Brevet FR2857743A1 — publié le 20050121

Système de mesure de rotation. La présente invention concerne le domaine des capteurs 5 multitours à comptage et mémorisation électroniques, capables de fournir un signal de sortie représentatif de la position absolue d'une pièce tournante. De tels capteurs peuvent être utilisés pour fournir par exemple la position d'un vérin linéaire comprenant une machine électrique tournante. Il est connu de faire appel à un ensemble mécanique pour compter et mémoriser le nombre de tours effectués par un codeur pendant qu'une autre partie du système fournit la position absolue à l'intérieur d'un tour. Ainsi, le nombre de tours est pris en compte, même en l'absence d'alimentation électrique. Les dispositifs 15 électroniques de traitement sont informés de la position exacte du codeur lors de la remise sous tension. Toutefois, l'ensemble mécanique est relativement encombrant et onéreux. Par ailleurs, les roulements instrumentés actuels basés sur les phénomènes magnétique, capacitif ou inductif ne peuvent pas 20 fonctionner sans apport d'énergie extérieure, sous la forme d'une tension électrique, et réalisent une mesure angulaire et non une mesure multitours. L'abrégé du document JP A 09-273943 décrit un encodeur absolu multitours, comprenant une partie tournante équipée de deux 25 pistes optiques et de deux pistes magnétiques et une partie non tournante comprenant deux capteurs optiques et deux capteurs magnétiques, des circuits électroniques et une alimentation de réserve prévue pour alimenter les capteurs magnétiques. Les circuits électroniques offrent un mode haute consommation et un mode basse 30 consommation d'énergie selon qu'une alimentation principale est active ou non. Toutefois, un tel système est particulièrement complexe, encombrant et onéreux. L'utilisation de codeurs optiques n'est pas souhaitable dans certaines applications. L'invention propose un système de mesure de rotation de structure simple, adapté à une alimentation extérieure non permanente, d'encombrement réduit, très robuste et de coût raisonnable. Le système de mesure de rotation, selon un aspect de 5 l'invention, comprend un élément tournant pourvu d'un codeur, un élément non tournant pourvu d'au moins un capteur passif pour la détection de la position angulaire du codeur, ledit capteur étant distant du codeur, un compteur électronique du nombre de tours ou de fractions de tours effectués par l'élément tournant par rapport à 10 l'élément non tournant, un moyen d'alimentation temporaire du capteur et du codeur et un système pour la transmission de signaux de position angulaire absolue et de l'alimentation électrique. On bénéficie ainsi d'un système particulièrement simple. On entendra par capteur passif, un capteur ne nécessitant pas d'alimentation électrique pour 15 que son état de sortie soit modifié. Dans un mode de réalisation, le capteur comprend un interrupteur à lame souple, également connu sous le nom de relais Reed . Dans un autre mode de réalisation, le capteur est du type à fil 20 de Wiegand. Dans un mode de réalisation, le moyen d'alimentation comprend un condensateur de forte capacité. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'alimentation comprend une batterie ou une pile. Le choix du type de moyen d'alimentation peut être effectué en fonction de l'énergie électrique à fournir et des contraintes d'environnement, telles que température, chocs, pollution. Avantageusement, le connecteur est relié au moyen d'alimentation temporaire et au compteur. Avantageusement, le capteur est à rotation illimitée. Le capteur et le compteur suivant l'invention sont aptes à être actifs lorsque le connecteur est déconnecté. De préférence, il est prévu au moins deux capteurs passifs. Le système pour la transmission de signaux et de l'alimentation peut comprendre un connecteur apte à être embroché avec un connecteur complémentaire, ou un élément de transmission à distance de signaux et de l'alimentation apte à coopérer avec un élément 5 complémentaire distant. L'élément de transmission à distance peut former un circuit résonant avec l'élément complémentaire distant. Le fait d'utiliser un capteur passif, peu ou pas consommateur d'énergie électrique, est particulièrement intéressant pour accroître l'autonomie du système. En outre, un capteur du type proposé est 10 capable de détecter des rotations à faible vitesse, cas qui se présente souvent lors du déplacement d'un élément tournant hors tension électrique, par exemple de façon manuelle. Le codeur sera avantageusement une bague d'impulsion magnétique multipolaire, réalisée à partir d'aimants ou encore