FR3143733A1 - System for determining at least one rotation parameter of a rotating member - Google Patents
System for determining at least one rotation parameter of a rotating member Download PDFInfo
- Publication number
- FR3143733A1 FR3143733A1 FR2213879A FR2213879A FR3143733A1 FR 3143733 A1 FR3143733 A1 FR 3143733A1 FR 2213879 A FR2213879 A FR 2213879A FR 2213879 A FR2213879 A FR 2213879A FR 3143733 A1 FR3143733 A1 FR 3143733A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- encoder
- sensitive elements
- rotation
- groups
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 11
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 208000031968 Cadaver Diseases 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
- G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/24428—Error prevention
- G01D5/24433—Error prevention by mechanical means
- G01D5/24438—Special design of the sensing element or scale
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
- G01D2205/70—Position sensors comprising a moving target with particular shapes, e.g. of soft magnetic targets
- G01D2205/77—Specific profiles
- G01D2205/773—Spiral profiles
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
L’invention concerne un système de détermination d’au moins un paramètre de rotation d’un organe tournant, ledit système comprenant : un codeur (1) formant une piste magnétique (2) présentant Npp paires de pôles magnétiques Nord et Sud qui sont séparés par 2Npp transitions (3) s’étendant chacune suivant une spirale d’Archimède ; un capteur de rotation comprenant deux groupes (4, 5) de deux éléments sensibles (4a, 4b, 5a, 5b) formant des signaux respectivement SIN et COS, lesdits groupes étant décalés angulairement d’un angle α qui est agencé pour que les signaux SIN et COS soient en quadrature, les éléments sensibles (4a, 4b, 5a, 5b) de chacun des groupes (4, 5) étant diamétralement opposés en formant entre eux un angle de π. Figure 1The invention relates to a system for determining at least one rotation parameter of a rotating member, said system comprising: an encoder (1) forming a magnetic track (2) having Npp pairs of North and South magnetic poles which are separated by 2Npp transitions (3) each extending along an Archimedean spiral; a rotation sensor comprising two groups (4, 5) of two sensitive elements (4a, 4b, 5a, 5b) forming signals SIN and COS respectively, said groups being angularly offset by an angle α which is arranged so that the signals SIN and COS are in quadrature, the sensitive elements (4a, 4b, 5a, 5b) of each of the groups (4, 5) being diametrically opposed forming an angle of π between them. Figure 1
Description
L’invention concerne un système de détermination d’au moins un paramètre de rotation d’un organe tournant, ledit système comprenant un codeur émettant un champ magnétique périodique ainsi qu’un capteur de rotation apte à détecter ledit champ magnétique.The invention relates to a system for determining at least one rotation parameter of a rotating member, said system comprising an encoder emitting a periodic magnetic field as well as a rotation sensor capable of detecting said magnetic field.
Dans de nombreuses applications, on souhaite connaître en temps réel et avec une qualité optimale au moins un paramètre de rotation d’un organe tournant, tel que sa position, sa vitesse, son accélération ou son sens de déplacement.In many applications, we want to know in real time and with optimal quality at least one rotation parameter of a rotating member, such as its position, its speed, its acceleration or its direction of movement.
Pour ce faire, le document WO-2006/064169 propose l’utilisation d’un codeur destiné à être solidaire de l’organe mobile et sur lequel est formée une piste magnétique qui est apte à émettre un champ magnétique pseudo sinusoïdal à distance de lecture d’un capteur comprenant plusieurs éléments sensibles.To do this, document WO-2006/064169 proposes the use of an encoder intended to be integral with the mobile member and on which is formed a magnetic track which is capable of emitting a pseudo-sinusoidal magnetic field at reading distance of a sensor comprising several sensitive elements.
De façon avantageuse, chaque élément sensible peut comprendre au moins un motif à base d’un matériau magnétorésistif à effet tunnel (TMR en anglais pour Tunnel Magneto Resistance) dont la résistance varie en fonction du champ magnétique détecté, tel que par exemple décrit dans le document
WO-2004/083881.Advantageously, each sensitive element can comprise at least one pattern based on a tunneling magnetoresistive material (TMR in English for Tunnel Magneto Resistance) whose resistance varies as a function of the detected magnetic field, as for example described in the document
WO-2004/083881.
