Brevet FR2792403A1 — publié le 20001020

1i 2792403 L'invention se rapporte au domaine technique des capteurs magnétiques de vitesse, de sens de rotation et/ou de position d'une pièce mobile par rapport audit capteur. L'invention vise en particulier, mais non exclusivement, le domaine des capteurs de vitesse, de sens de rotation et/ou de position mis en oeuvre dans les roulements ou paliers instrumentés. On connaît déjà, dans l'art antérieur, de nombreuses conceptions de roulement l0 à codeur magnétique incorporé et capteurs de type sonde à effet Hall ou magnéto-résistance. On peut se référer par exemple aux documents suivants: - demandes de brevet en France No. 2 667 947, 2 669 432, 2 669 728, 2 671 633, 2 678 691, 2 678 692, 2 690 989, 2 693 272, 2 694 082, 2 702 567, 2 710 985, 2 718 499; - demandes de brevet européen No. 375 019, 420 040, 420 041,438 624, 487 405, 488 853, 498 298, 518 157, 521 789, 522 933, 531 924, 557 931, 557 932, 647 851, 693 689, 701 132, 701 133, 714 029, 745 857, 751 311, 753 679, 767 385. On peut se référer, également à titre d'exemple, aux documents suivants issus de la demanderesse: - demandes de brevet en France No. 2 639 689, 2 640 706, 2 645 924, 2 730 283, 2 732 458, 2 717 266, 2 701 298; - demandes de brevet européen No. 371 836, 376 711, 394 083, 484 195, 607 719, 612 219, 619 438,631 140,652 438,671 628,725 281,735 348. Lorsque l'on souhaite connaître tant la vitesse de rotation de la bague intérieure ou de la bague extérieure du roulement que le sens de rotation de cette bague, il est connut de disposer de deux signaux déphasés de 90 électrique afin de définir le sens de rotation. 2; 2792403 On peut se référer, par exemple, aux documents FR-A-2 599 794, FR-A-2 660 028 et EP-A-395 783. D'autres dispositifs analogues sont connus dans l'art antérieur pour la détermination de l'angle de rotation et/ou du sens de rotation d'une pièce donnée par rapport à plusieurs capteurs circonférentiellement espacés. Le document WO-A-98 48 284 décrit un procédé pour détecter le sens de rotation d'une roue au moyen de sondes de Hall disposées en série dans le sens circonférentiel de la roue. Le document FR-A-2 750 493 décrit un capteur de déplacement angulaire de volant de direction comportant au moins trois cellules à effet Hall décalées d'environ 120 les unes par rapport aux autres. Le document EP-A-534 055 décrit un système de signalisation de rotation comprenant deux éléments à effet Hall, un aimant permanent étant agencé de telle sorte à maintenir un déphasage de 90 entre les signaux issus des deux capteurs. On peut se référer également aux documents EP-A-511 459 et WO-A-92 09 138. On connaît par ailleurs des dispositifs aptes à détecter le déplacement d'une source de champ magnétique et comprenant plusieurs sondes de Hall disposées en plusieurs ensembles placés sur un tracé prédéterminé, éventuellement rectiligne. Les documents WO-A-94 05 974 et WO-A-94 05 975 décrivent des dispositifs comprenant des éléments à effet Hall disposés à distance prédéterminée les uns des autres sur un tracé prédéterminé. Le document EP-A-590 222 décrit un capteur de positon magnétique apte à détecter la position d'un élément magnétique ayant une composante de champ qui s'annule en au moins un point de l'espace, ce capteur comprenant un 3 2792403 réseau de sondes de Hall alignées dans une direction perpendiculaire à ladite composante de champ et au courant circulant au travers des sondes. On peut se référer également au document EP-A-591 113. Le document WO-A-93 22 623 décrit un appareil générant un signal cumulatif représentant la position d'un aimant par rapport à une série linéaire de commutateurs à effet Hall. Les dispositifs connus de l'art antérieur pour la détection magnétique, à l'aide de io sondes à effet Hall ou analogue, de la vitesse, du sens de rotation et/ou de la position d'une pièce mobile par rapport à ladite sonde présentent des encombrements importants, ne sont pas modulaires et sont donc difficilement transposables d'une application donnée à une autre application. L'invention se rapporte à un capteur de position, de sens de rotation et/ou de vitesse d'une pièce mobile, par effet Hall ou magnétorésistance, ne présentant pas des inconvénients des capteurs connus de l'art antérieur. A cet effet, et selon un premier aspect, I'invention a pour objet un capteur de position et/ou de déplacement d'une pièce mobile génératrice d'impulsions magnétique, ledit capteur comportant une pluralité d'éléments sensibles, par