Brevet FR2702567A1 — publié le 19940916

Dispositif de détection radiale de la vitesse de rotation d'un roulement ef roulement muni d'un tel dispositif intégré. La présente invention concerne un dispositif de détection de la vitesse de rotation d'un roulement, par exemple d'un roulement de roue de véhicule couplé à un système de freinage anti-blocage de type ABS. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de détection de type radial dans lequel un codeur rendu solidaire de la bague tournante du roulement est en regard radialement d'un capteur rendu solidaire de la bague non tournante du roulement. Les inventeurs ont constaté que la disposition radiale entre le codeur et le capteur intégrés dans un roulement est particulièrement intéressante dans le cas où ledit roulement est soumis à des efforts ayant tendance à mettre les bagues extérieure et intérieure du roulement en dévers l'une par rapport à l'autre (lorsque un roulement est mis en dévers, les axes de la bague intérieure et de la bague extérieure ne sont plus confondus mais font un faible angle l'un par rapport à l'autre). Ce phénomène se produit fréquemment dans les roulements de roue équipant un véhicule lorsque le véhicule est soumis à des virages sous forte accélération latérale. Un schéma explicatif (figure 6) permet de mieux comprendre le choix de la détection radiale de la vitesse de rotation d'un roulement. Sur le schéma, les bagues extérieure et intérieure du roulement sont représentées par leur axe respectif X, X' qui font un angle a de mise en dévers. Le codeur solidaire de la bague extérieure (ou intérieure) tournante du roulement se trouve en position A' déviée de sa position normale A. Dans le cas d'une détection radiale, la surface de détection B du capteur fixe est orientée radialement face au codeur. L'entrefer radial e r entre le capteur et le codeur varie de Aer lorsque le roulement est mise en dévers. Dans le cas d'une détection axiale, le capteur solidaire de la bague non tournante présente une surface de détection C orientée axialement face au codeur tournant. L'entrefer axial e a entre le capteur et le codeur change de Aea lorsque le roulement est mis en dévers. Il ressort de la figure 6 que le rapport AeéAea est égal à la valeur trigonométrique tga. Comme l'angle de dévers a est très faible (en général inférieur à 100), la variation d'entrefer radial her est nettement inférieure à la variation d'entrefer axial Aea. I1 en résulte que la détection radiale est beaucoup moins sensible à la mise en dévers du roulement que la détection axiale. Dans l'état de la technique, on connaît des dispositifs de détection de la vitesse de rotation associés à des roulements, aussi bien de type axial que de type radial, choisis seulement en fonction des structures des roulements à équiper sans tenir compte du problème de mise en dévers du roulement. On peut citer par exemple la demande de brevet français nO 2.675.862 (Jaeger) relative à un roulement à capteur tachymétrique. Le dispositif de détection comprend un anneau multipolaire rendu solidaire de la bague tournante du roulement et un bobinage emprisonné dans deux pièces annulaires concentrateurs de flux magnétique pour former le capteur solidaire de la bague non tournante du roulement. Le capteur et le codeur (anneau multipolaire) peuvent être en regard radialement ou axialement à une extrémité du roulement. Ce dispositif de détection présente une structure-complexe notamment en ce qui conceme les concentrateurs de flux, et un encombrement important nécessitant un usinage particulier de la bague extérieure du roulement en vue de l'intégration du dispositif.De plus, le dispositif ne comporte pas de joint d'étanchéité permettant de le protéger du milieu extérieur. L'objet de la présente invention est de réaliser un dispositif de détection radiale de la vitesse de rotation d'un roulement, de structure simple et compacte pour permettre son montage dans l'espace disponible entre les bagues extérieure et intérieure du roulement avec une bonne performance de détection. L'invention a également pour objet un dispositif de détection radiale de la vitesse de rotation d'un roulement dont le codeur n'est pas soumis à des contraintes intemes de traction en cas de dilatation différentielle du codeur et de son support. Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif de détection radiale dans lequel le capteur et le codeur sont parfaitement isolés du milieu extérieur par des moyens d'étanchéité efficaces. L'invention a enfin pour objet un roulement muni d'un dispositif intégré de détection radiale de la vitesse de rotation du roulement. Selon l'invention, le dispositif de détection de la vitesse de rotation d'un roulement comprend un élément codeur pourvu d'un anneau multipolaire rendu solidaire de la bague tournante du roulement, et un élément capteur pourvu d'un capteur passif composé d'un bobinage enroulé dans un concentrateur annulaire de flux magnétique de section en U et rendu solidaire de la bague non tournante du roulement. L'anneau multipolaire et le capteur sont disposés radialement en regard avec un entrefer. Selon rinvention, le concentrateur de flux magnétique présente une partie cylindrique délimitée axialement par deux branches collectrices de flux situées radialement à l'extérieur de la partie cylindrique. Au moins une des branches collectrices présente des dents sur sa périphérie orientée radialement face à l'anneau multipolaire qui présente une aimantation axiale de façon alternée sur sa circonférence. La branche collectrice du concentrateur de flux située du côté des éléments roulants du roulement est inclinée vers la rangée d'éléments roulants, ce qui permet de profiter au maximum de espace disponible entre les bagues extérieure et intérieure du roulement pour augmenter le nombre de spires du bobinage inductif du capteur passif. De préférence, le capteur est situé radialement à l'intérieur de l'anneau multipolaire coaxialement par rapport à celui-ci. L'anneau multipolaire est disposé radialement à l'intérieur d'un support métallique qui comporte une partie axiale tubulaire sur laquelle l'anneau multipolaire est solidarisé. De préférence, l'étendue axiale de l'anneau multipolaire est supérieure à L'étendue axiale du capteur passif (ensemble bobinage/concentrateur de flux). Selon l'invention, le capteur est isolé du milieu extérieur du roulement au moyen d'un joint d'étanchéité par exemple du type à lèvre frottante. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de deux modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un roulement de moyeu de roue de véhicule équipé d'un dispositif de détection selon l'invention, la figure 2 est une vue de détail du dispositif de détection de la figure 1, la figure 3 est une variante du dispositif de détection de la figure 2, la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un roulement équipé d'un dispositif de détection selon un second mode de réalisation de l'invention, la figure 5 est une vue de détail du dispositif de détection de la figure 4 et, la figure 6 est un schéma explicatif montrant l'influence de la mise en dévers du roulement sur la variation d'entrefer radial et axial entre le capteur et le codeur du dispositif de détection. Comme illustré sur la figure 1, l'invention peut être appliquée à un roulement de roue. Le roulement comprend une bague extérieure tournante 1, deux demi-bagues intérieures non-tournantes 2 assemblées côte-à-côte axialement, et deux rangées de billes 3 réparties circonférentiellement entre la bague extérieure 1 et les demi-bagues intérieures 2 au moyen d'une cage 4. La bague extérieure tournante 1 présente une portée axiale 5 qui coopère avec les billes de roulement 3, un collet annulaire 6 pourvu de perforations axiales 7, 8 qui coopèrent avec des vis ou boulons (non représentés) en vue du montage d'une roue et d'un disque de frein (non représentés) sur le côté extérieure à l'opposé de la porté axiale 5 de la bague extérieure 1. Le roulement est équipé d'un dispositif de détection 9 de type radial de la vitesse de rotation du roulement en vue de fournir des signaux électriques représentatifs de la vitesse de rotation de la bague extérieure 1 du roulement, donc de la roue concernée du véhicule, à une unité de traitement du signal équipant le véhicule. En se référant en plus à la figure 2, le dispositif de détection 9 comprend un élément codeur 10 rendu solidaire de la surface intérieure cylindrique Sa de la bague extérieure 1 sur la partie d'extrémité de la portée axiale 5, un élément capteur Il rendu solidaire de la bague intérieure 2 au moyen d'un porte-capteur 12 rendu solidaire de la face extérieure cylindrique 2a de la bague intérieure fixe 2. L'élément codeur 10 comprend un anneau multipolaire 13 à aimantation axiale, en plastoferrite par exemple, surmoulé sur la face intérieure d'un insert métallique tubulaire 14 pourvu de trous périphériques 14a améliorant l'ancrage de l'anneau multipolaire. L'insert métallique tubulaire 14 est emmanché dans la surface cylindrique intérieure Sa de la bague extérieure tournante 1. L'élément capteur il est constitué par un capteur de type passif à bobinage 15 et un concentrateur annulaire de flux 16 qui est annulaire de section droite en forme de U dont les branches 16a et 16b constituent les branches collectrices de flux magnétique pour la bobine d'induction 15 qui est enroulée à l'intérieur du U. Le concentrateur de flux 16 comporte une partie axiale cylindrique 16c dont les extrémités sont délimitées par les branches collectrices de flux 16a et 16b s'étendant sensiblement radialement vers rextérieur. La branche collectrice 16a se trouvant du côté des rangées de billes de roulement 3 est inclinée vers les rangées de billes pour profiter de l'espace disponible entre les bagues extérieure 1, intérieure 2 et la rangée attenante de bille 3. L'autre branche collectrice 16b du concentrateur 16 s'étend sensiblement radialement