Brevet FR2319113A1 — publié le 19770218

On sait que l'on a souvent besoin de repérer avec précision la position angulaire d'un arbre de rotation par rapport à un repère fixe dans une gamme étendue de vitesses de rotation de l'arbre. Ce problème se pose particulièrement pour la commande de l'allumage d'un moteur à combustion interne, destiné en particulier aux véhicules automobiles, où l'on cherche, à partir des indications données par un capteur magnétique fixe, à définir la position angulaire d'un arbre d'allumeur dont la rotation est entratnée par celle du viletrequin du moteur.On peut ainsi déterminer, par les indications du capteur, le moment où l'un des pistons passe par son point mort haut ou toute position décalée par rapport à ce point mort haut dans le sens de l'avance ou du retard, ce qui permet de déclencher l'étincelle d'allumage au moment désiré lorsqu'on s'est fixé la valeur de l'avance ou du retard. On a déjà proposé dans la demande de brevet français n 73-18 573 un capteur magnétique perfectionné permettant de générer un signal fonction de la position angulaire de 1 'arbre par rapport à un repère fixe lié au stator du capteur, indépendamment de toute influence de la vitesse de rotation dudit arbre.Un tel capteur magnétique comporte un circuit magnétique où l'on génère un flux magnétique, par exemple au moyen d'un aimant permanent, une partie du circuit magnétique étant constituée par au moins une partie de came solidaire d'un arbre de rotation et séparée de la partie fixe du circuit magnétique par au moins un entrefer variable, au moins une bobine électro-magnétique étant disposée sur une zone du circuit magnétique, les bornes de la bobine électro-magnétique du capteur étant reliées aux entrées d'un circuit intégrateur et les bornes de sortie du circuit intégrateur constituant les bornes sur lesquelles est généré le signal électrique permettant de repérer la position angulaire de l'arbre de rotation par rapport à un repère fixe.Un tel capteur permet d'obtenir un signal indépendant de la vitesse de rotation de l'arbre mais ce signal n'est proportionnel à l'angle de repérage définissant la position angulaire dudit arbre de rotation que dans une partie relativement restreinte à l'intérieur d'une mAeme période. L'utilisation d'un tel capteur magnétique pour la commande d'un dispositif d'allumage électronique a déjà été décrite dans le brevet français 73-18 574 et l'on a constaté que, pratiquement, il était regrettable que les tensions de sortie du circuit intégrateur ne soient pas parfaitement proportionnelles aux angles de rotation de l'ar- bre da;s un large domaine de la période du signal obtenu.Cet in convenaient est dû au fait que le flux magnétique qui traverse l'aiinant permanent du capteur n'est pas constant pendant une période du signal puisque ledit signal est généré par la variation de ce flux au cours du temps. La présente invention a, en conséquence, pour but de pallier les inconvénients inhérents aux capteurs magnétiques de l'état de la technique en proposant un capteur magnétique dans lequel le flux traversant l'aimant est constant, ce capteur permettant, lorsqueson signal est amené sur l'entrée d'un intégrateur, d'obtenir à la sortie dudit intégrateur un signal indépendant de la vitesse de rotation du rotor et parfaitement proportionnel à l'angle de repérage dudit rotor. La présente invention a donc pour objet le produit industriel nouveau que constitue un capteur magnétique comportant un circuit magnétique constitué d'un stator et d'un rotor séparés par au moins une zone d'entrefer, le capteur produisant au moins un signal utilisable, par exemple, pour le repérage de la position du rotor par rapport au stator, un organe générateur de flux étant inséré dans le circuit magnétique, caractérisé par le fait que le flux magnétique traverse le circuit magnétique selon au moins deux voies magnétiques disposées en parallèle, au moins une bobine électro-magnétique génératrice du signal produit par le capteur étant traversée par l'une des voies magnétiques du circuit, chaque voie magnétique ayant une réluctance variable selon la position du rotor, la réluctance équivalente de l'ensemble des voies magnétiques du circuit étant constante quelle que soit la position du rotor. I1 importe de souligner que le principe essentiel de l'invention tient dans le fait que le flux magnétique qui traverse l'organe générateur de flux reste constant quelle que soit la position du rotor puisque la réluctance équivalente de l'ensemble des voies magnétiques du circuit reste également constante. Il en résulte que, dans un tel capteur, il n'existe pas de force magnétique se manifestant entre le stator et le rotor ce qui n'entache pas d'erreurs l'action des autres dispositifs qui peuvent être branchés sur l'arbre du rotor, par exemple l'action d'un dispositif d'avance centrifuge si le capteur est utilisé pour commander l'allumage d'un moteur à combustion interne destiné à un véhicule auto