Brevet FR2562253A1 — publié le 19851004

La présente invention concerne un dispositif pour capter la vitesse de rotation et/ou un angle de ro- tation d'un arbre, comportant un capteur de mouvement tournant avec l'arbre, comportant sur sa périphérie des zones de grande activité magnétique et de faible acti- vité magnétique, notamment un capteur ferromagnétique de mouvement agencé sous forme d'un engrenage ou d'un dia- phragme à trous ou fentes, se composant d'un détecteur sensible à un champ magnétique, explorant le capteur de mouvement, placé à distance de celui-ci et se composant d'un noyau à bande plate mince, à magnétisme doux, de préférence de haute perméabilité et à faibles pertes par hystérésis et courants de Foucault, sur lequel est enrou- lée une bobine perpendiculairement à sa direction longi- tudinale et comportant des bornes, un aimant permanent disposé également à distance du capteur de mouvement et du détecteur, le détecteur et l'aimant permanent étant placés spatialement l'un derrière l'autre par rapport au capteur de mouvement et étant disposés de telle sorte que les lignes de champ de l'aimant permanent traversent perpendiculairement le côté plat du noyau à bande plate, ainsi que d'un circuit d'évaluation dans lequel la bobine est intégrée par l'intermédiaire de ses bornes. Il est connu de détecter magnétiquement des vitesses de rotation, des repères de référence ou analo- gues de parties tournantes à l'aide de capteurs, par exemple à l'aide de capteurs inductifs (demande de brevet allemand DE-OS 29 39 643, DE-OS 29 24 290), de générateurs de Hall (demande de brevet allemand DE-OS 32 31 391, DE-OS 28 14 606), de détecteurs magnéto-résistifs (DE-OS 31 22 376), ou d'éléments de Wiegand. Tous les dispositifs nécessitent à cet effet comme capteurs de mouvement une roue ferromagnétique de captage, se présentant dans la plupart des cas sous la forme d'un engrenage ou bien d'un diaphragme à perforations ou fentes. La prémagnétisation nécessaire dans le détec- teur est produite par au moins un aimant permanent. En variante, les aimants peuvent également être disposés sur le capteur de mouvement. Cependant, on utilise pour le captage de signaux toujours la modulation du flux magnétique passant dans le détecteur sous l'effet du mouvement de rotation. Dans la plupart des cas, on a utilisé jusqu'à maintenant dans le domaine automobile le capteur induc- tif car il est robuste et d'une construction simple et car il possède une grande plage de températures de tra- vail. Cependant, son application au captage de très faibles vitesses de rotation, telles que celles de pro- duisant par exemple dans des systèmes anti-blocage ou dans la régulation de propulsion, est associée à des difficultés car son signal de sortie est fonction de la vitesse de rotation. Egalement le dispositif faisant l'objet de la demande de brevet allemand DE-OS 32 05 625, qui uti- lise un capteur inductif comportant deux bobines de détection et dans lequel le quotient des deux induc- tances de bobines est évalué, n'apporte dans ce cas aucune assistance car simplement des variations éven- tuelles d'entrefer entre le détecteur et le capteur de mouvement sous éliminées. L'invention a pour but de perfectionner un dispositif dutype précité, en conservant les avantages confirmés d'un capteur inductif, de telle sorte qu'égale- ment il soit possible de capter des mouvements de rotation très lents, notamment sans avoir à réduire l'espacement entre le dispositif et le capteur de mouvement. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que: l'aimant permanent est disposé par rapport au capteur de mouvement en étant tourné vers celui-ci et en étant disposé avec des pôles orientés dans sa direc- tion périphérique en amont du détecteur et, en même temps que celui-ci, dans un plan horizontal, le noyau à bande plate étant également orienté dans une direc- tion longitudinale perpendiculairement à l'axe magné- tique de l'aimant permanent et par rapport au capteur de mouvement, et en ce que la bobine du détecteur est alimentée par le circuit d'évaluation A avec un courant alternatif amplifié de haute fréquence et le noyau à bande plate est commandé dans la condition de satura- tion; ainsi le dispositif conforme à l'invention possède les avantages de robustesse et de grande plage de températures du capteur inductif en même temps que l'avantage que la limite inférieure de fréquence est 0. En outre un autre avantage concerne la grande sen- sibilité qui permet de prévoir un espacement relative- ment grand entre le dispositif et le capteur de mou- vement. Selon d'autres particularités de l'invention: 1. Par rapport au capteur de mouvement, d'une part l'aimant permanent et le détecteur sont disposes dans une direction radiale l'un derrière l'autre et d'autre part les pôles de l'aimant permanent sont dis- posés en étant orientés tangentiellement à ce capteur. 