avec des dents sur la périphérie et face radialement à l'anneau multipolaire 13. L'étendue axiale de l'anneau multipolaire 13 est supérieure à l'étendue de l'élément capteur 11, ce qui signifie que la distance axiale entre les extrémités des branches collectrices 16a et 16b est inférieure à l'étendue axiale de l'anneau multipolaire 13. Le fait d'avoir une étendue axiale de l'anneau multipolaire suffisamment grande par rapport à l'étendue axiale de l'élément capteur 11 permet un léger déplacement axial relatif entre l'élément capteur 1 I et l'élément codeur 10 lorsque le roulement est mis en dévers (voir figure 6) sans que la qualité de détection en soit affectée. L'élément capteur 11 se trouve concentriquement à l'intérieur de l'anneau multipolaire 13 avec un entrefer radial entre eux. Le porte-capteur 12 est de préférence réalisé par moulage d'une matière plastique sur un support métallique annulaire 17 d'emmanchement et de renfort mécanique. Le porte-capteur 12 comporte avantageusement une tête de connection 18 (figure 1) pour assurer la liaison électronique entre le dispositif de détection 9 intégré au roulement et l'unité de traitement du signal non représenté. Le porte-capteur 12 présente une portée tubulaire extérieure 19 qui coiffe extérieurement l'extrémité de la portée axiale 5 de la bague extérieure tournante 1, sans contact avec celle-ci. Sur la surface cylindrique extérieure 5b de la bague extérieure 1 à l'extrémité de sa portée axiale 5 est emmanché un support métallique annulaire 20 pourvu d'un joint d'étanchéité annulaire 21 à lèvre frottante qui coopère avec un coude annulaire de la pièce métallique annulaire 17 du porte-capteur 12 afin d'assurer l'étanchéité du dispositif de détection 9 vis-à-vis de l'extérieur. Le support métallique 20 du joint d'étanchéité 21 forme en outre avec la portée tubulaire 19 du portecapteur 12 un joint labyrinthe empêchant des particules polluantes ou des éclaboussures venant du milieu extérieur d'atteindre le joint d'étanchéité 21. La figure 3 montre une variante de réalisation du dispositif de détection 9. Comparé à la figure 2, le seul changement consiste en la structure de l'élément capteur 10 dont l'insert métallique 14 est remplacé par un support métallique annulaire 22 avec une portée tubulaire d'emmanchement 22a comparable à l'insert métallique 14 de la figure 2, une partie de liaison radiale 22b s'étendant intérieurement, survie d'une seconde partie tubulaire axiale 22c sur la surface intérieure de laquelle est surmoulé l'anneau multipolaire 13. La seconde partie tubulaire 22c du support métallique 22 comporte des trous périphériques 22d en vue d'améliorer l'ancrage de l'anneau multipolaire dans le support métallique 22.La structure de l'élément codeur 10 permet d'éviter le contact direct entre la bague extérieure 1 du roulement et l'anneau multipolaire en matière plastique, ce qui permet de réduire davantage des contraintes mécanique internes subies par la dilatation différentielle thermique entre les différentes pièces. Sur les figures 4 et 5 sont montrés un second mode de réalisation de l'invention qui est tout à fait comparable au premier mode de réalisation précédemment décrit. Dans cet exemple, le roulement concerné n'est pas spécialement conçu pour équiper un moyeu de roue de véhicule. Ce roulement comprend une bague extérieure fixe 23, deux demi-bagues intérieures tournantes 24 rendues solidaires d'un arbre tournant non représenté, et deux rangées d'éléments roulants sous forme de billes 25 comprises entre la bague extérieure 23 et les demi-bagues intérieures 24. Une extrémité (à gauche de la figure 4) du roulement est rendue étanche par un joint d'étanchéité 26 classique, et l'autre extrémité du roulement est équipée d'un dispositif de détection 27 de type radial de la vitesse de rotation du roulement. L'élément codeur 10 comprend un anneau multipolaire 13 et un support métallique 28 qui comporte une partie tubulaire d'emmanchement 28a, une partie radiale 28b avec une inclinaison vers les rangées d'éléments roulants 25, et une partie tubulaire 28c sur la face intérieure de laquelle est sunnoulé l'anneau multipolaire 13. la partie tubulaire 28c présente des trous périphériques 28d améliorant l'ancrage de l'anneau multipolaire. L'inclinaison de la partie radiale 28b du support métallique 28 permet d'augmenter l'étendue axiale de L'anneau multipolaire 23 et de l'élément capteur il en profitant de l'espace disponible au voisinage de la rangée de billes 25.L'élément capteur il comprend une bobine d'induction 15 et un concentrateur de flux magnétique 16 tout à fait similaire à la structure précédemment décrite. L'élément capteur 11 est disposé coaxialement à l'intérieur de l'anneau multipolaire 13 avec un entrefer radial. Le porte-capteur 12 comprend un insert métallique d'emmanchement 29, une tête de connexion 18 et un support métallique 30 pour joint d'étanchéité 31, le support métallique 30 étant ancré dans le porte-capteur 12. Au