exemple en nombre pair, alignés qui sont divisés en au moins deux sous- ensembles, les signaux issus de ces sous-ensembles étant traités par un circuit électronique apte à délivrer deux signaux analogiques en quadrature sensiblement parfaite. Les éléments sensibles sont, par exemple, choisis parmi les groupes comprenant les sondes à effet Hall, les magnéto-résistances, les magnéto- résistances géantes et sont placés à équidistance les uns des autres. Selon un deuxième aspect, I'invention a pour objet un procédé de traitement des signaux issus d'un capteur tel que présenté ci-dessus qui comprend les étapes suivantes: - création de au moins deux sous- ensembles de N éléments sensibles; 4 2792403 - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du premier sous- ensemble de sorte à former une première somme S1; - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du second sous- ensemble de sorte à former une deuxième somme S2; - addition des deux sommes Sl et S2; - addition des signaux S1 et - S2. En variante, le nombre pair d'éléments sensibles choisi pour la création des sous-ensembles d'éléments sensibles est effectué par programmation de type EEPROM, ZENER ZAPPING ou équivalent. Le procédé peut comprendre en outre une amplification des signaux S1+S2 et/ou S1-S2 de sorte à obtenir une amplitude identique pour ces deux signaux. Suivant une autre réalisation, un nombre d'éléments sensibles multiple de quatre est employé pour former quatre sous-ensembles de P élément sensible, le procédé comporte alors les étapes de: - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du premier sous- ensemble, de sorte à former un signal Sl; - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du deuxième sous-ensemble, de sorte à former un signal S2; - sommation des signaux issus du troisième sous- ensemble, de sorte à former un signal S',; - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du quatrième sous-ensemble, de sorte à former un signal S'2; - établissement des signaux S1-S2 - (S'1-S'2) et Sl+S2 - (S'1+S'2) exempts d'offset magnétique. Le procédé peut également comprendre une étape d'interpolation augmentant la résolution des signaux issus des capteurs. Selon un troisième aspect, I'invention a pour objet un dispositif pour la mise en ceuvre du procédé tel que présenté ci-dessus comprenant un circuit intégré personnalisé type ASIC. 2792403 Selon un cinquième aspect, l'invention a pour objet un ensemble capteur de position et/ou de déplacement tel que présenté précédement, associé à un dispositif décrit ci-dessus dans lequel les éléments sensibles du capteur sont inclus dans le circuit intégré personnalisé ASIC. Selon un sixième aspect, l'invention a pour objet l'application de l'ensemble présenté ci-dessus à la détection du sens de rotation d'une pièce génératrice d'impulsions magnétiques, de forme annulaire et formée d'une pluralité de io domaines continus à direction d'aimantation inversé d'un domaine donné par rapport au deux domaines qui lui sont contigus. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de mode de réalisation, description qui va être effectuée en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente un mode de réalisation du dispositif de détection suivant l'invention; - la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation du dispositif de détection suivant l'invention. Le dispositif de détection I comprend un nombre pair 2N d'éléments sensibles 2 de type magnéto-résistance ou sonde à effet Hall, placés à égal distance d entre eux, ces éléments 2 étant sensiblement disposés le long d'une droite D, par exemple les éléments sensibles 2 peuvent être disposés sur un arc de cercle qui peut être approximé à une droite. Dans les modes de réalisation représentés, vingt-quatre éléments sensibles 2 sont prévus. Cet agencement définit une barrette 3 d'éléments sensibles 2 de longueur (2N-1)d. Le dispositif de détection comprend également un circuit électronique 4 permettant de traiter les signaux analogiques issus des différents éléments 6 2792403 sensibles 2 afin d'obtenir des informations telles que par exemple la vitesse, la position angulaire et/ou le sens de déplacement d'une pièce magnétique multipolaire placée en regard de la barrette 3. Le dispositif de détection peut être intégré sur un substrat en silicium ou équivalent par exemple AsGa, de sorte à former un circuit intégré et personnalisé pour application spécifique, circuit parfois désigné sous le terme ASIC pour faire référence au circuit intégré conçu partiellement ou complètement en fonction des besoins. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'ensemble des éléments sensibles 2 est divisé en deux sous-ensembles 5, 6 de N éléments. Chaque élément sensible 2 du premier sous-ensemble 5 est connecté à un premier additionneur 7 tel que l'amplificateur assurant la sommation des signaux issus des N premiers éléments sensibles 2. De même, chaque élément sensible 2 du second sous-ensemble 6 est connecté à un deuxième additionneur 8 assurant la sommation des signaux issus des N autres éléments sensibles. Les deux sommes S. et S2 issues des premier et deuxième moyens additionneurs 7, 8 sont connectées à l'entrée d'un troisième moyen additionneur 9. La sortie S1 du premier moyen additionneur 7 et, via un inverseur 10, la sortie S2 du deuxième moyen additionneur 8 sont connectées à l'entrée d'un quatrième moyen additionneur 11. Au sortie des troisième 9 et quatrième moyen additionneur 11 apparaissent alors deux signaux Sl+S2 et Sl-S2. Lorsque la pièce magnétique multipolaire est une pièce annulaire formée d'une pluralité de domaines contigus à direction d'aimantation inversée dans le 7 2792403 domaine donné par rapport au deux domaines qui lui sont contigus, dès lors que la longueur polaire Lp, c'est à dire la longueur d'un pôle magnétique, est égale à la longueur de référence LpO définie par 2Nd, le dispositif de détection délivre deux signaux Sl+S2 et S1-S2 de même amplitude. La quadrature de ces deux signaux est toujours égale à 90 , quelle que soit la longueur polaire Lp vue par le capteur. De sorte que le dispositif permet de s'affranchir des tolérances de placement des éléments sensibles, comme par exemple lorsque ces éléments sensibles 2 o0 sont placés sur un substrat. Par ailleurs, lorsque la longueur polaire Lp de la pièce magnétique multipolaire n'est pas appropriée au capteur, seule l'amplitude des signaux S1+S2 et S1-S2 est modifiée, la phase de ces signaux étant maintenue constante. De sorte que si le dispositif est mis en oeuvre sans système d'interpolation électronique, c'est à dire si les signaux digitaux ont une résolution identique à celle du codeur magnétique, la quadrature des signaux S1+S2 et S1-S2 est conservée, pour une large gamme de longueur polaire Lp. Dans l'optique de l'utilisation d'un interpolateur augmentant la résolution des signaux de sortie du dispositif de détection, les signaux analogiques doivent remplir les conditions suivantes pour assurer les signaux digitaux interpolés de bonne qualité: - être en quadrature parfaite; - être de même amplitude; - être exempt d'offset magnétique et électronique. Un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté en figure 2, propose un dispositif de détection qui délivre des signaux analogiques remplissant ces trois conditions dans une large gamme de longueur polaire Lp. Le dispositif de détection décrit précédemment délivre des signaux en quadrature parfaite. 8;Y2792403 Lorsque la longueur de référence LpO = 2Nd est supérieure à la longueur polaire Lp, I'amplitude du signal S1+S2 est inférieure à celle du signal Sl-S2. Lorsque LpO est égale à Lp, les amplitudes des signaux S1+S2 et Sl-S2 sont égales. Lorsque LpO est inférieure à Lp, I'amplitude du signal Sl+ S2 est supérieure à celle du signal S1-S2. io Dans une première variante de réalisation, et lorsque LpO est supérieure à Lp, un moyen d'augmenter le nombre de longueur polaire utilisable et de réduire la longueur de la barrette 3 à 2M éléments utilisés sur les 2N (M étant inférieur à N, par programmation, par exemple de type EEPROM ou ZENER ZAPPING). Dans une seconde variante de réalisation, on peut amplifier de façon électronique l'un des deux signaux S1+S2 ou Sl-S2 par rapport à l'autre pour retrouver une amplitude identique pour ces deux signaux. L'offset magnétique et électrique correspond à une composante continue (l'offset magnétique est quant à lui supposé uniforme sur l'ensemble des éléments sensibles) qui s'additionne aux signaux détectés S1+S2 et S1-S2. Toutefois, par principe, la soustraction Sl-S2 ne comporte pas de composante continue liée à l'offset magnétique. Pour s'affranchir de l'offset magnétique sur le signal S1+S2, la barrette 3 d'éléments sensibles peut être décomposée en quatre quadrants à P éléments sensibles et un circuit électronique à base d'amplificateur additionneur et d'inverseur permet d'obtenir les signaux Si, S2, S', et S'2 issus respectivement des premier, deuxième troisième et quatrième sous-ensembles