Brevet FR2660028A1 — publié le 19910927

RULE-ENT A CTE DE -STI A AI ROULEMENT A CAPTEUR DE POSITION ANGULAIRE Cette invention concerne des roulements et, plus particulièrement, des roulements dans lesquels un ou plusieurs détecteurs de champ magnétique fournissent l'indication de la position angulaire d'un élément par rapport à un autre - Actuellement, divers détecteurs, tels que des détecteurs à capteur inductif ou à réluctance variable, sont utilisés pour détecter des signaux de position, de vitesse ou d'accélération pour des éléments rotatifs Ces détecteurs mesurent généralement les modifications d'intensité du champ magnétique au passage d'un rotor ferromagnétique ou d'une dent devant le détecteur La fréquence du signal du détecteur est utilisée pour le calcul de la vitesse de rotation de l'élément tournant Ces détecteurs ont été ajoutés aux roulements assemblés en vue d'économiser de l'espace, d'accroître la précision de mesure et de simplifier l'installation. Le brevet US 3 716 788 décrit un détecteur à réluctance variable ajouté à un ensemble de roulement de roue pour mesurer la vitesse de l'essieu Un rotor denté est formé sur une bague de roulement intérieure rotative à l'opposé d'un stator denté fixé à la bague de roulement extérieure fixe. La bague extérieure maintient également le capteur magnétique qui génère une tension en fonction des changements de flux magnétique induit par l'alignement des dents du stator et du rotor au cours de la rotation La fréquence du courant alternatif produit est proportionnelle à la vitesse 4 g 3 g 1 16 -2- de rotation de l'essieu Un type de détecteur de vitesse comparable est décrit dans le brevet US 3 826 933 Le détecteur de vitesse pcsséde une bobine magnétique d'acquisition fixée à la bague fixe d'un roulement tandis qu'une roue à dents ferromagnétiques est fixée à la bague rotative du roulement à rouleau>. Le brevet US 4 069 435 décrit un dispositif de détection du mouvement relatif dans un roulement Ce dispositif est constitué par une bobine magnétique d'acquisition montée sur le joint de la bague extérieure fixe d'un roulement Une roue dentée est montée sur la bague rotative du roulement Lors de la rotation des dents, les variations du champ magnétique sont détectées par le capteur magnétique. La fréquence des variations détectées peut être utilisée pour le calcul de la vitesse et de l'accélération. Selon le brevet US 4 688 951, un circuit électrique est fixé à l'une des deux bagues de roulement pour créer le champ magnétique. Les dispositifs de détection connus, décrits ci-dessus, présentent de nombreux inconvénients Les détecteurs à réluctance variable génèrent un signal de tension de sortie dont la fréquence et l'amplitude sont proportionnelles à la vitesse. Aux faibles vitesses, le signal de sortie est faible et peut 'être imprécis Par ailleurs, lorsque les détecteurs précités sont ajoutés aux roulements, 4 d 3 gm t is l'encombrement du roulement est plus arand en raison des composants de détection ajoutés La précision mécanique et l'exactitude du siqnal diminuent en raison de l'accumulation de tolérancesq et la construction de son ensemble devient plus complexe. En outre, les roulements sont difficiles à installer et exiqent parfois un processus d'installation distinct du détecteur. La publication FR-A 2 623 259 décrit un roulement à détecteur de champ magnétique dans lequel le champ est produit par une baque annulaire ferromaqnétique montée sur un arbre rotatif magnétisée en permanence afin de réaliser une pluralité de seqments. En cours de fonctionnement, le capteur délivre une information de position, par rapport à une position de référence, par comptage ou décomptaqe (suivant le sens de rotation) de quantités en correspondance avec une unité incrémentale. À la mise en fonctionnement du roulement, la position absolue de l'arbre n'est connue que lorsque le rotor a dépassé la position de référence. L'invention a pour objet un roulement équipé de moyens de détection de champ magnétique qui peuvent consister en plusieurs détecteurs Le roulement est pourvu de façon permanente d'un champ magnétique quelle que soit la vitesse relative d'un élément par rapport à un autre et, notamment, si cette vitesse est nulle, ce qui en fait un roulement plus simple et d'un coit plus