mobile.De plus, cette disposition permet d'obtenir, à la sortie de la bobine électro-magnétique du capteur, un signal proportionnel à la variation de flux dans la bobine au cours du temps, ce signal étant beaucoup plus rectangulaire que dans le cas où le flux à travers l'organe générateur de flux du capteur ne reste pas constant ; il en résulte que SI lton applique ce signal à l'entrée d'un intégrateur, on obtient sur la sortie de cet intégrateur un signal, qui non seulement est indépendant de la vitesse de rotation du rotor, ce qui était connu d'après la demande de brevet français 73-18 573, mais qui également est parfaitement proportionnel à l'angle de repérage de la position du rotor.Le capteur selon l'invention peut donc avantageusement être utilisé pour commander un dispositif d'allumage électronique pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, par exemple, un dispositif du type de celui qui est décrit dans le brevet français 73-18 574. Dans un mode préféré de réalisation, le rotor du capteur est une came comportant au moins deux dents disposées symétriquement par rapport à l'axe du- otor, les paires de dents symétriques étant, lorsque le rotor comporte plus de deux dents, régulièrement réparties autour dudit axe ; l'organe générateur de flux est inséré dans la partie du circuit magnétique qui correspond au stator ; l'organe générateur de flux est un aimant permanent ; les différentes voies magnétiques du circuit magnétique ont une partie commune ; la partie commune des différentes voies magnétiques comprend une première zone de stator, dont le développement circonférentiel en vis-à-vis du rotor est égal à la largeur d'une dent du rotor augmentée de la valeur de l'intervalle existant entre deux dents successives du rotor ; le circuit magnétique comporte deux voies magnétiques disposées en parallèle ; le stator comporte, entre l'organe générateur de flux et le rotor et du cEté organe générateur de flux où ne se trouve pas la partie commune des deux voies magnétiques, une deuxième zone de stator constituée de deux cornes polaires disposées de façon que, lorsqu'une dent du rotor et un intervalle inter-dent dudit rotor rorment la totalité du vis-à-vis de la première zone de stator, l'une des cornes polaires forme la totalité du vis-à-vis d'une dent du rotor alors que l'autre corne polaire forme la totalité du vis-à-vis d'un intervalle inter-dent dudit rotor ; les deux cornes polaires du stator sont symétriques par rapport au plan passant par l'axe du rotor et par le point milieu de l'entrefer afférent à la première zone du stator. Dans une première variante, le rotor comporte deux dents s'étendant chacune sur 900 d'angle, les cornes polaires du stator s'étendant chacune sur 900 d'angle et la première zone du stator s'étendant sur 1800 d'angle en vis-à-vis des deux cornes polaires. Bans une deuxième variante, le rotor comporte quatre dents s'étendant chacune sur 45 d'angle, la première zone du stator s'étendant sur 900 d'angle et les deux cornes polaires du stator s'étcndant chacune sur 45 d'angle. te capteur selon l'invention peut comporter une ou plusieurs bobines électro-magnétiques fournissant un signal de sortie, chaque bobine étant disposée sur l'une des voies magnétiques du circuit. Comme il a été indiqué précédemment, l'une des bobines du capteur peut Autre branchée sur ltentrée d'un intégrateur dont la sortie commande un dispositif d'allumage électronique associé à un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Selon une réalisation préférée, et afin de réduiqe Les aortes et/ou le rotor dues à la fréquence des variations de flux, le stator/sontcnsti- tuésd'un empilement de tôles magnétiques, ce qui lui confère une structure feuilletée. La présente invention a également pour objet le produit industriel nouveau que constitue un distributeur d'allumage destiné en particulier à assurer l'allumage d'un moteur de véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur magnétique tel que ci-dessus dring; Pour mieux faire comprendre I'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratifs et non limitatifs deux modes de réalisation représentés sur le & ssin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente schématiquement une première variante de réalisation du capteur selon l'invention, cette variante comportant un rotor à deux dents ; - la figure 2 représente schématiquement une deuxième variante de réalisation du capteur selon l'invention, ce capteur comportant un rotor à quatre dent. En se référant à la figure 1, on voit que l'on a désigné par 1, dans son ensemble, le stator du capteur selon l'invention, ledit stator coopérant avec un rotor désigné par 2 dans son ensemble. Le rotor 2 comporte deux dents 3 symétriques par rapport à son axe, lesdites dents 3 s'étendant chacune sur 90 d'angle. Le stator 1 comprend une première zone 4 définissant une paroi cylindrique en vis-à-vis du rotor 2 et stétendant sur 1800 d'angle. Cette première zone 4 est