Pour déterminer un paramètre de déplacement de l’organe mobile en fonction de l’évolution du champ magnétique détecté, le document WO-2006/064169 prévoit une combinaison des signaux représentatifs de la résistance de chacun des éléments sensibles, afin de délivrer deux signaux en quadrature et de même amplitude qui peuvent être utilisés pour calculer ledit paramètre. En outre, cette solution prévoit une soustraction deux à deux de quatre signaux, afin d’obtenir deux signaux en quadrature qui sont exempts de bruit commun.To determine a displacement parameter of the mobile member as a function of the evolution of the detected magnetic field, document WO-2006/064169 provides a combination of signals representative of the resistance of each of the sensitive elements, in order to deliver two signals in quadrature and of the same amplitude which can be used to calculate said parameter. Additionally, this solution provides for a two-by-two subtraction of four signals, in order to obtain two quadrature signals that are free from common noise.
Le document FR-3 078 775 décrit un codeur comprenant Npppaires de pôles magnétiques Nord et Sud qui sont séparés par des transitions qui s’étendent suivant une spirale d’Archimède, chacune desdites spirales étant répartie sur ledit codeur par rotations successives d’un angle
L’avantage de ce type de codeur est que la largeur polaire Lpde chacun des pôles suivant le rayon dudit codeur devient indépendante du nombre Nppde paires de pôles, ce qui permet ainsi de concilier un faible nombre de pôles avec un positionnement adéquat des éléments sensibles relativement à la sinusoïdalité et à l’amplitude du signal magnétique à détecter.The advantage of this type of encoder is that the polar width L p of each of the poles following the radius of said encoder becomes independent of the number N pp of pairs of poles, which thus makes it possible to reconcile a small number of poles with adequate positioning sensitive elements relative to the sinusoidality and the amplitude of the magnetic signal to be detected.
Par ailleurs, le document FR-3 078 775 propose une disposition des éléments sensibles en regard axial de la piste magnétique qui permet de filtrer au moins l’harmonique de rang 3 du champ magnétique généré par un codeur spiral sur une paire de pôles magnétiques.Furthermore, document FR-3 078 775 proposes an arrangement of sensitive elements facing axially of the magnetic track which makes it possible to filter at least the third-order harmonic of the magnetic field generated by a spiral encoder on a pair of magnetic poles.
Toutefois, lorsque l’organe tournant sur lequel est monté le codeur est soumis à un jeu axial, notamment s’il fait partie d’un montage sans roulement, par exemple utilisant des paliers lisses, l’excentration de l’axe de rotation de la piste magnétique par rapport à l’axe géométrique du capteur causée par ce jeu provoque l’apparition d’une erreur de détermination importante.However, when the rotating member on which the encoder is mounted is subjected to axial play, particularly if it is part of an assembly without bearing, for example using plain bearings, the eccentricity of the axis of rotation of the magnetic track relative to the geometric axis of the sensor caused by this play causes the appearance of a significant determination error.
L’invention vise à résoudre les problèmes de l’art antérieur en proposant notamment un système de détermination d’au moins un paramètre de rotation d’un organe tournant, dans lequel la précision de la détermination est améliorée, notamment en cas d’excentration de l’axe de rotation de la piste magnétique du codeur par rapport à l’axe géométrique du capteur.The invention aims to resolve the problems of the prior art by proposing in particular a system for determining at least one rotation parameter of a rotating member, in which the precision of the determination is improved, particularly in the event of eccentricity. of the axis of rotation of the magnetic track of the encoder relative to the geometric axis of the sensor.
A cet effet, l’invention propose un système de détermination d’au moins un paramètre de rotation d’un organe tournant, ledit système comprenant :
- un codeur destiné à être associé en rotation à l’organe tournant de sorte à se déplacer conjointement avec lui, ledit codeur comprenant un corps sur lequel est formée une piste magnétique qui est apte à émettre un champ magnétique périodique représentatif de la rotation dudit codeur, ladite piste présentant Npppaires de pôles magnétiques Nord et Sud qui sont séparés par 2Npptransitions, chacune desdites transitions s’étendant suivant une spirale d’Archimède définie en coordonnées polaires par rapport à l’axe de rotation par l’équation ρ =
- un capteur de rotation comprenant deux groupes de deux éléments sensibles répartis angulairement à distance de lecture de la piste magnétique, chacun desdits éléments sensibles étant apte à détecter le champ magnétique périodique émis par ledit codeur pour délivrer un signal représentatif de la rotation du codeur ;
- un dispositif de soustraction des signaux délivrés par les éléments sensibles de chacun desdits groupes pour former des signaux respectivement SIN et COS, lesdits groupes étant décalés angulairement d’un angle α qui est agencé pour que les signaux SIN et COS soient en quadrature, les éléments sensibles de chacun des groupes étant diamétralement opposés en formant entre eux un angle de π.
