Brevet FR2599794A1 — publié le 19871211

PALIER OU ROULEMENT A CAPTEUR D' INFORMATIONS L'invention concerne un palier ou roulement à capteur d'informations du type comportant un élément fixe portant un dispositif capteur d'informations et un élément tournant portant un aimant. Le développement des automastismes exige actuellement la mesure précise 10 de la vitesse de rotation et des déplacements angulaires des organes mécaniques. On connaît par la publication FR-A-2 565 045 un dispositif pour la détection de la position angulaire d'un rotor constitué par: 15 un disque monté coaxialement sur un arbre tournant et comprenant une face radiale sur laquelle sont fixés des aimants permanents de polarité alternativement inversée et produisant un champ magnétique, - les capteurs de proximité à effet HALL disposés au voisinage de ladite face radiale et portés par une structure du stator coaxiale à l'arbre tournant, angulairement ajustable et aptes à détecter la composante axiale dudit champ. La publication FR-A-2 568 377 décrit de manière. similaire un capteur de vitesse de machine tournante. Lorsqu'un tel dispositif est monté dans une machine tournante son fonctionnement peut être perturbé par les champs magnétiques induits 30 dans le stator ou dans le rotor. Le manque de précision d'assemblage de la machine conduit parfois au montage d'aimants produisant des champs relativement intenses (plusieurs centaines de Gauss) susceptibles de perturber l'environnement ou de capter 35 des particules métalliques. -2 L' intégration des éléments directement dans une machine tournante conduit à des produits supportant une gamme de température étendue (-40 à + 150 C) qui interdit l'utilisation de nombreux composants traditionnels. L'invention a donc pour objet de faciliter la réalisation d'un montage tachymétrique de mesure de la vitesse de rotation d'un élément tournant ou d'un dispositif détecteur de position angulaire d'un élément de palier ou de roulement. Selon l'invention, l' élément tournant porte au moins un anneau aimanté multipôles disposé coaxialement audit élément tournant et séparé du capteur par un entrefer. Le dispositif ainsi réalisé peut être aisément intégré dans un palier ou dans un roulement dont les éléments possèdent une bonne précision mécanique et une protection suffisante contre les agents extérieurs favorables à conférer au capteur la fiabilité nécessaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une représentation schématique de 1' anneau à aimants curvilignes associé à un capteur 25 - la figure 2a est une représentation schématique de 1' anneau à aimants curvilignes associé à deux capteurs - la figure 2b est une représentation schématique de 1' anneau curviligne 30 associé à 3 capteurs pour réaliser un dispositif détecteur de position angulaire; - la figure 3 est une représentation schématique d'un tronçon d'anneau à aimants rectilignes - la figure 4 est une représentation des signaux obtenus avec la combinaison aimant-capteur représentée à la figure 1; -3 - la figure 5 est une représentation des signaux élémentaires et résultants obtenus avec la combinaison aimant-capteurs représentée à la figure 2a -les figures 6 et 7 sont des vues en coupe axiale d' un roulement dont la bague intérieure porte un anneau aimanté et 'dont la bague extérieure porte au moins un capteur - la figure 8 est une représentation schématique d'un arbre portant l' anneau aimanté tournant devant un capteur solidaire d'un carter fixe. La figure I schématise le fonctionnement d'un ensemble aimant-capteur de champ magnétique. Un capteur I de proximité à effet HALL ou magnétorésistance, avec électronique de traitement incorporée et sortie digitale, fonctionnant dans une plage de - 40 à + 150 C. Le capteur est sensible à des champs magnétiques faibles (20 à 30 Gauss 20 environ) et délivre un signal dont le signe s'inverse lorsque le champ magnétique dépasse une valeur de seuil constatée par exemple par suite d'un changement de direction du champ. 2 La sensibilité du capteur autorise 1' emploi d'un anneau aimanté 2 25 multipôles à faible champ coercitif (quelques centaines d'Oersted) formé, à titre d'exemple dans un anneau torique fendu en alliage traité de Fer, Chrome, Cobalt, Vanadium... A titre d'exemple, l'anneau est formé par un fil de 1 mm de diamètre 3O dont la constitution permet son utilisation dans une plage de températures de - 50 à + 200 C dans les conditions d'utilisation sévères des ensembles mécaniques. La répartition du champ magnétique est assurée par des aimants particulaires de 4 à 7 mm de longueur par exemple. particulaires de 4 à 7 mm de longueur par exemple. -4 La figure 2a schématise le fonctionnement d'un ensemble dont 1' aimant 2 est associé à deux capteurs 1, 1', écartés angulairement par un intervalle de n + 0,5 n dans lequel n est la longueur d'un aimant particulaire. Les signaux obtenus sont représentés figure 5 a, Cette disposition