reliée magnétiquement à l'une des faces d'un aimant permanent 5, l'autre fate dudit aimant 5 étant en contact avec une deuxième zone du stator constituée de deux cornes polaires 6 et 7 disposées en parallèle pour le passage du flux magnétique ; les cornes polaires 6 et 7 définissent chacune une paroi cylindrique disposée en vis-à-vis du rotor 2 et s'étendant sur 900 d'angle. L'ensemble des cornes polaires 6 et 7 se trouve donc placé, par rapport à la première zone 4 du stator, symétriquement par rapport à 1'axe du rotor. Les valeurs angulaires ci-dessus données sont approximatives et font abstraction des espacements existants entre les éléments 4, 6 et 7. Autour de la corne polaire 7, on a disposé une bobine électromagnétique 8, qui esteVrtveerOteOtpar le flux passant dans la corne polaire 7. Le stator l/sontconstituésd'un empilement de t8les magnétiques pour éviter les pertes dues à la fréquence des variations de flux dans le circuit magnétique. On constate que le flux magnétique circulant dans le capteur, qui vient d'entre décrit, peut suivre deux voies magnétiques disposées en parallèle par rapport à l'élément 5 : l'une de es voies passe par la corne polaire 6, l'entrefer qui lui fait vis-à-vis, le rotor 2 et se referme par la première zone 4 du stator ; l'autre voie de passage du flux magnétique passe par la corne polaire 7, l'entrefer qui lui fait vis-à-vis, le rotor 2, et se referme par la première zone 4 du stator. Ces deux voies de passage du flux magnétique ont une partie commune, à savoir celle qui correspond à la première zone 4 du stator.La réluctance de chacune des voies magnétiques est variable en fonction du temps, selon la position des dents 3 du rotor 2 par rapport aux bordures des cornes polaires 6 et 7. il en résulte que le flux magnétique, qui traverse l'une ou autre des deux cornes polaires 6 et 7, est variable en fonction du temps, de sorte que l'on induit dans la bobine 8 une tension proportionnelle à la variation du flux. Cependant, la réluctance totale équivalente à ensemble des deux voies de passage du flux magnétique est constante, car en vis-àvis des deux bordures des deux cornes polaires 6 et 7, il y a toujours 900 occupés par une dent du rotor et 900 occupés par un intervalle inter-dents.Dans ces conditions, le flux qui traverse l ment 5 est constant et l'on constate que le signal obtenu à la sortie de la bobine 8 est un signal parfaitement rectangulalre qui, lorsqu'il est envoyé à l'entrée d'un intégrateur, permet d'obtenir un signal proportionnel à un angle de repérage définissant la position du rotor 2 par rapport au stator 1. La bobine 8 permet ainsi, en combinaison avec un intégrateur (non représenté sur le dessin), d'obtenir un signal parfaitement adapté à la commande d'un dispositif électronique destiné à l'allumage des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles. Sur la figure 2, on a représenté une autre variante de réalisation du capteur selon l'invention. Sur cette figure, le stator du capteur a été désigné par 11 et le rotor par 12 dans leur ensemble. te rotor 12 comporte quatre dents 13 s'étendant chacune sur 450 d'angle, deux dents successives étant séparées par un intervalle de 45 * Le stator comporte une première zone 14 s'étant sur 900 d'an & e, cette première zone ayant la forme d'une armature cylindrique et étant accolée à l'une des faces d'un aimant permanent 15.L'autre face de l'aimant 15 est accolée à la deuxième zone du stator, qui est constituéede deux secteurs cylindriques symétriques par rapport au plan médian de l'armature 14, ledit plan médian passant par l'axe du rotor 12. Chacune des deux parties cylindriques de la deuxième zone du stator comporte à son extrémité une corne polaire 16 et 17 respectivement, s1éten- dant sur 450 d'angle. Le stator/sontconstituésdtun empilement de telles, comme il a été indiqué pour la première variante.Autour de la liaison magnétique existant entre l'aimant 15 et chacune des cornes polaires 16 et 17, on a disposé une bobine électromagnétique 1 i, 18b respectivement. Compte-tenu de la symétrie, les signaux émis par les deux bobines 1 i, l8b sont identiques mais décalés dans le temps. Le fonctionnement de ce capteur est identique à celui qui a été décrit pour la première variante : le flux magnétique peut passer par deux voies disposées en parallèle, l'une qui part de l'aimant 15 passe par la corne polaire 16 et revient par le rotor 12 en direction de l'armature 14, l'autre partant de l'aimant 15 passant par la corne polaire 17 et revenant par le rotor 12 en direction de l'armature 14. Les deux voies magnétiques ont une partie commune qui correspond au passage par le rotor 12 et la première zone de stator que constitue 1'armature 14. ta rélus- tance de chacune des deux voies est variable selon la position du rotor, de sorte que le flux passant par chacune des deux voies varie au cours du temps, ce qui génère une tension induite aux bornes des bobines 18a ou 18b. Par contre, la réluctance