 41 s'étend en retrait par rapport aux bords du codeur 1 selon des lignes longitudinales 42, de manière que la surface 4 se trouve entourée par une surface magnétique de signe contraire.

La fig. 4 illustre une deuxième variante de réalisation des moyens de correction 3, réalisés par une zone surfacique 4 du pôle irrégulier Pi présentant une forme 5 dissymétrique par rapport à l'axe transversal t. Selon cette variante de réalisation, la zone surfacique 4 du pôle irrégulier Pi présente une forme dissymétrique, de manière que le signal magnétique, délivré au milieu du pôle irrégulier soit stable angulairement. Ainsi, tel que cela ressort de la fig. 5, la polarité de l'induction magnétique, créée au milieu du pôle irrégulier, change de signe à une position bien 10 déterminée. Un tel changement de signe est obtenu quelle que soit la largeur de l'entrefer, c'est-à-dire de la distance entre la cellule de détection 2 et l'anneau magnétique 1. Il s'avère que le signal 1 présente une définition de la singularité stable, de façon à faciliter le travail de repérage du pôle irrégulier. Ainsi, le signal magnétique délivré par le passage des pôles voisins Pa audit pôle irrégulier Pi est 15 symétrique par rapport à la valeur nulle du champ magnétique. Comme cela ressort de la fig. 5, l'induction magnétique, créée par le pôle irrégulier Pi entre les points A et B ne vient pas perturber le champ d'induction magnétique des pôles réguliers voisins. Le signal, donnant le changement de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles réguliers voisins au pôle irrégulier Pi, est symétrique par rapport à la 20 valeur zéro ou nulle du champ magnétique. Une telle symétrie du signal magnétique est obtenue quelle que soit la largeur de l'entrefer, c'est-à- dire de la distance entre la cellule de détection 2 et l'anneau magnétique 1. Il s'avère que le signal I présente une période constante T en ce qui concerne les pôles réguliers voisins du pôle irrégulier.

Il s'ensuit qu'il peut être obtenu une bonne précision des mesures réalisées pour le 25 repérage du pôle irrégulier.

Dans l'exemple illustré à la fig. 4, la zone surfacique 4 du pôle irrégulier Pi, de forme dissymétrique, est constituée d'une première zone 4a d'une largeur donnée contiguë à une deuxième zone 4b d'une largeur inférieure à celle de la première zone. La première zone 4a et la deuxième zone 4b constituent chacune, de 30 préférence, un quadrilatère. Comme expliqué pour la première variante de réalisation, la zone surfacique 4 du pôle irrégulier Pi est entourée par le pôle de liaison avec les pôles adjacents Pa, de même signe que les pôles adjacents.

Dans un deuxième exemple de réalisation illustré à la fig. 6, dérivant directement de l'exemple illustré à la fig. 4, la première zone 4a présente une partie de largeur constante, contiguë à une partie dont la largeur décroît, jusqu'à une ligne de transition 41, entre le pôle irrégulier Pl et le pôle adjacent Pa. La partie de largeur 5 décroissante diminue à partir des bords longitudinaux 42, de manière symétrique par rapport à un axe perpendiculaire à l'axe transversal t.

Le codeur 1 selon l'invention, tel que décrit ci-dessus, est destiné à être monté sur une cible tournante au sens général, à partir de laquelle au moins une position est déterminée. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le codeur 1 selon 10 l'invention est destiné à être monté sur une poulie d'entraînement montée en sortie du moteur d'un véhicule automobile, c'est-à-dire sur une poulie de distribution ou sur l'une des poulies auxiliaires. Selon une caractéristique avantageuse, telle que représentée aux fig. 7 et 8, le codeur 1 est monté sur la poulie d'entraînement 6 se trouvant dans l'axe du vilebrequin, afin de permettre une détection du point mort haut 15 d'allumage d'un cylindre. Dans l'exemple illustré, le codeur 1 est monté sur la paroi radiale interne ou moyeu 7 (fig. 7) ou sur la paroi radiale externe 8 (fig. 8) d'une poulie d'entraînement 6. La bague en élastoferrite du codeur 1 est montée directement sur la poulie 6 qui constitue, par sa paroi radiale, la couronne support, ou indirectement par sa couronne support qui est fixée par tous moyens appropriés sur la 20 poulie. Tel que cela ressort des fig. 7 et 8, une cellule de détection 2, de préférence magnétorésistive, est montée dans le dégagement délimité entre les parois radiales externes 8 et interne 7 de la poulie, de manière que le codeur 1 puisse défiler devant elle et former ensemble, un capteur de position.

Dans l'exemple de réalisation illustré ci-dessus, le capteur de position 25 comporte, en tant que poulie d'entraînement, une poulie de vilebrequin munie d'un anneau magnétique adapté pour repérer une unique position. Il est à noter que l'objet de l'invention peut également être appliqué à la réalisation d'un capteur comportant un anneau magnétique 1 muni de plusieurs pôles irréguliers Pi permettant de repérer plusieurs positions. D'une manière avantageuse, l'anneau magnétique 1 comporte, par 30 exemple, quatre pôles irréguliers Pi permettant de repérer la position des cylindres d'un moteur. Dans ce cas, le codeur 1 est monté solidaire de l'arbre à cames d'un moteur de véhicule automobile. Bien entendu, le codeur 1 peut être monté sur l'arbre à cames en ayant un seul pôle irrégulier.

