Brevet FR2671633A1 — publié le 19920717

Dispositif de capteur de vitesse de rotation intégré dans un moyeu à roulement. La présente invention concerne un dispositif de capteur de vitesse de rotation pour un organe tournant qui est monté sur un organe non tournant par l'intermédiaire d'un palier à roulement, la détermination de la vitesse de rotation se faisant par détection de variations de champ magnétique Le dispositif de l'invention est utilisable en particulier pour détecter la vitesse de rotation d'un palier à roulement pour moyeu de roue qui est associé par exemple à un système de freinage anti-blocage (ABS). Les dispositifs de ce type comprennent généralement un élément codeur produisant un champ magnétique au moyen d'un anneau multipolaire rendu solidaire de l'organe tournant, et un capteur sensible aux variations de champ magnétique rendu solidaire de l'organe non tournant et disposé en regard de l'élément codeur avec un certain entrefer. On sait que le bon fonctionnement d'un tel dispositif est tributaire d'un certain nombre de contraintes techniques Il faut en effet que le signal de détection délivré par le capteur soit le plus puissant et le plus régulier possible pour qu'un système de gestion et de traitement de données puisse fournir une interprétation correcte du signal par rapport à la réalité Il en résulte que le signal délivré par le capteur doit être le moins sensible possible aux variations d'entrefer entre l'élément codeur et le capteur De telles variations d'entrefer sont liées directement à la précision de montage du dispositif dans la pratique. Il est également nécessaire que le dispositif soit bien protégé des pollutions et projections éventuelles en provenance du milieu extérieur afin d'éliminer une source directe de perturbation du signal délivré par le capteur. Un autre facteur à prendre en considération est que dans la pratique le dispositif doit souvent être de volume compact pour être intégré dans des assemblages mécaniques, notamment des paliers à roulement ou des moyeux à roulement. On connaît par le brevet français 2 558 223 un roulement à capteur d'informations comprenant un ou plusieurs capteurs disposés axialement vis-à-vis d'un disque codeur qui porte une ou deux série(s) de graduations magnétiques angulairement espacées à sa périphérie La rotation du disque codeur avec la bague tournante du roulement se traduit par un défilement des graduations magnétiques devant le ou les capteur(s) qui génère(nt) un signal représentatif de la vitesse de rotation Ce document prévoit des moyens d'étanchéité pour protéger le dispositif du milieu extérieur Cependant, la disposition axiale du capteur vis-à-vis du disque codeur est encombrante et rend l'ensemble capteur/disque codeur difficile à intégrer dans un roulement en pratique De plus, il apparaît que le signal généré par le capteur est sensible aux variations d'entrefer entre le capteur et le disque codeur. De manière similaire, la demande de brevet français 2 640 706 montre un roulement à capteur d'informations dans lequel le capteur est supporté par un tambour faisant saillie axialement par rapport au roulement Un tel dispositif présente un encombrement axial relativement important et ne comporte pas de moyens d'étanchéité permettant de protéger le capteur et l'élément codeur des pollutions diverses du milieu extérieur La sensibilité du signal généré par le capteur aux variations d'entrefer entre le capteur et l'élément codeur apparaît également importante pour le dispositif montré dans ce document. On connaît également par la demande de brevet français 2 642 122 un dispositif de détection de vitesse de rotation avec l'élément codeur sous forme d'un anneau multipolaire intégré dans un joint d'étanchéité d'un roulement à capteur d'informations Ce dispositif présente également l'inconvénient d'avoir un encombrement axial important et une sensibilité élevée du signal généré par le capteur aux variations d'entrefer entre le capteur et l'élément codeur. Par la demande de brevet français 2 263 518, on connaît un autre type de dispositif de capteur dans lequel le capteur est constitué