Brevet FR2557301A1 — publié le 19850628

La présente invention concerne un arrangement pour déterminer une vitesse de rotation,comprenant un aimant dont le flux magnétique est constant dans le temps, un composant modifiant le champ de l'aimant à un rythme proportionnel à la vitesse à évaluer, ainsi qu'un capteur de champ magnétique sensible aux variations du champ magnétique. Un tel arrangemnent comprend un aimant permanent produisant un champ constant. Un composant dont la vitesse de rotation doit être mesurée ou qui est associé en permanence à une pièce dont la vitesse de rotation doit être déterminée est situé dans le champ de cet aimant et modifie ce champ à un rythme proportionnel à la vitesse à évaluer. La variation du champ magnétique est détectée par un capteur de champ magnétique et l'on peut en déduire la vitesse. Des capteurs de vitesse robustes et peu onéreux sont nécessaires, en particulier dans le domaine de l'automobile. Ils doivent être capables de déceler non seulement la vitesse de rotation, mais aussi la position angulaire de la pièce rotative. Cela permet, par exemple, la commande de l'instant d'allumage ou la commande électronique de l'ouverture et de la fermeture des soupapes. Toutefois, une condition préalable veut que la vitesse soit aussi mesurée correctement même lorsqu'elle est faible, c'est-à-dire au cours du démarrage. Les tachymètres courants ne convien- nent pas à cet usage. La mesure de vitesse par des moyens optiques, par exemple au moyen d'un système optique à interruption de faisceau lumi- neux, pose des problèmes en raison des salissures. Il est possible de déterminer une vitesse de rotation en évaluant un champ magnétique variant à un rythme proportionnel à la vitesse à mesurer. Cependant, cela présente, des difficultés,principalement causées par les champs magnétiques extérieurs. La présente invention a donc pour objet un arrangement pour déterminer une vitesse de rotation ne souffrant pas des inconvénients que l'on vient de mentionner. Selon l'invention, cet objet est atteint grâce au fait que le capteur dechamp magnétique est situé en un point o la composante de champ magnétique évaluée par le capteur de champ magnétique s'inverse lorsque le champ magnétique est modifié. L'invention met à profit le fait qu'un capteur de champ magnétique ne peut pas évaluer toutes les composantes (spatiales) d'un champ magnétique. Il est par conséquent possible de placer le capteur de champ magnétique dans un champ magné- tique relativement fort sans que le capteur réponde à ce champ. Toute variation du champ magnétique impliquant un changement de direction du -2 255730 1- champ à 'endroit o se trouve le capteur de champ magnétique, se traduit ainsi par une variation sensible de la composante de champ évaluée par le capteur de champ magnétique. Dans un arrangement judicieux, la direction de la composante de champ magnétique évaluée par le capteur de champ magnétique est inversée lorsque le champ magnétique varie. Il en résulte un comportement pratiquement numérique de capteur de champ magnétique. Les champs d'interférence mineurs n'ont pratiquement pas d'effet. D'autres avantages de l'invention apparaîtront dans la descrip- tion ci-après. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titres d'exemple non limitatif, en se reportant à la figure annexée qui représente un exemple de réalisation de l'invention. Les figures la, lb, lc sont trois vues d'un même arrangement dans lequel un aimant permanent 4 est formé de manière que ses deux pales soient face à face. Le flux magnétique entre les pôles se traduit en un champ magnétique 2. Les dents d'une roue dentée 3 s'étendent dans la région située entre les pôles de l'aimant permanent 4. En cet endroit, un capteur de champ magnétique 1 est disposé, d'un côté de la roue dentée 3. Les dents au moins de la roue dentée 3 sont faites d'un matériau. ferromagnétique. L'espacement des dents de la roue dentée 3 est plus grand que la largeur des p8les de l'aimant permanent 4. Ces pales sont suffisamment proches l'un de l'autre pour que le champ magnétique 2 s'étendant entre eux soit sensiblement influencé par les dents de la roue dentée 3. Le capteur de champ magnétique 1 est disposé de manière à répondre principalement à une seule composante du champ magnétique, parallèle à la direction du mouvement des dents de la roue dentée 3. Si les dents de la roue dentée 3 sont dans une position symétrique par rapport aux pôles de l'aimant permanent 4, le champ magnétique 2 n'a auune composante à laquelle le capteur de champ magnétique 1 puisse répondre. Si la roue dentée 3 est dans une position asymétrique, le champ magnétique 2 est également asymétrique. Des composantes du champ magnétique 2 apparaissent, au niveau du capteur de champ magnétique 1, qui sont parallèles à la direction du mouvement des dents de la roue dentée 3, donc détectables par le capteur de champ magnétique 1. A chaque fois que la roue dentée 3 passe en position de symétrie, la direction de la composante de champ magnétique évaluée par le capteur de champ magnétique 1 s'inverse. Si la force de l'aimant permanent 4 et la sensibilité du capteur de champ magnétique 1 sont choisies de façon appropriée, on peut obtenir un signal de sortie du capteurprati- quement