Selon une autre caractéristique préférée de mise en oeuvre, le codeur 1 selon l'invention est destiné à être monté à l'intérieur d'une plaque de support d'un joint d'étanchéité dynamique pour un arbre de transmission, montée entre le vilebrequin et la boîte de vitesses d'un moteur d'un véhicule automobile. Le codeur 1 est entraîné en 5 rotation par l'arbre de transmission et se trouve monté en relation de proximité d'au moins une cellule de détection 2 montée sur la plaque de support du joint d'étanchéité, afin de constituer un capteur de position.

Selon une autre caractéristique préférée de mise en oeuvre, le codeur 1 selon l'invention est calé en rotation sur un arbre d'un moteur d'un véhicule automobile ou 10 est entraîné en rotation par le vilebrequin ou l'arbre à cames d'un moteur d'un véhicule automobile, en étant monté à l'intérieur du bloc moteur d'un tel véhicule, en relation de proximité d'une cellule de détection 2 afin de constituer un capteur de position.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses 15 modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 - Capteur de position, du type comportant un codeur formé par un anneau magnétique multipolaire (1) pourvu, sur sa circonférence, de pôles Nord (N) et de pôles Sud (S) alternés et monté pour défiler devant une cellule de mesure (2) 5 délivrant un signal périodique correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles, au moins l'un desdits pôles d'un signe déterminé est dit "irrégulier" (Pi) et comporte, d'une part, entre ses deux pôles adjacents (Pa) de signes contraires, un écartement différent par rapport au pas d'écartement entre les autres pôles et, d'autre part, des moyens (3) de correction de la valeur de son champ 10 magnétique, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré, par le passage des pôles voisins audit pôle irrégulier, caractérisé: a en ce que la cellule de mesure (2) est sensible à la composante tangentielle du champ magnétique délivré par les pôles, a et en ce que les moyens de correction (3) sont réalisés de manière que le signal magnétique tangentiel, engendré entre le passage de chaque pôle adjacent audit pôle irrégulier, varie de façon monotone.

2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de correction sont réalisés par une zone surfacique (4) du pôle irrégulier (Pi) présentant 20 une forme symétrique par rapport à un axe transversal (t) et entourée par un pôle de liaison (5) avec les pôles adjacents, de même signe que les pôles adjacents.

3 - Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone surfacique (4) du pôle irrégulier (Pi) présentant une forme symétrique, est un quadrilatère.

4 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de 25 correction (3) sont réalisés par une zone surfacique (4) du pôle irrégulier (Pi) présentant une forme dissymétrique par rapport à un axe transversal (t) et entourée par un pôle de liaison (5) avec les pôles adjacents, de même signe que les pôles adjacents.

- Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la zone surfacique (4) 30 du pôle irrégulier (Pi) présente une forme dissymétrique de manière que le signal magnétique délivré par le milieu du pôle irrégulier, présente un changement de polarité stable angulairement.

6 - Capteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la zone surfacique (4) du pôle irrégulier de forme dissymétrique est constituée d'une première zone (4a) d'une largeur donnée contiguë à une deuxième zone (4b) d'une largeur inférieure à celle de la première zone.

7 - Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première (4a) et la deuxième (4b) zones de la zone surfacique constituent chacune un quadrilatère.

8 - Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première zone (4a) présente une partie de largeur constante contiguë à une partie de largeur décroissante jusqu'à une ligne de transition entre le pôle irrégulier et le pôle adjacent.

9 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule de mesure (2) est une cellule de mesure magnéto-résistive.

- Capteur de position selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cellule de mesure magnétorésistive (2) et le codeur (1) sont adaptés de manière que ladite cellule soit soumise à un champ magnétique inférieur à 30 KA/m.

11 - Capteur de position selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le codeur (1) est calé en rotation sur un arbre d'un moteur d'un véhicule automobile.

12 - Capteur de position selon la revendication 11, caractérisé en ce que le codeur (1) est rapporté ou fait partie intégrante d'une poulie d'entraînement.

13 - Capteur de position selon la revendication 12, caractérisé en ce que la poulie d'entraînement est une poulie de vilebrequin.

14 - Capteur de position selon la revendication 12, caractérisé en ce que la poulie d'entraînement est une poulie de came.

- Capteur de position selon la revendication 11, caractérisé en ce que le codeur 25 (1) est monté à l'intérieur d'une plaque de support d'un joint d'étanchéité dynamique, monté entre le vilebrequin et la boîte de vitesses d'un moteur d'un véhicule automobile.

16 - Capteur de position selon la revendication 11, caractérisé en ce que le codeur (1) est entraîné en rotation par le vilebrequin ou l'arbre à cames, en étant monté à 30 l'intérieur du bloc-moteur d'un véhicule automobile.