2. L'aimant permanent et le détecteur sont disposés l'un derrière l'autre, dans la direction axiale du capteur de mouvement et dans son voisinage périphérique. 3. La largeur de l'aimant permanent corres- pond à peu près à la largeur ou à la hauteur de la zone de grande activité magnétique du capteur de mouvement et l'épaisseur de l'aimant permanent correspond à peu près à l'épaisseur de la zone de grande activité magné- tique du capteur de mouvement. 4. L'aimant permanent se compose d'un alliage de samarium-cobalt. 5. Le noyau à bande plate du détecteur est disposé, pour former un corps de bobine, entre deux plaquettes minces en céramique et est de préférence collé sur celles-ci. 6. La bobine du détecteur est formée par enroulement d'un fil de cuivre isolé et résistant à la chaleur. 7. La bobine du détecteur est fabriquée conformément à une technique de films minces ou épais. 8. Il est prévu sur la longueur de l'aimant permanent et du détecteur et parallèlement aux surfaces polaires et aux côtés de bande plate, avec espacement, des tôles directrices de flux constituées d'un alliage à magnétisme doux. 9. L'aimant permanent, le détecteur et les t6les directrices de flux sont disposés dans un carter s'étendant sur leur longueur. 10. Les tôles directrices de flux font partie du carter. 11. Le carter est fabriqué à partir d'un maté- riau formant écran magnétique. 12. Le détecteur est branché dans le circuit d'évaluation A en série entre une capacité et une résis- tance reliée à la masse, et est alimenté par une tension amplifiée de haute fréquence produite par un générateur de tension rectangulaire et est commandé dans la condi- tion de saturation. - 13. Le détecteur est incorporé sous forme d'une inductance commandée magnétiquement dans un circuit oscillateur du circuit d'évaluation. 14. L'aimant permanent se compose de deux aimants partiels, qui sont fixés sur les côtés plats du noyau à bande plate. Ainsi en fonction des conditions d'installation et sans altération des avantages du dispositif, celui-ci peut être installé - par rapport au capteur de mouvement - aussi bien dans une direction radiale que dans une direc- tion axiale par rapport à ce capteur, auquel cas, malgré une disposition de l'aimant permanent et du détecteur l'un derrière l'autre dans leur orientation longitudi- nale, les dimensions extrêmement petites de la structure apportent un autre avantage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: 20. La Figure la est une représentation schéma- tique montrant l'orientation radiale du dispositif par rapport au capteur de mouvement; La Figure lb montre de façon schématique l'orientation axiale du dispositif par rapport au capteur de mouvement; La Figure le montre de façon schématique l'orientation radiale du dispositif, l'aimant perma- nent se composant cependant de deux aimants partiels disposés sur le noyau à bande plate; 30. La Figure 2a montre la mise en pratique du principe correspondant dans le cas d'un trajet non per- turbé des lignes de champ; La Figure 2b montre un trajet de lignes de champ perturbé par déviation vers le haut; La Figure 2c montre un trajet de lignes de champ perturbé par déviation vers le bas; 5. La Figure 3 représente un premier exemple de réalisation du circuit d'évaluation du dispositif, dans lequel est intégrée la bobine de détecteur; et La Figure 4 représente un second exemple de réalisation du circuit d'évaluation dans lequel la bobine de détecteur est intégrée. Sur les Figures la et lc, on a représenté un capteur de mouvement 1 sous la forme d'un engrenage, qui est relié à l'arbre dont la vitesse de rotation doit être déterminée. Les zones de grande activité magnétique du capteur de mouvement 1 sont constituées dans ce cas par les dents 2 tandis que les zones de faible activité magnétique sont constituées par les intervalles entre dents 3. Dans la direction radiale 4 du capteur de mou- vement 1, il est prévu à distance de la dent 2 un aimant permanent 5 de forme parallélépipédique - se composant, à cause des faibles dimensions possibles, avantageuse- ment