permet de doubler le nombre de signaux de sortie et de décéler le défaut de fonctionnement de 1' un des capteurs par 1' observation de la modification des signaux délivrés. Cette disposition des capteurs qui donne des signaux déphasés de 90 électrique permet en outre, la discrimination du sens de rotation. En utilisant les différents fronts de montée et de descente des signaux, il est possible d'obtenir une multiplication par 2 du nombre d'impulsions par 15 tour. La figure 2b schématise l'anneau curviligne associé à 3 capteurs 1a, lb, 1c pour réaliser un détecteur de position angulaire applicable à titre d'exemple à la commutation électronique de machines tournantes, tout 20 autre type de réalisation pouvant être envisagé. Les figures 6 et 7 sont des vues en coupe d' un roulement à billes qui possède une bague extérieure 10 et une bague intérieure Il susceptibles d' être au choix fixe ou tournante en fonction du montage utilisé. 25 Les bagues 10 et 11 possèdent des chemins de roulement pour des corps roulants 12 disposés dans une cage 13 qui en assure la retenue et le positionnement angulaire. La bague extérieure 10 supposée fixe porte un joint d' étanchéité à lèvre radiale en contact avec la bague intérieure 11 et un déflecteur 14 sur lequel est fixé le capteur 15. La bague intérieure 11 supposée tournante possède une portée de montage 35 16 d'une bague 17 en matériau non magnétique immobilisée en rotation par collage, emmanchement à force ou par tout autre moyen. La bague 17 posséde une gorge 18 dont l'ouverture radiale (figure 6) ou axiale (figure 7) est séparée du capteur 15 par un entrefer compris entre 0,1 et 1,5 mm en fonction de la taille du roulement. Dans la gorge 18 est monté un anneau magnétique fendu 20, formé ainsi que cela vient d' être précisé dans un fil d'alliage métallique qui permet une aimantation à aimants partirculaires. 10 La bague fixe 10 porte des joints d' étanchéité '21, 22 conventionnels constitués par des joints dont l'un 21 est embotté dans une gorge de la bague 10 et dont 1' autre 22 est monté sur une arête d'accrochage du déflecteur 14. Le joint 22 et le déflecteur 14 assurent ainsi la protection du capteur contre les agents extérieurs. 15 Les joints 21, 22 sont respectivement munis de lèvres d'étanchéité radiale et axiales en contact frottant sur la bague tournante 11l et/ou sur la bague 17 porte-aimant. L'agencement proposé capteur-aimant n'engendre ainsi aucun champ magnétique décelable sur le roulement et réciproquement la structure acier du roulement protège 1' agencement précité des champs magnétiques parasites extérieurs. La figure 8 illustre l'agencement capteur-aimant' destiné à la mesure de la vitesse de rotation d'un arbre tournant 30. La bague 17 porte-aimant est dans ce cas rigidement fixée à l'arbre 30 et tourne devant le dispositif capteur monté sur un carter. 30 Ce type de montage est applicable aux ensembles utilisant des paliers ou roulements de taille réduite interdisant les montages illustrés par les figures 6, 7, que l'on rencontre dans l'industrie de l'électro-ménager. - 6 REVENDICATIONS 1. Palier ou roulement à capteur d'informations du type comportant un élément fixe portant au moins un dispositif capteur de champ magnétique et un élément tournant portant un aimant, caractérisé par le fait que l'élément tournant (11, 30) porte au moins un anneau (20) aimanté multipôles disposé coaxialement audit élément tournant et séparé du 10 dispositif capteur (15) par un entrefer. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif capteur (15) est formé par au moins une sonde de proximité à effet HALL avec électronique de traitement incorporée, et sortie digitale. 15 3. Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif capteur (15) est formé par au moins une sonde de proximité à magnétorésistance avec électronique de traitement incorporée et sortie digitale. 4. Palier selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que 1' aimant est formé dans un anneau métallique en alliage traité (Fe - Co - Cr - V, par exemple) qui permet une aimantation multipôles et des dimensions faibles (anneau en fil de 1 mm de diamètre par exemple). 5. Palier selon 1' une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que 1' aimant est morité sur une bague (17) non magnétique portée par l'élément tournant (11, 30) et est séparé du dispositif capteur (15) par un entrefer axial ou radial compris entre 0,1 et 1,5 mm. 30 6; Palier selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la bague (17) porteaimant est fixée sur la bague (11) tournante d'un roulement et est montée à défilement devant un dispositif capteur (15) solidaire d'un déflecteur (14) ajustable monté sur la bague (10) fixe du roulement. 35 - 7 7. Palier selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le déflecteur (14) porte une arete d'accrochage d'un joint (22) d'étanchéité à lèvre axiale au contact de la bague (17) porte-aimant. 5