par une bobine d'induction logée dans un élément annulaire formant concentrateur de flux magnétique avec deux flasques radiaux dentés. Un anneau multipolaire concentrique au bobinage du capteur défile en rotation radialement devant les dents du concentrateur de flux pour provoquer des variations de courant induit dans le bobinage, la fréquence de ce signal étant proportionnelle à la vitesse de rotation. Cependant, ce document ne montre pas de moyen d'étanchéité pour la protection du dispositif qui demeure par ailleurs sensible aux variations d'entrefer entre les dents de l'élément concentrateur de flux et l'anneau multipolaire En outre, aucun moyen technique n'a été mentionné pour permettre l'utilisation du dispositif tel que décrit pour mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des dispositifs classiques en réalisant un dispositif de capteur de vitesse de rotation de faible volume, présentant une bonne étanchéité vis-à-vis du milieu extérieur et permettant de fournir un signal fiable, régulier et puissant. L'invention a également pour objet de réduire l'encombrement axial du dispositif de capteur de vitesse. Un autre objet de l'invention est d'obtenir un signal généré par le capteur pratiquement insensible aux variations d'entrefer entre le capteur et l'élément codeur. L'invention a en outre pour objet un dispositif de capteur de vitesse dans lequel le flux magnétique produit par l'anneau multipolaire est canalisé vers le capteur avec un minimum de perte. Le dispositif de capteur de vitesse de rotation d'un organe tournant monté par l'intermédiaire d'un palier à roulement sur un organe non tournant, selon l'invention, comprend un élément codeur solidaire de l'organe tournant produisant un champ magnétique alterné au moyen d'un anneau multipolaire présentant une pluralité de pôles magnétiques alternés et réguliers, un capteur sensible aux variations de champ magnétique est solidaire de l'organe non tournant, et un moyen concentrateur de flux magnétique disposé au voisinage immédiat de l'anneau multipolaire et coopérant avec le capteur pour concentrer et canaliser le flux magnétique émis par l'anneau multipolaire Selon l'invention, le moyen concentrateur de flux et réalisé sous forme annulaire et comprend au moins un premier flasque présentant une partie radiale dont un bord circulaire est muni circonférentiellement d'une lèvre d'étanchéité destinée à venir en contact direct ou indirect avec l'organe tournant, et un second flasque pourvu de dents radiales régulièrement espacées dans le sens circonférentiel Les premier et second flasques étant disposés avec un écartement axial l'un de l'autre Le capteur est rendu solidaire au moins du premier flasque du moyen concentrateur de flux magnétique et disposé de préférence entre les premier et second flasques L'anneau multipolaire présente de préférence une magnétisation axiale et est disposé entre l'espace axial compris entre la partie radiale du premier flasque d'une part et les dents radiales du second flasque d'autre part, de sorte que les dents radiales soient toutes situées en regard axialement des pôles magnétiques de même polarité de l'anneau multipolaire. Le capteur peut être du type passif tel qu'une bobine d'induction. Il peut également être du type actif tel qu'une sonde à effet Hall, une magnétorésistance ou analogue. Le second flasque pourvu de dents peut être rendu solidaire du capteur et du premier flasque au moyen d'un surmoulage en matière plastique pour obtenir un bloc annulaire rigide Le bloc ainsi réalisé comporte de préférence au moins une sortie de connexion pour des fils électriques sortant du capteur et des ergots flexibles s'étendant axialement et coopérant avec des logements pratiqués dans la partie non tournante, notamment dans la bague non tournante du palier à roulement aux fins d'assemblage. Le second flasque pourvu de dents radiales peut être monté sur l'organe non tournant indépendamment du capteur Auquel cas, l'invention prévoit un troisième flasque qui est rendu solidaire du capteur et du premier flasque sous forme d'un bloc annulaire rigide grâce au surmoulage