- an encoder intended to be associated in rotation with the rotating member so as to move jointly with it, said encoder comprising a body on which is formed a magnetic track which is capable of emitting a periodic magnetic field representative of the rotation of said encoder, said track having N pp pairs of North and South magnetic poles which are separated by 2N pp transitions, each of said transitions extending along an Archimedean spiral defined in polar coordinates with respect to the axis of rotation by the equation ρ =
- a rotation sensor comprising two groups of two sensitive elements distributed angularly at a reading distance from the magnetic track, each of said sensitive elements being capable of detecting the periodic magnetic field emitted by said encoder to deliver a signal representative of the rotation of the encoder;
- a device for subtracting the signals delivered by the sensitive elements of each of said groups to form signals SIN and COS respectively, said groups being angularly offset by an angle α which is arranged so that the signals SIN and COS are in quadrature, the elements sensitive of each of the groups being diametrically opposed forming between them an angle of π.
D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles :Other particularities and advantages of the invention will appear in the description which follows, made with reference to the attached figures, in which:
En relation avec ces figures, on décrit un système de détermination d’au moins un paramètre de rotation d’un organe tournant par rapport à une structure fixe. En particulier, le paramètre de l’organe tournant peut être choisi parmi sa position, sa vitesse, son accélération ou son sens de déplacement.In relation to these figures, a system is described for determining at least one rotation parameter of a rotating member relative to a fixed structure. In particular, the parameter of the rotating member can be chosen from its position, its speed, its acceleration or its direction of movement.
Dans une application particulière, le système peut être utilisé en relation avec le pilotage d’un moteur électrique à courant continu sans balai, permettant notamment de connaître la position angulaire absolue sur une paire de pôles moteur du rotor par rapport au stator.In a particular application, the system can be used in connection with the control of a brushless direct current electric motor, making it possible in particular to know the absolute angular position on a pair of motor poles of the rotor relative to the stator.
Le système de détermination comprend un codeur 1 destiné à être solidaire de l’organe tournant de sorte à se déplacer conjointement avec lui, ledit codeur comprenant un corps, notamment annulaire mais qui peut également être discoïdal, sur lequel est formée une piste magnétique 2 qui est apte à émettre un champ magnétique périodique représentatif de la rotation dudit codeur. En particulier, le champ magnétique émis peut être sinusoïdal ou pseudo-sinusoïdal, c'est-à-dire présentant au moins une portion qui peut être approximée correctement par une sinusoïde.The determination system comprises an encoder 1 intended to be integral with the rotating member so as to move jointly with it, said encoder comprising a body, in particular annular but which can also be discoidal, on which is formed a magnetic track 2 which is capable of emitting a periodic magnetic field representative of the rotation of said encoder. In particular, the emitted magnetic field can be sinusoidal or pseudo-sinusoidal, that is to say having at least one portion which can be correctly approximated by a sinusoid.
La piste 2 présente Npppaires de pôles magnétiques Nord et Sud qui sont séparés par 2Npptransitions 3, chacune desdites transitions s’étendant suivant une spirale d’Archimède définie en coordonnées polaires (ρ, θ) par rapport à l’axe de rotation par l’équation ρ =
Ainsi, la piste magnétique 2 délivre un signal magnétique pseudo-sinusoïdal dont la période spatiale est égale à λ = 2.Lp. En outre, la géométrie en spirale d’Archimède permet notamment que le nombre Np pde paires de pôles de la piste magnétique 2 ainsi que la largeur polaire Lppuissent être choisis indépendamment du rayon de la piste magnétique 2.Thus, the magnetic track 2 delivers a pseudo-sinusoidal magnetic signal whose spatial period is equal to λ = 2.L p . In addition, the Archimedean spiral geometry allows in particular that the number N p p of pairs of poles of the magnetic track 2 as well as the polar width L p can be chosen independently of the radius of the magnetic track 2.
Selon une réalisation, le codeur 1 est formé d’un aimant sur lequel la piste magnétique multipolaire 2 est réalisée. En particulier, l’aimant peut être formé d’une matrice annulaire, par exemple réalisée à base d’un matériau plastique ou élastomère, dans laquelle sont dispersées des particules magnétiques, notamment des particules de ferrite ou de terres rares comme le NdFeB.According to one embodiment, the encoder 1 is formed of a magnet on which the multipolar magnetic track 2 is produced. In particular, the magnet can be formed from an annular matrix, for example made from a plastic or elastomeric material, in which magnetic particles, in particular ferrite or rare earth particles such as NdFeB, are dispersed.