de plastoferrite ou d'élastoferrite 15 magnétisé. L'invention propose également un roulement instrumenté comprenant deux bagues, au moins une rangée d'éléments roulants et un système de mesure de rotation. Les éléments roulants sont disposés entre les bagues. Le système de mesure de rotation comprend un 20 élément tournant solidaire de la bague tournante et un élément non tournant solidaire de la bague non tournante. La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement 25 limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement équipé d'un ensemble de détections de rotation selon un aspect de l' invention; -la figure 2 est un schéma électronique de l'ensemble de 30 détection de rotation; -la figure 3 est une vue de face en élévation du codeur et des capteurs de l'ensemble de détection; -la figure 4 est une vue en coupe axiale correspondant à la figure 3; -les figures 5 et 6 correspondant respectivement aux figures 3 et 4, illustrent un autre mode de réalisation de l'invention; et -la figure 7 est une variante de la figure 2. Comme on peut le voir sur la figure 1, un palier à roulement 1 5 comprend une bague extérieure 2 pourvue d'un chemin de roulement 3, une bague intérieure 4 pourvue d'un chemin de roulement 5, une rangée d'éléments roulants 6, ici des billes, disposés entre les chemins de roulement 3 et 5, une cage 7 de maintien de l'espacement circonférentiel des éléments roulants 6, et un joint d'étanchéité 8 10 monté sur la bague extérieure 2 et venant en frottement avec une portée cylindrique 4a de la bague intérieure 4, tout en étant disposé radialement entre les deux bagues 2 et 4 et axialement entre la rangée d'éléments roulants 6 et l'une des surfaces latérales des bagues 2, 4. Le joint d'étanchéité 8 est monté dans une rainure annulaire 9 formée 15 dans la bague extérieure 2, à proximité de sa surface latérale radiale 2a. Du côté opposé, la bague extérieure 2 est également pourvue d'une rainure 10, symétrique à la rainure 9, par rapport à un plan passant par le centre des éléments roulants 6. Un bloc capteur, référencé 11 dans son ensemble, est monté sur 20 la bague extérieure 2 du côté de la rainure 10. Le bloc capteur 11 comprend un support métallique 12, un capot métallique 13, et deux éléments capteurs 14, dont un seul est visible sur la figure 1, noyés dans une partie centrale en matériau synthétique 15. Le support métallique 12, de forme générale annulaire, est 25 accroché dans la rainure 10 et entoure radialement la partie centrale 15 et le capot métallique 13 qui présente une forme générale de disque. La partie centrale 15 est limitée radialement par le support 12 vers l'extérieur et présente un alésage l5a, de diamètre tel qu'il subsiste un espace radial suffisant pour le codeur qui sera décrit plus loin. Les 30 éléments capteurs 14, solidaires de la partie centrale 15, affleurent l'alésage l5a. Une extrémité de la partie centrale 15, en saillie radiale vers l'extérieur, forme un terminal 19 de sortie de fil 20. Le terminal 19 passe par une échancrure formée dans le support 12. Le fil 20 est relié à un connecteur 21, apte à être relié à un connecteur complémentaire, non représenté, en vue de l'alimentation électrique et de la transmission d'informations. Le codeur 16 comprend un support 17 annulaire et une partie active 18. Le support 17 est de forme annulaire à section en T et 5 comprend une portion radiale 17a, axialement en contact avec une surface frontale radiale 4b de la bague intérieure 4, du même côté que le bloc capteur 11, et une portion cylindrique 17b s'étendant à partir du bord extérieur de la portion radiale 17a, axialement des deux côtés, en étant emmanchée du côté de la bague intérieure 4 sur une portée 10 cylindrique 4c de la bague intérieure 4. La portée 4c est, de préférence, symétrique de la portée 4a par rapport à un plan radial passant par le centre des éléments roulants 6. La partie active 18 du codeur 16 est de forme annulaire, de section généralement rectangulaire, disposée sur le pourtour extérieur 15 de la portion cylindrique 17b. La partie active 18 s'étend axialement en direction des éléments roulants 6, au-delà de la portion radiale 17a, entre les bagues extérieure 2 et intérieure 4, sensiblement jusqu'au niveau de la rainure 10 de la bague extérieure 2. La partie active 18 s'étend jusqu'à proximité de l'alésage 15a 20 de la partie centrale 15, avec lequel elle forme un entrefer radial. Lors de la rotation de la bague intérieure 4, par rapport à la bague extérieure 2, la partie active 18 du codeur 16 défile à rotation devant les éléments capteurs 14, qui sont capables de fournir en sortie