d'un alliage de samarium-cobalt -, dont les pôles ' et 5" et par conséquent également l'axe magnétique "' sont orientés dans une direction périphérique ou dans une direction tangentielle 6 du capteur de mouve- ment 1. Les dimensions des aimants permanents sont choisies à cet égard de telle sorte que sa largeur correspond à peu près à la largeur de la dent 2 - Figure la - ou bien à la hauteur de la dent 2 - Figure lb - et que son épaisseur corresponde à peu près à l'épaisseur de la dent 2. Dans une direction radiale 4, le détecteur 7 est en outre disposé à faible distance de l'aimant permanent 5 et il est placé avec celui-ci dans un plan horizontal. Le détec- teur 7 se compose d'un noyau à bande plate 8 mince, à magnétisme doux, ayant de préférence une grande perméa- bilité et de faible perte par hystérésis et courants de Foucault - il s'est avéré particulièrement avantageux d'utiliser l'alliage amorphe Vitrovacx 6025 X sous forme de bandes minces (25 4m) - et une bobine 9 enroulée sur ce noyau perpendiculairement à sa direction longitudinale et comportant des bornes 10 et 11. Le détecteur 7 est par exemple fabriqué de telle sorte qu'un tronçon de bande plate formé de l'alliage précité et ayant des dimensions de 20 x 2,5 x 0,025 mm soit interposé entre deux plaquet- tes minces en céramique ayant des dimensions de x 3 x 0,5 mm et soit collé sur celles-ci; le corps de bobine ainsi formé est ensuite enroulé d'environ 250 à 500 spires d'un fil de cuivre isolé et résistant à la chaleur ayant par exemple un diamètre de 0,1 mm; en variante, la bobine et/ou l'alliage amorphe peuvent également être disposés sur la bande plate sous la forme d'un film métallique, par exemple d'après la technique des fils minces ou épais. Conformément à la Figure lc, les deux aimants partiels 5.1 ou 5.2 de l'aimant permanent 5 peuvent aussi être disposés sur le noyau à bande plate 8, lorsque cet aimant est réalisé en deux parties notamment pour des raisons de fabrication. Le détecteur 7 est disposé par rapport à l'aimant permanent 5 de façon que la direction longi- tudinale du noyau à bande plate 8 soit orientée dans une direction radiale 4 - c'est-à-dire perpendiculai- rement à l'axe magnétique 5"' et au capteur de mouvement 1 ou à la dent 2 - et les côtés plats 8' sont orientés dans une direction tangentielle 6. L'exemple de réalisation de la Figure lb se différencie de cette structure seulement par le fait que l'aimant 5 et le détecteur 7, au lieu d'être disposés dans l'orientation radiale 4 du capteur de mouvement 1 sont disposés dans une orientation axiale 12 et dans son voisinage périphérique. Lorsque maintenant, comme le montre la Figure 2a, une dent 2 du capteur de mouvement 1, l'aimant permanent 5 et le détecteur 7 sont disposés dans une direction radiale 4 dans un plan, les lignes de champ de l'aimant permanent 5 traversent perpendiculairement d'une part le côté plat 8' du noyau à bande plate 8 et d'autre part la dent 2. Pour cette symétrie idéale de l'agencement et par conséquent pour un trajet non per- turbé des lignes de champ, il n'existe pas de composantes de champ qui soient orientées dans une direction-radiale 4 ou dans une direction longitudinale du détecteur. A l'aide de tôles directrices de flux additionnels 13 constituées d'un alliage à magnétisme doux, par exemple du "Permenorm", il est possible d'obtenir, si nécessaire, une meilleure concentration des lignes de champ sur le détecteur, auquel cas on peut faire en sorte, par un profilage correspondant de ce dernier, qu'il ne se produiseaucun amortissement additionnel des courants de Foucault aux vitesses de rotation supérieures. L'ensemble considéré est à nouveau placé dans un carter protecteur approprié 14, formé de préférence d'un matériau d'iso- lation magnétique, qui est pourvu des moyens connus de montage de capteurs inductifs et qui soulage en traction les bornes 10, 11 de la bobine. Lorsque maintenant la symétrie de répartition de champ est perturbée par le trajet de retour ferro- magnétique des lignes de champ dans une dent 2 passant devant, les lignes de champ de l'aimant permanent 5 - cf Figure 2b et Figure 2c - ne traversent plus perpen- diculairement le détecteur 7 et il se produit dans la direction longitudinale du détecteur (qui correspond à l'orientation radiale 4) une composante de champ 15 qui produit une prémagnétisation du noyau à bande plate 8 dans sa direction longitudinale. En fonction de la déviation de la répartition de