à P élément sensible d'une barrette à 4P éléments sensibles. Les signaux analogiques utilisés dans un interpolateur peuvent alors être les suivants: (S1-S2)-(S'1 -S'2) 9 2792403 (S1+S2)-(S'1+S'2)- L'annulation de la composante continue liée à l'offset magnétique, par le biais de cette décomposition en quatre quadrants est compatible avec l'amplification des deux signaux obtenus pour augmenter la longueur polaire admissible, lorsque la longueur polaire Lp est inférieure ou supérieure à la longueur de référence LpO = 2Pd. La composante d'offset électronique peut être réduite par ailleurs par d'autres moyens non décrits dans la présente demande. i0 Le dispositif selon l'invention permet de mesurer le champ magnétique délivré par une pièce magnétique multipolaire mobile et de délivrer deux signaux analogiques dont le déphasage est toujours de 90 électrique, ceci indépendamment de la longueur polaire du capteur. i5 Le traitement de ces deux signaux analogiques par un circuit ad hoc, non représenté, permet de déduire le sens de déplacement de la pièce magnétique multipolaire, y compris pour de faible vitesse de déplacement. ;Y2792403 REVENDICATIONS 1. Capteur de position et/ou de déplacement d'une pièce mobile génératrice d'impulsions magnétique, ledit capteur comportant une pluralité d'éléments sensibles alignés, caractérisé en ce que les éléments sensibles sont divisés en au moins deux sous-ensembles, les signaux issus de ces sous-ensembles étant traités par un circuit électronique apte à délivrer deux signaux analogiques en quadrature sensiblement parfaite. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sensibles sont choisis parmi les groupes comprenant les sondes à effet Hall, les magnéto-résistances, les magnéto-résistances géantes. 3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments i5 sensibles sont placés à équidistance les uns des autres. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre des éléments sensibles est pair. 5. Procédé de traitement des signaux issus d'un capteur tel que présenté dans l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - création de au moins deux sous-ensembles (5, 6) de N éléments sensibles; - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du premier sous- ensemble de sorte à former une première somme S.; - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du second sous- ensemble de sorte à former une deuxième somme S2; - addition des deux sommes Sl et S2; - addition des signaux S, et - S2. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le nombre pair d'éléments sensibles choisi pour la création des sous-ensembles d'éléments sensibles est effectué par programmation de type EEPROM, ZENER ZAPPING ou équivalent. 1 1 2792403 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une amplification des signaux S1+S2 et/ou S1-S2 de sorte à obtenir une amplitude identique pour ces deux signaux. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'un nombre d'éléments sensibles multiple de quatre est employé pour former quatre sous-ensembles de P élément sensible, le procédé comportant les étapes de: - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du premier sous- ensemble, de sorte à former un signal Si; - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du deuxième sous-ensemble, de sorte à former un signal S2; - sommation des signaux issus du troisième sous-ensemble, de sorte à former un signal S',; - sommation des signaux issus de chaque élément sensible du quatrième sous-ensemble, de sorte à former un signal S'2; - établissement des signaux (S1-S2) - (S'1-S'2) et (Sl+S2)- (S'1+S'2) exempts d'offset magnétique. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'interpolation augmentant la résolution des signaux issus des capteurs. 10.Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que présenté dans les revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit intégré personnalisé type ASIC. 11. Ensemble capteur de position et/ou de déplacement tel que présenté dans les revendications 1 à 4, associé à un dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments sensibles du capteur sont inclus dans le circuit intégré personnalisé ASIC. 12.Application de l'ensemble présenté en revendication 11 à la détection du sens de rotation d'une pièce génératrice d'impulsions magnétiques, de forme 12 2792403 annulaire et formée d'une pluralité de domaines continus à direction d'aimantation inversé d'un domaine donné par rapport au deux domaines qui lui sont contigus.