Le système de détermination comprend un capteur de rotation qui est destiné à être solidaire de la structure fixe, ledit capteur étant apte à détecter le champ magnétique périodique émis par le codeur 1. Pour ce faire, le capteur comprend plusieurs éléments sensibles magnétiques 4a, 4b, 5a, 5b, chacun étant apte à détecter le champ magnétique périodique émis par le codeur 1 pour délivrer un signal représentatif de la rotation dudit codeur, lesdits éléments sensibles étant disposés à entrefer de lecture dudit champ magnétique.The determination system comprises a rotation sensor which is intended to be integral with the fixed structure, said sensor being capable of detecting the periodic magnetic field emitted by the encoder 1. To do this, the sensor comprises several magnetic sensitive elements 4a, 4b , 5a, 5b, each being capable of detecting the periodic magnetic field emitted by the encoder 1 to deliver a signal representative of the rotation of said encoder, said sensitive elements being arranged at a reading gap for said magnetic field.
Chacun des éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b peut notamment être choisi parmi les sondes magnétosensibles. Par exemple, des sondes à base d’effet Hall, des magnétorésistances à effet tunnel (TMR), des magnétorésistances anisotropes (AMR) ou des magnétorésistances géantes (GMR) peuvent mesurer une composante du champ magnétique (normale ou tangentielle au codeur 1) ou le champ tournant (résultant des composantes normales et tangentielles).Each of the sensitive elements 4a, 4b, 5a, 5b can in particular be chosen from magnetosensitive probes. For example, Hall effect-based probes, tunneling magnetoresistors (TMR), anisotropic magnetoresistors (AMR) or giant magnetoresistors (GMR) can measure a component of the magnetic field (normal or tangential to encoder 1) or the rotating field (resulting from the normal and tangential components).
En particulier, comme décrit dans le document WO-2004/083881, chaque élément sensible forme une jonction tunnel en comprenant un empilement d'une couche magnétique de référence, d'une couche de séparation isolante et d'une couche magnétique sensible au champ à détecter, la résistance de l’empilement étant fonction de l’orientation relative de l’aimantation des couches magnétiques.In particular, as described in document WO-2004/083881, each sensitive element forms a tunnel junction by comprising a stack of a magnetic reference layer, an insulating separation layer and a magnetic layer sensitive to the field at detect, the resistance of the stack being a function of the relative orientation of the magnetization of the magnetic layers.
De manière avantageuse, chaque élément sensible 4a, 4b, 5a, 5b peut comprendre au moins un motif à base d’un matériau magnétorésistif dont la résistance varie en fonction du champ magnétique, un élément sensible 4a, 4b, 5a, 5b pouvant comprendre un seul motif ou un groupe de motifs reliés en série.Advantageously, each sensitive element 4a, 4b, 5a, 5b may comprise at least one pattern based on a magnetoresistive material whose resistance varies as a function of the magnetic field, a sensitive element 4a, 4b, 5a, 5b may comprise a single pattern or a group of patterns connected in series.
En variante, la composante normale seule du champ magnétique délivré par le codeur 1 peut être mesurée, par exemple grâce à des éléments à effet Hall. L’utilisation du champ normal seul est favorable car il est plus sinusoïdal que le champ tangentiel.Alternatively, only the normal component of the magnetic field delivered by the encoder 1 can be measured, for example using Hall effect elements. Using the normal field alone is favorable because it is more sinusoidal than the tangential field.
La répartition circonférentielle des éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b permet de s’affranchir des effets de bords du champ magnétique délivré par le codeur 1, permettant d’utiliser un codeur 1 de hauteur limitée, notamment inférieure à 6.Lp.The circumferential distribution of the sensitive elements 4a, 4b, 5a, 5b makes it possible to overcome the edge effects of the magnetic field delivered by the encoder 1, making it possible to use an encoder 1 of limited height, in particular less than 6.L p .
En outre, en disposant les éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b à une distance d’entrefer de lecture de la piste magnétique 2 qui est de l’ordre de
Le capteur comprend deux groupes 4, 5 de deux éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b répartis angulairement à distance de lecture de la piste magnétique 2, système de détermination comprenant un dispositif de soustraction des signaux V4a, V4b et V5a, V5bdélivrés par les éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b de chacun desdits groupes pour former des signaux respectivement SIN et COS (
Les groupes 4, 5 d’éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b sont décalés angulairement d’un angle α qui est agencé pour que les signaux SIN et COS soient en quadrature, c'est-à-dire déphasés de 90°.Groups 4, 5 of sensitive elements 4a, 4b, 5a, 5b are angularly offset by an angle α which is arranged so that the signals SIN and COS are in quadrature, that is to say phase shifted by 90°.