champ, la composante de champ 15 est dirigée vers l'aimant permanent 5 - la Figure 2b montre la déviation de répartition de champ vers le haut sous l'action de la dent 2 - ou bien elle est dirigée en sens opposé à l'aimant permanent 5 - la Figure 2c montre la déviation de la répartition de champ produite vers le bas par la dent 2 -ô de sorte qu'il est également possible, à partir de la direction de prémagnétisation de la composante de champ 15, de distinguer si la dent 2 produit principalement une déformation de champ vers le haut ou vers le bas. Comme le montrent les Figures 3 et 4, le détecteur 7 fait partie intégrante d'un circuit d'évaluation A du fait que la bobine 9 est intégrée au circuit de commande par l'intermédiaire des bornes 10, 11. Par le circuit d'évaluation A, la bobine 9 est alimentée avec un courant alternatif amplifié de haute fréquence (par exemple de 100 kHz) et le noyau à bande plate 8 est ainsi commandé dans la condition de saturation. Dans le cas d'une répartition de champ non perturbé et par conséquent d'une composante de champ 15 se produisant dans la direction longitudinale du détecteur 7, le noyau à bande plate 8 est saturé dans la demi-onde o le champ alternatif de la composante de prémagnétisation a la même direction, plutôt que dans l'autre demi- onde. Cela provoque une asymétrie de la tension d'induction pouvant être prise à la bobine 9 et qui est évaluée dans le circuit d'évaluation comme décrit dans la suite - cf Figure 3 -. Un générateur de tension rectangulaire 16 produit une tension alternative dont le profil est modifié par un condensateur 17, la bobine de détecteur 9 et une résistance 18 de telle sorte qu'un courant sous forme pulsée passe dans la bobine 9. A l'aide d'un double circuit redresseur de crête 19, les valeurs positives et négatives de crêtes du courant passant dans la résistance 18 sont captées et addition- nées arithmétiquement de manière à obtenir à l'entrée d'un filtre 20, dans le cas d'une symétrie non perturbée du détecteur 7, une tension nulle alors que par contre lorsque la symétrie est perturbée on obtient une tension supérieure à zéro. Le filtre 20 a pour fonction de séparer la tension de commande de haute fréquence du signal de vitesse de rotation de basse fréquence avec un flanc aussi raide que possible. Ensuite, le signal de vitesse de rotation obtenu pour une symétrie perturbée est encore transformé dans un déclencheur de Schmitt 21 en un signal rectangulaire de manière à obtenir à la sortie 22 un signal proportionnel à la vitesse de rota- tion. Un régulateur additionnel 23 fait en sorte, en produisant un courant de compensation, que la valeur moyenne de la tension de signal obtenue à la sortie du filtre 20 reste également nulle lorsque la symétrie du détecteur est perburbée par un champ externe constant comme par exemple le champ magnétique terrestre. La constante de temps du composant RC du régulateur 23 doit alors être choisie de telle sorte que le signal correspondant à la plus lente vitesse de rotation à capter ne sorte pas de la régulation. Le circuit d'évaluation A peut cependant également avoir la structure représentée sur la Figure 4, o la bobine 9 du détecteur 7 est incorporée comme une inductance commandée magnétiquement à un circuit oscillateur 24. L'oscillateur opérant comme un déclencheur de Schmitt inverseur modifie à cet effet sa fréquence en fonction de la variation de l'inductance de la bobine 9, de sorte que la variation de fréquence peut être traitée ultérieurement comme un signal de sortie soit directement par l'intermédiaire de la - sortie numérique 25 soit initialement par l'intermédiaire d'un convertisseur fréquence/tension 26 et ensuite par l'intermédiaire de la sortie analogique 27, dans un circuit de post-évaluation qui est placé à la suite. R E V E N D I C AT I ON S 1.