équivalente à l'ensemble des deux voies de passage du flux magnétique est constante, de sorte que le flux magnétique qui traverse l'aimant 15 est constant, quelle que soit la position du rotor. On eonstate que, dans ces conditions, la tension induite dans les - bobines 18a,18b, correspond à un signal en forme de créneau rectangulaire qui, après traitement par un intégrateur, fournit une tension parfaitement proportionnelle à un angle de repérage de la position du rotor 12 par rapport au stator. Il est bien entendu que les modes de réalisation cidessus décrits ne sont aucunement limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention; en particulier, organe générateur de flux peut constituer tout ou partie du rotor. R E V E N D I C A T I O K S 1 - Capteur magnétique comportant un circuit magnétique constitué dlun stator et d'un rotor séparés par au moins v-ne zone d'entrefer, le capteur produisant au moins un signal utilisable, par exemple, pour le repérage de la position du rotor par rapport au stator, un organe générateur de flux étant inséré dans le circuit magnétique, caractérisé par le fait que le flux magnétique traverse le circuit magnétique selon au moins deux voies magnétiques disposées en parallèle, au moins une bobine électro-magnétique génératrice du signal produit par ie capteur étant traversée par l'une des voies magnétiques du circuit, chaque voie magnétique ayant une réluctance variable selon la position du rotor, la réluctance équivalente de l'ensemble des voies magnétiques du circuit étant constante quelle que soit la position du rotor. 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé par 'le fait que le rotor est une came comportant au moins deux dents disposées symétriquement par rapport à l'axe du rotor, les paires de dents symétriques étant, lorsque le rotor comporte plus de deux dents, régulièrement réparties autour dudit axe. 3 - Capteur selon l'une des revendicatiows 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'organe générateur de flux est inséré dans la partie du circuit magnétique qui correspond au stator. 4 - Capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'organe générateur de flux est un aimant permanent. 5 - Capteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que les différentes voies magnétiques du circuit magnétique ont une partie commune. 6 - Capteur selon les revendications 2 et 5 prises simultanément, caractérisé par le fait que la partie commune des différentes voies magnétiques comprend une première zone de stator dont le développement circonférentiel en vis-à-vis du rotor est égal à la-largeur d'une dent du rotor augmentée de la valeur de l'intervalle existant entre deux dents successives du rotor. 7 - Capteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le circuit magnétique comporte deux voies magnétiques disposées en parallèle. 8 - Capteur selon les revendications 6 et 7 prises simultanément, caractérisé par le fait que le stator comporte, entre l'organe générateur de flux et le rotor, et du c8té dudit organe générateur de flux où ne se trouve pas la partie commune des deux voies magnétiques, une deuxième zone de stator constituée de deux cornes polaires disposées de façon que, lorsqu'une dent du rotor et un intervalle inter-dent dudit rotor forment la totalité du vis-à-vis de la première zone de stator, l'une des cornes polaires forme la totalité du vis-à-vis d'une dent du rotor, alors que l'au- tre corne polaire forme la totalité du vis-à-vis d'un intervalle inter-dent dudit rotor. 9 - Capteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les deux cornes polaires du stator sont symétriques par rapport au plan passant par l'axe du rotor et par le point milieu de l'entrefer afférent à la première zone du stator. 10 - Capteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le rotor comporte deux dents s'détendant chacune sur 90" d'angle, les cornes polaires du stator s 'étendant chacune sur 900 d'angle et la première zone du stator s'détendant sur 1800 d'angle en vis-à-vis des deux cornes polaires. Il - Capteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le rotor comporte quatre dents s'détendant chacune sur 450 d'angle, la première zone du stator s'étendant sur 900 d'angle et les deux cornes polaires du stator s'étendant chacune sur 450 d'angle. 12 - Capteur selon l'une des revendications I à 11, caractérisé par le fait que la bobine électromagnétique ou l'une au moins des bobines électromagnétiques du capteur est branchée sur l'entrée d'un intégrateur dont la sortie commande un dispositif d'allumage électronique associé à un moteur à compression interne 13 - Capteur selon leut70eut r%%%erndications 1 à 12, carractérisé par le fait que le stator/sont réalises par un empilement de tales magnétiques. 14 - Distributeur d'allumage, destiné en particulier à assurer l'allumage d'un moteur de véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur magnétique selon l'une des revendications I à 13.