De façon avantageuse, les éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b sont répartis angulairement le long de la piste magnétique 2 en formant entre les deux groupes 4, 5 un angle α qui est égal à
En particulier, par exploitation de tels signaux en quadrature, dans le capteur ou dans un calculateur associé, il est connu de déterminer la position angulaire du codeur 1, par exemple par un calcul direct d’une fonction arctangente, à l’aide d’une « Look-Up Table » (LUT) ou grâce à une méthode de type CORDIC.In particular, by exploiting such quadrature signals, in the sensor or in an associated calculator, it is known to determine the angular position of the encoder 1, for example by a direct calculation of an arctangent function, using a “Look-Up Table” (LUT) or using a CORDIC type method.
Les éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b de chacun des groupes 4, 5 sont diamétralement opposés en formant entre eux un angle de π. En relation avec la figure 1, la piste 2 comprend une paire de pôles qui permet de déterminer un angle absolu sur 360° dès la mise sous tension du système, les groupes 4, 5 d’éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b étant décalés d’un angle α qui est égal à
Les signaux S1, S2détectés par les éléments sensibles 5a, 5b du groupe 5 s’écrivent alors :The signals S 1 , S 2 detected by the sensitive elements 5a, 5b of group 5 are then written:
où A est l’amplitude du signal et b est l’angle de rotation du codeur 1.where A is the amplitude of the signal and b is the rotation angle of encoder 1.
Ainsi, pour une excentration exsuivant l’axe X contenant les éléments sensibles 5a, 5b, les signaux s’écrivent :Thus, for an eccentricity e x along the axis X containing the sensitive elements 5a, 5b, the signals are written:
Par exemple, pour une longueur polaire Lp= 2mm et une excentration de ex=0.1mm, on obtient un déphasage φ=9°, qui pourrait directement se répercuter en erreur angulaire sur la détermination du paramètre de rotation.For example, for a polar length L p = 2mm and an eccentricity of e x =0.1mm, we obtain a phase shift φ=9°, which could directly be reflected in angular error on the determination of the rotation parameter.
Ainsi, lorsque l’organe tournant sur lequel est monté le codeur 1 est soumis à un jeu axial, notamment s’il fait partie d’un montage sans roulement, par exemple utilisant des paliers lisses, l’excentration de l’axe de rotation de la piste magnétique 2 par rapport à l’axe géométrique du capteur causée par ce jeu provoque l’apparition d’une erreur de détermination importante.Thus, when the rotating member on which the encoder 1 is mounted is subjected to axial play, in particular if it is part of an assembly without bearing, for example using plain bearings, the eccentricity of the axis of rotation of the magnetic track 2 relative to the geometric axis of the sensor caused by this play causes the appearance of a significant determination error.
Mais, dans la mesure où les deux éléments sensibles 5a, 5b du groupe 5 sont diamétralement opposés, la différence des deux signaux S1et S2donne :But, to the extent that the two sensitive elements 5a, 5b of group 5 are diametrically opposed, the difference of the two signals S 1 and S 2 gives:
L’amplitude de cette différence change légèrement (de 1.3% dans notre exemple) mais sa phase ne change pas. D’autre part, l’effet de l’excentration exsur la différence des signaux des éléments sensibles 4a, 4b est minime car, selon cet axe X, les éléments sensibles 4a, 4b suivent sensiblement la courbure de la spirale qui les supporte. Leur phase respective n’est que peu modifiée.The amplitude of this difference changes slightly (by 1.3% in our example) but its phase does not change. On the other hand, the effect of the eccentricity e x on the difference in the signals of the sensitive elements 4a, 4b is minimal because, along this axis . Their respective phase is only slightly modified.
Ainsi, au total, l’effet de l’excentration exsur la détermination angulaire est minimisé. La preuve analytique complète pour des excentrations composées suivant les axes X et Y est plus complexe à obtenir, mais ce résultat est confirmé par des simulations numériques avec différentes excentrations.Thus, overall, the effect of the eccentricity e x on the angular determination is minimized. The complete analytical proof for compound eccentricities along the X and Y axes is more complex to obtain, but this result is confirmed by numerical simulations with different eccentricities.
En relation avec les figures 3 et 4, les éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b de chacun des groupes 4, 5 sont positionnés à distance de lecture de la piste magnétique 2 de sorte à détecter un champ magnétique de phase respectivement φ1et φ2, le déphasage δ = φ2– φ1étant tel que :In relation to Figures 3 and 4, the sensitive elements 4a, 4b, 5a, 5b of each of the groups 4, 5 are positioned at a reading distance from the magnetic track 2 so as to detect a magnetic field of phase respectively φ 1 and φ 2 , the phase shift δ = φ 2 – φ 1 being such that:
0,55π < δ.Npp< 0,83π, modulo 2π ; ou0.55π < δ.N pp < 0.83π, modulo 2π; Or
1,17π < δ.Npp< 1,45π, modulo 2π.1.17π < δ.N pp < 1.45π, modulo 2π.