montage, l'élément codeur 10 est emmanché grâce à la partie tubulaire 28a du support métallique 28 sur la surface extérieure cylindrique 24a de la bague intérieure tournante 24. Le porte-capteur 12 est emmanché à l'aide de l'insert métallique 29 sur la surface intérieure cylindrique 23a de la bague extérieure 23. Le joint d'étanchéité 31 est de type à lèvre frottante et coopère avec le coude formé entre la partie tubulaire l'emmanchement 28a et la partie radiale 28b du support métallique 28 de l'élément codeur 10. L'ensemble formé par l'élément codeur 10 et l'élément capteur I 1 est logé à l'intérieur de l'espace entre les bagues extérieure 1, 23 et intérieures 2, 24, d'un côté d'une des rangées d'éléments roulants 3, 25. Grâce à l'invention, il n'est pas nécessaire d'effectuer un usinage particulier des bagues de roulement pour intégrer le dispositif de détection 9, 27 dont la qualité et la puissance du signal délivré sont satisfaisantes. L'anneau multipolaire 13 est à aimantation axiale avec les pôles magnétiques S, N venant en regard des extrémités libres des branches collectrices l6a, 16b du concentrateur de flux magnétique 16. L'inclinaison d'une branche 16a du concentrateur de flux vers la rangée attenante d'éléments roulants 3, 25 et la détection radiale permet à la fois la meilleure utilisation possible de l'espace disponible pour optimiser le dimensionnement et le nombre de spires de la bobine d'induction 15 (puissance optimale du signal délivré) et pour réduire au minimum les variations d'entrefer entre l'anneau multipolaire 13 et l'élément capteur 11 qui pourraient résulter d'une mise en dévers du roulement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection (9, 27) de la vitesse de rotation d'un roulement, comprenant un élément codeur (10) pourvu d'un anneau multipolaire (13) à aimantation axiale et rendu solidaire de la bague tournante (1, 24) du roulement, un élément capteur (11) pourvu d'un capteur passif à bobinage (15) enroulé dans un concentrateur annulaire (16) de flux magnétique de section en U et d'un porte-capteur (12) solidaire de la bague non toumante (2, 23) du roulement, l'anneau multipolaire et l'élément capteur étant disposés radialement avec un entrefer, caractérisé en ce que le concentrateur (16) de flux magnétique comporte une partie cylindrique (16c) délimitée axialement par deux branches collectrices (16a, 16b) situées radialement à l'extérieur de la partie cylindrique, au moins une des branches collectrices comportant des dents sur sa périphérie, la branche (16a) du concentrateur de flux située du côté des éléments roulants (3, 25) étant inclinée vers la rangée attenante d'éléments roulants. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que élément capteur (11) est situé radialement à l'intérieur de l'anneau multipolaire (13) coaxialement par rapport à celui-ci, et que l'anneau multipolaire est solidaire d'une partie axiale tubulaire (14, 22c, 28c) d'un support métallique annulaire (14, 22, 28). 3. Dispositif de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite partie tubulaire axiale comporte des trous périphériques (14a, 22d, 28d) permettant l'ancrage de l'anneau multipolaire (13). 4. Dispositif de détection selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite partie axiale tubulaire est constituée par un insert métallique (14) emmanché directement sur la bague tournante (1) du roulement. 5. Dispositif de détection selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le support métallique (22, 28) comporte en outre une partie tubulaire d'emmanchement (22a, 28a) sur une face cylindrique (Sa) de la bague tournante (1, 24) du roulement et une partie radiale de liaison (22b, 28b) entre la partie axiale tubulaire (22c, 28c) supportant l'anneau multipolaire (13) et la partie tubulaire d'emmanchement. 6. Dispositif de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étendue axiale de l'anneau multipolaire (13) est supérieure à l'étendue axiale de l'élément capteur (11). 7. Dispositif de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un joint d'étanchéité (21, 31) à lèvre frottante permettant d'isoler l'ensemble fonner par l'élément codeur (10) et l'élément capteur (11) du milieu extérieur du roulement. 8. Dispositif de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (21) est solidaire d'un support métallique annulaire (20) présentant une partie tubulaire d'emmanchement sur la bague tournante (1) du roulement, la lèvre d'étanchéité coopérant avec un élément métallique (17) annulaire faisant partie du porte-capteur (12). 9. Dispositif de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (31) est solidaire d'un support métallique annulaire (30) ancré dans le porte-capteur (12) et coopère avec le support métallique (28) de l'élément codeur (10). 10. Roulement équipé d'un dispositif de détection (9, 27) de la vitesse de rotation de sa bague tournante par rapport à sa bague non toumante selon l'une des revendications précédentes.