d'une matière plastique En position assemblée, le troisième flasque est de préférence en contact direct avec le second flasque de façon à pouvoir former un circuit magnétique continu entre le second flasque denté et le troisième flasque. Les flasques constituant le moyen concentrateur de flux magnétique sont de préférence réalisés à l'aide d'un matériau ferromagnétique. L'anneau multipolaire est de préférence rendu solidaire de l'organe tournant, notamment de la bague tournante du palier à roulement, au moyen d'un support annulaire solidaire du périmètre extérieur ou intérieur de l'anneau multipolaire Le support pour l'anneau multipolaire peut être simplement emmanché dans la bague tournante du palier à roulement. La lèvre d'étanchéité du premier flasque vient en contact de frottement, d'une manière avantageuse, contre le support de l'anneau multipolaire. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'un moyeu à roulement équipé d'un dispositif de capteur de vitesse selon l'invention; la figure le dispositif l'invention; la figure capteur selon la figure capteur selon la figure capteur selon la figure capteur selon la figure capteur selon 2 est une vue partielle en détail de la figure 1 montrant de capteur selon un premier mode de réalisation de 3 est une vue partielle en coupe axiale du dispositif de un second mode de réalisation de l'invention; 4 est une vue partielle en coupe axiale du dispositif de un troisième mode de réalisation de l'invention; est une vue partielle en coupe axiale du dispositif de un quatrième mode de réalisation de l'invention; 6 est une vue partielle en coupe axiale du dispositif de un cinquième mode de réalisation de l'invention; et 7 est une vue partielle en coups axiale du dispositif de un sixième mode de réalisation de l'invention. Pour faciliter la compréhension de l'invention, les parties communes pour l'ensemble des figures 1 à 7 porteront les mêmes numéros de référence L'exemple d'application de l'invention est choisi pour mesurer la vitesse de rotation d'un moyeu à roulement pour une roue motrice d'un véhicule Il va de soi que l'invention s'applique également pour des roues non motrices. Comme illustré sur la figure 1, le dispositif de capteur de vitesse, selon l'invention, est intégré dans un palier à roulement 1 équipant un moyeu de roue motrice 2. Le moyeu 2 comprend une partie fixe 3 solidaire du véhicule et une partie tournante 4 La partie fixe 3 présente un alésage cylindrique dont une extrémité est pourvue d'un épaulement 6 formant butée axiale à la bague extérieure non tournante 7 du palier 1 immobilisée dans l'alésage cylindrique 5 de la partie non tournante 3. L'autre extrémité de l'alésage est pourvue d'une rainure 6 a destinée à recevoir un anneau élastique 6 b de type circlips. La partie tournante 4 présente une protubérance axiale tubulaire 8 et un collet 9 s'étendant radialement pour servir de support de fixation d'une roue non représentée par l'intermédiaire de boulons non représentés traversant les trous axiaux 10 sur le collet 9 La partie tournante 4 est montée fixe en rotation par rapport à un axe d'entraînement 11 traversant intérieurement la protubérance tubulaire axiale 8. Le palier à roulement 1 comporte deux demi-bagues intérieures tournantes 12, 13 rendues solidaires de la face extérieure de la protubérance tubulaire 8 de la partie tournante 4 du moyeu Entre la bague extérieure 7 et les deux demi-bagues intérieures 12, 13 sont montées deux rangées de billes 14, 15 à contact oblique maintenues avec un écartement convenable par une cage non représentée. L'étanchéité latérale du palier à roulement est assurée d'un côté qui est adjacent à l'épaulement 6 de la partie fixe 3 par un joint d'étanchéité du type classique 16 et de l'autre par le dispositif de l'invention. Lorsque l'arbre d'entraînement 11 est animé d'un mouvement de rotation, il entraîne la roue non représentée en rotation par l'intermédiaire de la partie tournante 4 du moyeu 2 Les demi-bagues intérieures 14, 15 du palier à roulement 1 sont entraînées en rotation également par l'intermédiaire de la partie tournante 4 du moyeu tandis