Dans cette configuration, les signaux V1, V2délivrés par les éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b d’un même groupe 4, 5 peuvent s’écrire :In this configuration, the signals V 1 , V 2 delivered by the sensitive elements 4a, 4b, 5a, 5b of the same group 4, 5 can be written:
ω étant la vitesse de rotation, Hiétant l’amplitude de la fondamentale pour i=1 et des harmoniques de rang i pour i=3, 5, etc.ω being the rotation speed, H i being the amplitude of the fundamental for i=1 and of the harmonics of rank i for i=3, 5, etc.
Soit une soustraction des signaux V1, V2délivrés par les deux éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b déphasés magnétiquement d’un angle δ qui s’écrit :Or a subtraction of the signals V 1 , V 2 delivered by the two sensitive elements 4a, 4b, 5a, 5b magnetically phase shifted by an angle δ which is written:
En considérant un filtrage d’au moins 3 dB de l’harmonique de rang 3, il faut donc que :Considering a filtering of at least 3 dB of the third-order harmonic, it is therefore necessary that:
Par conséquent, le filtrage de l’harmonique de rang 3 est satisfaisant pour un déphase magnétique δ qui est tel que :Consequently, the filtering of the third order harmonic is satisfactory for a magnetic phase shift δ which is such that:
0,55π < δ.Npp< 0,83π, modulo 2π ; ou0.55π < δ.N pp < 0.83π, modulo 2π; Or
1,17π < δ.Npp< 1,45π, modulo 2π.1.17π < δ.N pp < 1.45π, modulo 2π.
La suppression, ou au moins l’atténuation, de l’harmonique de rang 3 dans les signaux SIN, COS traités pour déterminer le paramètre de rotation est bénéfique relativement à la précision de ladite détermination, mais également pour les algorithmes de traitement du signal qui réalisent :
- la suppression de l’offset des voies SIN et COS ;
- l’égalisation des amplitudes des voies SIN et COS ;
- la correction de phase entre les voies SIN et COS.
- the removal of the offset of the SIN and COS channels;
- equalizing the amplitudes of the SIN and COS channels;
- phase correction between the SIN and COS channels.
De façon optimale relativement au filtrage, le déphase δ est tel que δ.Nppest sensiblement égal à 2π/3 ou à 4π/3 modulo 2π, puisque l’harmonique de rang 3 est alors annulée :Optimally with respect to filtering, the phase shift δ is such that δ.N pp is substantially equal to 2π/3 or 4π/3 modulo 2π, since the harmonic of rank 3 is then canceled:
Toutefois, ce déphase δ conduit à un gain de
En relation avec la figure 3, la piste 2 comprend une paire de pôles qui permet de déterminer un angle absolu sur 360°. Outre le décalage des groupes 4, 5 d’un angle α égal à
En particulier, on peut déplacer chaque élément sensible 4c, 5c d’un groupe 4, 5 n’importe où le long de la spirale d’Archimède A4, A5passant par sa position angulaire originale d’angle γ telle que déterminée ci-dessus, ou sur la spirale équivalente d’une autre période magnétique, décalée angulairement d’un multiple de 360°/Npp, et ce jusqu’à ce que les éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b de chacun des groupes 4, 5 soient diamétralement opposés.In particular, we can move each sensitive element 4c, 5c of a group 4, 5 anywhere along the Archimedean spiral A 4 , A 5 passing through its original angular position of angle γ as determined here -above, or on the equivalent spiral of another magnetic period, angularly offset by a multiple of 360°/N pp , until the sensitive elements 4a, 4b, 5a, 5b of each of groups 4 , 5 are diametrically opposed.
On préfèrera si possible les positions où les champs magnétiques mesurés ont une bonne forme sinusoïdale et la même amplitude, notamment des positions plutôt proches du rayon RLde lecture médian.If possible, we will prefer positions where the measured magnetic fields have a good sinusoidal shape and the same amplitude, in particular positions rather close to the median reading radius R L.
En relation avec les figures 4, on décrit ci-dessous un système particulièrement adapté au pilotage d’un moteur électrique à quatre paires de pôles, ledit système fournissant la position absolue sur une paire de pôles moteur, soit 90° mécanique.In relation to Figures 4, we describe below a system particularly suited to controlling an electric motor with four pairs of poles, said system providing the absolute position on a pair of motor poles, i.e. 90° mechanical.