numérique. Toute interférence par des champs magnétiques extérieurs n'aura ainsi aucun effet. Le capteur de champ magnétique est de préférence un de ceux qui font application de l'effet Hall planar. Il est connu,et appliqué depuis longtemps, mesurer des champs magnétiques en employant l'effet Hall cou- rant. Lorsqu'un corps conducteur de l'électricité est traversé par un cou- rant électrique et qu'un champ magnétique est appliqué simultanément à travers ce corps, dans une direction perpendiculaire à celle du courant électrique, un champ est produit perpendiculairement à ces deux direc- tions et son amplitude peut être déduite de la tension disponible au travers de la surface du corps. Il est toutefois moins connu,et il n'a pas encore été mis en pratique,qu'un champ se développe aussi prependiculai- rement à la direction du courant dans le plan déterminé par le champ magnétique et la direction du courant électrique. Cet effet est ainsi appelé "effet Hall planar". Un capteur de champ magnétique applicant cet effet est constitué par un disque circulaire ou une plaque carrée, par exemple, manifestant une anisotropie magnétique dont la direction préférentielle est contenue dans le plan du disque ou de la plaque. Le disque ou la plaque a quatre élec- trodes régulièrement distribuées autour de sa circonférence et forment deux trajets de courant dont l'un est parallèle à la direction préféren- tielle de l'anisotropie magnétique. De tels capteurs de champ magnétique sont habituellement fabriqués par la technique des films minces, telle qu'exposée, par exemple, dans l'article de V.D.Ky "Planar Hall effect in ferromagnetic films", publié dans "Phys. Stat. Sol.", Vol.26, p.565 (1968) / La couche active du capteur de champ magnétique 1 peut être déposée par évaporation sous vide ou pulvérisation cathodique. La direction préférentielle de magnétisation est obtenue, par exemple, par un recuit ultérieur sous un champ magnétique. Des matériaux convenant particulière- ment pour la couche active du capteur de champ magnétique 1 sont les métaux ferromagnétiques amorphes, qui ont d'excellentes propriétés magnétiques et conviennent idéalement à la réalisation de couches minces. Des métaux amorphes qui sont des alliages basés sur des éléments de tran- sition du groupe du fer fournissent de bonnes propriétés ferromagnétiques. Le métal amorphe peut contenir un ou plusieurs métalloïdes (B,C,Si,Ge,P), de même que du titane, zirconium, hafnium, et/ou niobium. Jusqu'à 5% (en nombre d'atomes)du métal amorphe peut consister d'autres éléments. Des métaux amorphes convenant particulièrement sont les alliages à base Co-Fe, de préférence Co FeyB100 y, avec 70 (en % d'atomes). 4 2557301 REVENDICATIONS. 1. Arrangement pour déterminer une vitesse de rotation, compre- nant un aimant dont le flux magnétique est constant dans le temps, un composant modifiant le champ de l'aimant à un rythme proportionnel à la vitesse à mesurer et un capteur de champ magnétique sensible aux variations du champ magnétique, caractérisé en ce que le capteur de champ magnétique est situé en un point o la direction de la composante de champ magnétiqje évaluée par le capteur de champ magnétique (1) s'inverse lorsque le champ magnétique est modifié. 2. Arrangement tel que défini en 1, caractérisé en ce que le composant modifiant le champ magnétique est une roue dentée (3), l'espace- ment des dents de la roue dentée (3) étant supérieur à la largeur des pôles de l'aimant (4), les dents au moins de la roue dentée (3) ayant des pro- priétés ferromagnétiques, en ce que les p8les de l'aimant (4) sont dispo- sés des deux côtés de la roue dentée (3) de manière que les dents de la roue dentée (3) passent entre les pôles de l'aimant (4) et influencent le champ magnétique (2) en cet endroit, en ce que le capteur de champ magné- tique (1) est situé d'un des côtés de la roue dentée (3), entre les pôles de l'aimant (4) et en ce que le capteur de champ magnétique répond ainsi aux composantes de champ magnétique qui sont parallèles à la direction du mouvement des dents de la roue dentée (3). 3. Arrangement tel que défini en 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur de champ magnétique (1) comprend une couche active mettant en oeuvre l'effet Hall planar. 4. Arrangement tel que défini en 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la couche active du capteur de champ magnétique (1) est faite de métal ferromagnétique amorphe. 5. Arrangement tel que défini en 4, caractérisé en ce que le métal amorphe est un:alliage basé sur des éléments de transition du groupe du fer. 6. Arrangement tel que défini en 5, caractérisé en ce que le métal amorphe contient au moins un métalloïde (B, C, Si, Ge, P). 7. Arrangement tel que défini en 5 ou 6, caractérisé en ce que le métal amorphe comprend le titane, zirconium, l'hafnium et ou le niobium. 8. Arrangement tel que défini dans l'une quelconque des reven- dications 5 à 7, caractérisé en ce que jusqu'à 5% (en nombre d'atomes) du métal amorphe consiste en d'autres éléments. 9. Arrangement tel que défini en 5, caractérisé en ce que le mé- tal amorphe est un alliage à base Co-Fe. 10. Arrangement tel que défini en 6 et 9, caractérisé en ce que le métal amorphe est un CoFe E Cox Fey B100-x-y dans lequel