que la bague extérieure 7 du palier à roulement 1 demeure non tournante grâce aux deux rangées de billes 14, 15 du palier 1. Comme illustré sur la figure 2, le dispositif de capteur de vitesse de rotation selon l'invention comprend d'une part un élément codeur sous forme d'un anneau multipolaire 17 monté sur un support 18 annulaire de section en forme de U avec les branches orientées axialement et emmanché sur la face cylindrique extérieure de la demi- bague intérieure tournante 12 qui se trouve à l'opposé de l'épaulement 6 de la partie fixe 3, et d'autre part un capteur 19 et un moyen concentrateur de flux magnétique avec un surmoulage 20 en matière plastique rigide sous forme d'un bloc annulaire 21. Le bloc annulaire 21 présente des ergots flexibles 22 s'étendant axialement de façon à pouvoir s'encliqueter dans un logement annulaire 23 pratiqué dans un côté latéral de la bague extérieure fixe 7 du palier à roulement Le côté latéral en question de la bague extérieure 7 est en retrait axialement par rapport au côté latéral de la demi-bague intérieure 12 correspondante De cette façon, le dispositif de l'invention peut être convenablement intégré au palier à roulement dans un espace axial suffisant. L'anneau multipolaire 17 est constitué par une pluralité de segments aimantés disposés de façon régulière et alternée le long d'un trajet circulaire La magnétisation de chaque segment est axiale Le support 18 pour l'anneau multipolaire 17 est réalisé sous forme annulaire de section radiale en U Sur la face extérieure d'une branche du support 18 en U est fixé l'anneau multipolaire 17. Le moyen concentrateur de flux magnétique comprend un premier flasque 24 annulaire sous forme de L inversé avec une partie s'étendant radialement vers la demi-bague intérieure 12 et pourvue d'une lèvre d'étanchéité 25 qui entrent en contact de frottement avec l'autre branche du support 18 en U pour l'anneau multipolaire 17 De cette façon, le dispositif de l'invention est protégé efficacement du milieu extérieur. Le moyen concentrateur de flux magnétique comprend un second flasque 26 sous forme annulaire de section en L dont une branche s'étend radialement vers la demi-bague intérieure 12 et se terminant par des dents radiales 27 réparties de façon régulière sur un trajet circulaire L'autre branche du second flasque 26 s'étend axialement pour venir en contact avec la seconde branche du premier flasque 24. Dans l'espace formé entre les flasque 24 et 26 est monté le capteur 19 du type passif sous forme d'une bobine d'induction. L'anneau multipolaire 17 est placé dans l'espace axial entre la partie radiale du premier flasque 24 d'une part et des dents radiales 27 du second flasque 26 d'autre part avec la somme des entrefers dans le sens axial ainsi formé sensiblement constante Il en résulte que le signal généré par le capteur 19 par l'intermédiaire des premier et second flasques 24 et 26 du moyen concentrateur de flux magnétique est pratiquement insensible aux variations d'entrefer entre l'anneau multipolaire 17 en rotation et le moyen concentrateur de flux magnétique. Par ailleurs, les dents radiales 27 du second flasque 26 sont réparties circonférentiellement de façon à se placer simultanément en face des segments magnétiques de même polarité constituant l'anneau multipolaire 17 De façon avantageuse, le nombre de dents radiales 27 est égal au nombre des segments de même polarité Il est également possible d'avoir moins de dents radiales que de segments de même polarité De cette manière, les flux générés individuellement par des segments de même polarité s'ajoutent pour être concentrés et canalisés par le moyen concentrateur de flux, notamment par les premier et second flasques 24, 26 afin d'augmenter l'intensité du courant électrique induit dans le capteur 19. Dans le bloc rigide 21 est prévue une sortie de connexion 28 pour des fils électriques 29 sortant du capteur 19 Des moyens de traitement du signal non représentés sont reliés aux fils électriques 29 de façon à gérer le signal délivré par le capteur 19 et de commander par exemple un système de freinage anti-blocage (ABS) équipant