Pour ce faire, le codeur 1 comprend 4 paires de pôles (Npp= 4), les groupes 4, 5 d’éléments sensibles 4a, 4b, 5a, 5b délivrant des signaux SIN, COS en quadrature sur chacune des paires de pôles afin que le capteur ou le calculateur de pilotage du moteur puisse déterminer la position angulaire absolue sur un secteur angulaire de 90°.To do this, the encoder 1 comprises 4 pairs of poles (N pp = 4), the groups 4, 5 of sensitive elements 4a, 4b, 5a, 5b delivering SIN, COS signals in quadrature on each of the pairs of poles in order to that the sensor or the motor control computer can determine the absolute angular position over an angular sector of 90°.
En relation avec la figure 4a, deux éléments sensibles 4a, 4c, 5a, 5c forment entre eux un angle γ de
De même que sur la
En faisant de même pour l’autre groupe 4 d’éléments sensibles 4a, 4b, on obtient la configuration selon la
En variante représentée sur la
Claims (8)
- un codeur (1) destiné à être associé en rotation à l’organe tournant de sorte à se déplacer conjointement avec lui, ledit codeur comprenant un corps sur lequel est formée une piste magnétique (2) qui est apte à émettre un champ magnétique périodique représentatif de la rotation dudit codeur, ladite piste présentant Npppaires de pôles magnétiques Nord et Sud qui sont séparés par 2Npptransitions (3), chacune desdites transitions s’étendant suivant une spirale d’Archimède définie en coordonnées polaires par rapport à l’axe de rotation par l’équation ρ =
- un capteur de rotation comprenant deux groupes (4, 5) de deux éléments sensibles (4a, 4b, 5a, 5b) répartis angulairement à distance de lecture de la piste magnétique (2), chacun desdits éléments sensibles étant apte à détecter le champ magnétique périodique émis par ledit codeur pour délivrer un signal représentatif de la rotation du codeur (1),
- un dispositif de soustraction des signaux délivrés par les éléments sensibles (4a, 4b, 5a, 5b) de chacun desdits groupes pour former des signaux respectivement SIN et COS, lesdits groupes étant décalés angulairement d’un angle α qui est agencé pour que les signaux SIN et COS soient en quadrature ;
- an encoder (1) intended to be associated in rotation with the rotating member so as to move jointly with it, said encoder comprising a body on which is formed a magnetic track (2) which is capable of emitting a representative periodic magnetic field of the rotation of said encoder, said track having N pp pairs of North and South magnetic poles which are separated by 2N pp transitions (3), each of said transitions extending along an Archimedean spiral defined in polar coordinates with respect to the axis of rotation by the equation ρ =
- a rotation sensor comprising two groups (4, 5) of two sensitive elements (4a, 4b, 5a, 5b) angularly distributed at a reading distance from the magnetic track (2), each of said sensitive elements being capable of detecting the magnetic field periodic emitted by said encoder to deliver a signal representative of the rotation of the encoder (1),
- a device for subtracting the signals delivered by the sensitive elements (4a, 4b, 5a, 5b) of each of said groups to form signals respectively SIN and COS, said groups being angularly offset by an angle α which is arranged so that the signals SIN and COS are in quadrature;
0,55π < δ.Npp< 0,83π, modulo 2π ; ou
1,17π < δ.Npp< 1,45π, modulo 2π.Determination system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the sensitive elements (4a, 4b, 5a, 5b) of each of the groups (4, 5) are positioned at a reading distance from the magnetic track (2 ) so as to detect a magnetic field of phase respectively φ 1 and φ 2 , the phase shift δ = φ 2 – φ 1 being such that:
0.55π < δ.N pp < 0.83π, modulo 2π; Or
1.17π < δ.N pp < 1.45π, modulo 2π.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2213879A FR3143733A1 (en) | 2022-12-19 | 2022-12-19 | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2213879A FR3143733A1 (en) | 2022-12-19 | 2022-12-19 | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member |
FR2213879 | 2022-12-19 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3143733A1 true FR3143733A1 (en) | 2024-06-21 |
Family
ID=86099843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2213879A Pending FR3143733A1 (en) | 2022-12-19 | 2022-12-19 | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3143733A1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10309027A1 (en) * | 2003-03-01 | 2004-09-16 | Micro-Hybrid Electronic Gmbh | Absolute angle measuring device, has two rings with Archemedes spirals scanned by sensors on radius, with additional sensors lying outside radius |