- Dispositif pour capter la vitesse de rotation et/ou un angle de rotation d'un arbre, comportant un capteur de mouvement tournant avec l'arbre, comportant sur sa périphérie des zones de grande activité magnétique et de faible activité magnétique, notamment un capteur ferromagnétique de mouvement agencé sous forme d'un engrenage ou d'un dispositif ou d'un diaphragme à trous ou fentes, se composant d'un détecteur sensible à un champ magnétique, explorant le capteur de mouvement, placé à distance de celui-ci et se composant d'un noyau à bande plate mince, à magnétisme doux, de préférence de haute perméabilité et à faibles pertes par hystérésis et courants de Foucault, sur lequel est enroulée une bobine perpendiculairement à sa direction longitudinale et comportant des bornes, un aimant permanent disposé également à distance du capteur de mouvement et du détecteur, le détecteur et l'aimant permanent étant placés spatialement l'un derrière l'autre par rapport au capteur de mouvement et étant disposés de telle sorte que les lignes de champ de l'aimant permanent traversent perpendiculairement le côté plat du noyau à bande plate, ainsi que d'un circuit d'évaluation dans lequel la bobine est intégrée par l'intermédiaire de ses bornes, caractérisé en ce que l'aimant permanent (5) est disposé par rapport au capteur de mouvement (1) en étant toruné vers celui-ci et en étant disposé avec des pôles (5', 5") orientés dans sa direction périphé- rique (6) en amont du détecteur (7) et, en même temps que celui-ci, dans un plan horizontal, le noyau à bande plate (8) étant également orienté dans une direction longitudinale perpendiculairement à l'axe magnétique (5"') de l'aimant permanent (5) et par rapport au capteur de mouvement (1) , et en ce que la bobine (9) du détecteur (7) est alimentée par le circuit d'évaluation (A) avec un courant alternatif amplifié de haute fréquence et le noyau à bande plate (8) est commandé dans la condition de saturation. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, par rapport au capteur de mouvement (1), d'une part l'aimant permanent (5) et le détecteur (7) sont disposés dans une direction radiale (4) l'un derrière l'autre et d'autre part les pôles (5', 5") de l'aimant permanent (5) sont disposes en étant orientés tangentiellement (5) à ce capteur (1) (Figure la). 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant permanent (5) et le détecteur (7) sont disposés l'un derrière l'autre, dans la direction axiale (12) du capteur de mouvement (1) et dans son voisinage périphérique (Figure lb). 4.- Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la largeur de l'aimant permanent (5) correspond à peu près à la largeur ou à la hauteur de la zone de grande activité magnétique (2) du capteur de mouvement (1) et l'épaisseur de l'aimant permanent (5) correspond à peu près à l'épaisseur de la zone de grande activité magnétique (2) du capteur de mouvement (1). 5.- Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'aimant permanent (5) se compose d'un alliage de samarium-cobalt. 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau à bande plate (8) du du détecteur (7) est disposé, pour former un corps de bobine, entre deux plaquettes minces en céramique et est de préférence collé sur celles-ci. 7.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine (9) du détecteur (7) est formée par enroulement d'un fil de cuivre isolé et résistant à la chaleur. 8.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine (9) du détecteur (7) est fabriquée conformément à une technique de films minces ou épais. -9.- Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu sur la longueur de l'aimant permanent (5) et du détecteur (7) et parallèlement aux surfaces polaires (5', 5") et aux côtés de bande plate (8'), avec espacement, des tôles directrices de flux (13) constituées d'un alliage à magnétisme doux. 10.- Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3 et 9, caractérisé en ce que l'aimant permanent (5), le détecteur (7) et les tôles directrices de flux (13) sont disposés dans un carter (14) s'étendant sur leur longueur. 11.- Dispositif selon une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les tôles directrices de flux (13) font partie du carter (14). 12.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le carter (14) est fabriqué à partir d'un matériau formant écran magnétique. 13.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (7) est branché dans le circuit d'évaluation (A) en série entre une capacité (17) et une résistance (18) reliée à la masse, et est alimenté par une tension amplifiée de haute fréquence produite par un générateur de tension rectan- gulaire (16) et est commandé dans la condition de satu- ration. 14. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le détecteur (7) est incorporé sous forme d'une inductance commandée magnétiquement dans un circuit oscillateur (24) du circuit d'évaluation (A). 15. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'aimant permanent (5) se compose de deux aimants partiels (5.1, 5.2), qui sont fixés sur les côtés plats du noyau à bande plate (8) (figure 1c).