le moyeu de roue. Le mode de réalisation illustré sur la figure 3 est semblable à celui de la figure 2 Le premier flasque 24 de l'organe concentrateur de flux magnétique comporte une partie radiale qui se termine par un coude axial pourvu d'un lèvre d'étanchéité 30 qui vient en contact de frottement avec la partie tournante 4 L'anneau multipolaire 17 est de diamètre moins important que celui de la figure 2 et est monté par l'intermédiaire de son support 31 sous forme annulaire de section en L. Le mode de réalisation illustré sur la figure 4 ne diffère de celui de la figure 2 qu'en ce qui concerne le moyen d'assemblage du bloc annulaire rigide 21 sur la bague extérieure 7 du palier à roulement En effet dans cet exemple, les ergots axiaux 22 s'encliquent dans un logement annulaire 23 orienté radialement vers l'extérieur au lieu d'un logement annulaire orienté vers l'intérieur radialement selon la figure 2 En outre, le rebord annulaire 32 du côté latéral de la bague extérieure 7 du palier à roulement est ainsi emprisonné dans le bloc rigide 21 lorsque les ergots 22 axiaux s'encliquent dans le logement annulaire extérieur 23. Sur la figure 5 est illustré un mode de réalisation du dispositif de capteur de vitesse de rotation qui diffère du mode illustré sur la figure 2 en des points suivants. Le moyen concentrateur de flux magnétique comprend ici un premier flasque 24 identique à celui de la figure 2, un second flasque 33 annulaire comportant une partie axiale emmanchée dans l'alésage cylindrique de la bague extérieure 7 du palier à roulement et une partie radiale pourvue de dents radiales 34 similaires aux dents 27 de la figure 2, et un troisième flasque annulaire 35 de section en L en contact avec la partie radiale du second flasque 33 de façon à pouvoir former un circuit magnétique continu entre les second et troisième flasques 33 et 35. Le capteur du type passif sous forme de bobine d'induction est monté entre les premier et troisième flaques 24, 35 Le bloc rigide 21 comporte une sortie 28 de connexion orienté d'abord axialement et ensuite radialement vers l'extérieur au lieu d'être orienté tangentiellement comme la figure 2. La figure 6 montre un dispositif de capteur de vitesse pratiquement identique à celui de la figure 5 avec pour la seule différence la présence des lèvres d'étanchéité 36 entre les dents radiales 34 et venant en contact de frottement avec le support annulaire 18 pour l'anneau multipolaire 17. La présence des lèvres d'étanchéité 36 permet d'isoler l'anneau multipolaire 17 et le capteur 19 par rapport à l'espace o se trouve la rangée de billes de roulement 14. De la même manière, pour tous les autres modes de réalisation de l'invention, il est possible d'équiper les espaces entre les dents radiales 27 du moyen concentrateur de flux magnétique avec des lèvres d'étanchéité. Sur la figure 7 est montré un dispositif de l'invention avec un capteur actif 40, par exemple à effet Hall Le moyen concentrateur de flux de la figure 7 ne diffère du moyen concentrateur de flux de la figure 4 que par le fait que les flasques annulaires 37, 38 dudit moyen concentrateur de flux comportent chacun une languette individuelle 41, 42 repliée radialement vers le centre de rotation du dispositif et placée en un endroit déterminé de la périphérie du flasque correspondant 37 ou 38 Les deux flasques 37, 38 sont orientés angulairement l'un par rapport à l'autre de telle sorte que les languettes 41, 42 soient mutuellement en regard, le capteur actif 40 étant disposé entre lesdites languettes Le reste des éléments du dispositif de l'invention est identique au dispositif illustré sur la figure 4. Le moyen concentrateur de flux magnétique à trois flasques tel qu'illustré sur les figures 5 et 6, au lieu de deux flasques dans les autres modes de réalisation, présente l'avantage principal de permettre le montage et démontage du bloc rigide annulaire 21 indépendamment de l'anneau multipolaire 17. il REVENDICATIONS 1 Dispositif de capteur de vitesse de rotation d'un organe tournant ( 4) monté par l'intermédiaire d'un palier à roulement ( 1) sur un organe non tournant ( 