faible que les autres roulements 49398 * 1 ( -4- qui incluent des détecteurs de champ macnétique mais exigent un circuit électrique pour qénérer le champ magnétique. La présente invention concerne un roulement associé à un capteur absolu C'est-à-dire qu'à tout instant ce capteur donne la position annulaire relative du rotor par rapport au stator sans avoir à revenir sur une position de référence à partir de laquelle on effectue un comptage. L'invention a également pour objet un roulement à capteur de position associé à un rotor et à un stator qui permet la détermination permanente de la position du rotor. Selon l'invention, le roulement porte une paire de pales de signes opposés montés sur un premier élément tournant, tandis que le moyen de détection du champ magnétique est constitué par un élément annulaire qui possède une surface radiale coaxiale tournée vers lesdits p Sles sur laquelle sont montés deux détecteurs disposés à 900 l'un de l'autre. Les éléments détecteurs fcnctionnent de façon linéaires c'est-à-dire qu'ils délivrent une information variant continuellement et qui constitue l'image du champ magnétique les traversant. Ces éléments détecteurs délivrent donc, lorsque le rotor tourne de 3600 q un signal ne comportant qu'un seul motif. 49398 I 167 _ 5 _ Selon l'invention, ce signal est préférentiellement de forme sinusoïdale. Dans la réalisation à conforme à l'invention, signaux de la forme: deux éléments sensibles. ces éléments délivrent des a ( 1) = A coso( a ( 2) = A sinok Ces signaux sont traités par des systèmes électroniques connus, comme par exemple des Synchro-To-Di Qgital-Converter (SDC) ( 3 éléments) ou des Résolver-TcoDigital-Converter (RDC) ( 2 éléments) qui donnent l'angle sous forme numérique ou bien encore par des systèmes électroniques numériques à microprocesseur. D'autres caractéristiques et avanta Qes seront mieux compris en se référant à la description détaillée et aux dessins suivants dans lesquels: La figure 1 est une coupe axiale partielle de l'une des réalisations de l'invention, La figure 2 est une vue en coupe du roulement selon la ligne 2-2 de la figure 1. Selon la figure 1 qui montre un montaqe d'application du roulement, l'arbre rotatif 12 est monté dans une bague annulaire coaxiale 38 avec les rouleaux 16 adaptés pour rouler dans l'espace 49398 1 167/ _ 6- annulaire séparant le chemin de roulement 40 sur l'arbre rotatif 12 du chemin de roulement 42 sur la surface intérieure de la bague 38. Deux détecteurs 44, 45 sont circconférentiellement distants de 90 et sont montés sur la surface intérieure 46 de la ba Que 38 Les détecteurs sont maintenus en position axiale par une rondelle 48, montée contre un épaulement annulaire 50, et par un épaulement circulaire 52 à une extrémité de la baque 38 Les rouleaux 16 sont maintenus sur les chemins de roulement 40 et 42 de l'arbre rotatif 12 et de la bague 389 respectivement par la rondelle 48 et l'épaulement circulaire 54 à l'autre extrémité de la bague 38. Les moyens qui produisent un champ magnétique permanent sont constitués par une baque ferromagnétique 56 magnétisée en permanence qui est ajustée par serrage sur l'arbre rotatif 12 Tel qu'il est utilisée on désigne par matériau "ferromagnétique" une substance qui, une fois magnétisée, le reste de façon permanente en l'absence de champ magnétique extérieur Une portion axiale 58 de la bague ferromagnétique 56 est munie circonférentiellement d'une pluralité de seqments de ples magnétiques 60 La moitié des segments 60 constitue un p 8 le nord, tandis que l'autre moitié constitue un p&le sud Ces seqments sont agencés pour réaliser un rotor à deux p 8 les. 4939 e 1 67 E -7- R E V E N D I C A T I ON 1 >) Roulement à capteur de position angulaire du type comportant un élément rcotatif ( 12), une première bague annulaire ccoaxiale ( 38) des corps roulants ( 16) adaptés pour rouler dans l'espace annulaire séparant l'élément rotatif ( 12) de la bague annulaire ( 38), une deuxième bague ferromagnétique ( 56) qui possède une paire de p Sles de signes opposés montés sur l'élément rotatif ( 12) et un moyen détecteur de champ magnétique ( 44, 45) monté sur la surface radiale coaxiale de la première baque ( 38)5 caractérisé par le fait que les détecteurs ( 44, 45) sont disposés à 900 l'un de l'autre. 49398 l 1 V g