WO2004083881A1 (en) | 2003-03-14 | 2004-09-30 | S.N.R. Roulements | Magnetoresistive sensor, comprising a ferromagnetic/antiferromagnetic sensitive element |
WO2006064169A2 (en) | 2004-12-17 | 2006-06-22 | S.N.R. Roulements | Current-loop position sensor and antifriction bearing equipped with same |
DE102005042616B4 (en) * | 2005-09-07 | 2010-07-08 | Bourns, Inc., Riverside | Rotary position sensor |
FR3078775A1 (en) | 2018-03-12 | 2019-09-13 | Ntn-Snr Roulements | SYSTEM FOR DETERMINING AT LEAST ONE PARAMETER OF ROTATION OF A ROTATING ORGAN |
US10969252B2 (en) * | 2016-09-13 | 2021-04-06 | Ntn-Snr Roulements | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member |
-
2022
- 2022-12-19 FR FR2213879A patent/FR3143733A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10309027A1 (en) * | 2003-03-01 | 2004-09-16 | Micro-Hybrid Electronic Gmbh | Absolute angle measuring device, has two rings with Archemedes spirals scanned by sensors on radius, with additional sensors lying outside radius |
WO2004083881A1 (en) | 2003-03-14 | 2004-09-30 | S.N.R. Roulements | Magnetoresistive sensor, comprising a ferromagnetic/antiferromagnetic sensitive element |
WO2006064169A2 (en) | 2004-12-17 | 2006-06-22 | S.N.R. Roulements | Current-loop position sensor and antifriction bearing equipped with same |
DE102005042616B4 (en) * | 2005-09-07 | 2010-07-08 | Bourns, Inc., Riverside | Rotary position sensor |
US10969252B2 (en) * | 2016-09-13 | 2021-04-06 | Ntn-Snr Roulements | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member |
FR3078775A1 (en) | 2018-03-12 | 2019-09-13 | Ntn-Snr Roulements | SYSTEM FOR DETERMINING AT LEAST ONE PARAMETER OF ROTATION OF A ROTATING ORGAN |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1088235B1 (en) | Bearing provided with a device for detecting magnetic pulses from an encoder whereby said device comprises several aligned sensitive elements | |
EP1269133B1 (en) | Position sensor, designed in particular for detecting a steering column torsion | |
EP1989505B1 (en) | Position sensor with variable direction of magnetization and method of production | |
EP0514530B1 (en) | Magnetic position and speed sensor having a hall probe | |
WO2008071875A2 (en) | Rotary or linear position sensor having avariable magnet profile | |
CA2973053C (en) | Bearing comprising an angular movement sensor | |
FR2947902A1 (en) | ABSOLUTE AND MULTI-PERIODIC POSITION SENSOR | |
FR3055959A1 (en) | SYSTEM FOR DETERMINING AT LEAST ONE PARAMETER OF ROTATION OF A ROTATING ORGAN | |
EP1825223B1 (en) | Current-loop position sensor and antifriction bearing equipped with same | |
EP1088202A1 (en) | Position and/or displacement sensor | |
FR2953805A1 (en) | DEVICE FOR CONTROLLING AN AIRCRAFT WITH MAGNETO-SENSITIVE ELEMENTS FOR ANGULAR POSITION DETECTION MOUNTED OUT OF AXIS | |
EP3431933B1 (en) | Assembly on a member of a system for determining the position of said member | |
EP1102995B2 (en) | Bearing provided with an information sensor | |
FR2978883A1 (en) | COMPACT POSITIONING ASSEMBLY COMPRISING AN ACTUATOR AND A SENSOR INTEGRATED IN THE ACTUATOR CYLINDER HEAD | |
EP1882907B1 (en) | Method for the determination of two signals in quadrature | |
FR2882140A1 (en) | POSITION SENSOR WITH COMPENSATED MAGNETIC POLES | |
EP3540377B1 (en) | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member | |
EP3325922A1 (en) | Sensor for measuring the absolute position of a moving part | |
EP3708963B1 (en) | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member | |
FR3143733A1 (en) | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member | |
FR2950426A1 (en) | Contactless angular position sensor for measuring small angular position of control sleeve of aircraft, has magnetic sector intercepting apex angle that is greater than or equal to angular displacement and less than specific degrees | |
EP3708964B1 (en) | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member | |
FR3055960A1 (en) | ENCODER AND SYSTEM FOR DETERMINING AT LEAST ONE ROTATIONAL PARAMETER COMPRISING SUCH A CODER | |
FR2935045A1 (en) | MULTIPOLAR ENCODER FOR POSITION SENSORS, AND DETECTION DEVICE COMPRISING SUCH AN ENCODER ASSOCIATED WITH AT LEAST ONE POSITION SENSOR | |
FR3118804A1 (en) | Non-contact position sensor comprising a permanent magnet. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20240621 |