3), comprenant un élément codeur solidaire de l'organe tournant et produisant un champ magnétique alterné au moyen d'un anneau multipolaire ( 17), un capteur ( 19, 40) rendu solidaire de l'organe non tournant, et un moyen concentrateur de flux magnétique disposé au voisinage immédiat de l'anneau multipolaire et coopérant avec le capteur pour concentrer et canaliser le flux magnétique émis par l'anneau multipolaire, caractérisé par le fait que le moyen concentrateur de flux présente une forme annulaire et comprend au moins un premier flasque ( 24, 37) présentant une partie radiale dont un bord circulaire et circonférentiellement pourvu d'une lèvre d'étanchéité ( 25, 30) destinée à venir en contact directement ou indirectement avec l'organe tournant ( 4), et un second flasque ( 26, 33, 38) pourvu de dents radiales ( 27, 34, 39) régulièrement espacées selon un trajet circulaire, et que l'anneau multipolaire ( 17) est à magnétisation axiale et disposé dans l'espace axial compris entre la partie radiale du premier flasque d'une part et les dents radiales du second flasque d'autre part, de sorte que les dents radiales soient toutes situées en regard axialement des pôles magnétiques de même polarité de l'anneau multipolaire. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins le capteur ( 19, 40) et le premier flasque ( 24, 37) du moyen concentrateur de flux font partie d'un bloc annulaire rigide ( 21) réalisé par surmoulage d'une matière plastique, le bloc présentant des ergots flexibles ( 22) s'étendant axialement pour s'encliqueter dans un logement annulaire ( 23) pratiqué dans la bague non tournante ( 7) du palier à roulement ( 1). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le second flasque ( 26, 38) fait partie du bloc rigide annulaire ( 21) et coopère avec le premier flasque ( 24, 37) pour former un espace de montage du capteur ( 19, 40). 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen concentrateur de flux comprend un troisième flasque ( 35) faisant partie du bloc rigide ( 21) pour former un espace de montage pour le capteur ( 19), et que le second flasque ( 33) est monté directement sur la bague non tournante ( 7) du palier à roulement et vient en contact avec le troisième flasque de façon à former un circuit magnétique continu entre le second et le troisième flasque. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'anneau multipolaire ( 17) est rendu solidaire d'une bague tournante ( 12) du palier à roulement ( 1) par l'intermédiaire d'un support ( 18, 31) qui est emmanché sur ladite bague tournante. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le support annulaire ( 18) pour l'anneau multipolaire ( 17) présente une section en U dont les branches s'orientent axialement. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la lèvre d'étanchéité ( 25) solidaire du premier flasque ( 24, 37) du moyen concentrateur de flux magnétique est en contact de frottement avec une branche du support ( 18) sous forme de U. 8 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le capteur ( 19) est constitué par une bobine d'induction enfermée dans deux flasque ( 24, 26; 24, 35) de section en L qui sont en contact l'un avec l'autre. 9 Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3, 5, 6 et 7, caractérisé par le fait que le capteur ( 40) est du type actif tel qu'une sonde à effet Hall, une magnétorésistance ou analogue et est monté entre deux languettes ( 41, 42), chacune des deux languettes étant issue respectivement d'un flasque ( 37, 38) du moyen concentrateur de flux magnétique. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait que le second flasque ( 26, 33, 38) du moyen concentrateur de flux magnétique est pourvu de lèvres d'étanchéité ( 36) entre les dents radiales ( 27, 34, 39) et venant en contact de frottement avec le support annulaire ( 18) par l'anneau mulitpolaire ( 17). 11 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le nombre de dents radiales ( 27, 34, 39) du second flasque du moyen concentrateur de flux est égal au nombre de segments magnétiques de même polarité constituant l'anneau multipolaires ( 17).