un signal électrique. La partie active 18 du codeur 16 est une bague 25 magnétisée multipolaire, par exemple en plastoferrite. Le codeur 16 et le bloc capteur 11 forment un ensemble de détection de paramètres de rotation. Le bloc capteur 11 comprend en outre un module électronique 22 noyé dans la partie centrale 15 et relié, d'une part, aux éléments 30 capteurs 14 et, d'autre part, au connecteur 21 par l'intermédiaire du fil 20. Le module électronique 22 est illustré plus en détail sur la figure 2. Le module électronique 22 peut être réalisé sous la forme d'une carte de circuit imprimé supportant un ou plusieurs circuits intégrés et un ou plusieurs éléments discrets. Le module électronique 22 comprend un élément de filtrage 23, un élément de traitement 24, un compteur 25, un interface 26 et une 5 alimentation temporaire 27. L'élément de filtrage 23 est relié au capteur 14. L'alimentation temporaire 27, sous la forme d'éléments discrets, comprend une batterie et/ou un condensateur de forte capacité, par exemple 10 farad, et alimente l'élément de filtrage 23, l'élément de traitement 24 et le compteur 25. L'alimentation 10 temporaire 27 est reliée au connecteur 21. Sur la figure 2, est également illustrée une alimentation principale 28 reliée de façon débrochable au connecteur 21 par un connecteur complémentaire 29. L'alimentation principale 28 permet de recharger l'alimentation temporaire 27 lorsque les connecteurs 21 et 15 29 sont embrochés. L'élément de traitement 24 est monté en aval de l'élément de filtrage 23 et reçoit dudit élément de filtrage 23 un ou plusieurs signaux, préférablement numériques, l'élément de filtrage pouvant assurer un prétraitement comprenant une étape de numérisation. Le 20 compteur 25 est monté en aval de l'élément de traitement 24 et reçoit dudit élément de traitement 24 un signal d'incrémentation ou de décrémentation. L'interface 26 est montée en aval du compteur 25 et reçoit dudit compteur 25 un signal de position codé sur n bits. L'interface 26 est reliée au connecteur 21 pour la transmission de la 25 formation de position à des dispositifs extérieurs par l'intermédiaire du connecteur 29 et d'un fil 30. Avantageusement, le module électronique 22 est réalisé à partir d'un circuit sur mesure, par exemple un ASIC, et est de type à très basse consommation, par exemple inférieur à 10 gA. Le module 30 électronique 22 recueille les signaux des capteurs 14 et incrémente ou décrémente le compteur selon le sens de rotation. Le module électronique 22 peut également être réalisé à partir de composants différents effectuant les opérations analogiques et logiques, à partir d'un circuit analogique programmable, par exemple EPLD, ou à partir d'un micro-contrôleur. L'élément de traitement 24 est capable de déterminer le sens de rotation à partir de la quadrature des signaux des deux capteurs 14. L'alimentation temporaire 27 peut également comprendre une 5 pile qui pourrait être mise hors circuit lorsque l'alimentation principale 28 est reliée au module électronique 22. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, le système comprend un codeur 31 pourvu d'une double couronne aimantée avec une couronne intérieure pourvue de six pôles sud 33 et 10 une couronne extérieure pourvue de six pôles nord 34 adjacents, des zones non magnétisées 35 séparant angulairement un pôle sud 33 et un pôle nord 34 des pôles voisins. Un pôle nord est aligné radialement avec un pôle sud. L'ensemble capteur 32 comprend une carte de circuit imprimé 15 36 dont les fonctions sont semblables à celles du module électronique 22 de la figure 2, et supportant deux capteurs 37 de type interrupteur à lame souple. Les interrupteurs à lame souple (ou relais Reed) sont des micro-interrupteurs fermant un circuit électrique en présence d'un champ magnétique et ouvrant ledit circuit en l'absence de champ 20 magnétique. Ce type de capteur n'est donc pas en lui-même consommateur de courant. Le codeur 31 et l'ensemble capteur 32 sont ici indépendants d'un éventuel palier à roulement. Les capteurs 37 forment un circuit ouvert en l'absence de champ magnétique et un circuit fermé en la présence d'un champ magnétique. Les capteurs 37 25 étant décalés angulairement, génèrent des signaux traités par la carte de circuit imprimé 36 qui permettent de déterminer le sens de rotation du codeur 31 par rapport au capteur 32. Le mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6 sera proche du précédent, à ceci près que la double couronne magnétisée 30 est circulairement continue. Les pôles sud et nord sont alternés circonférentiellement et radialement. En d'autres termes, un pôle nord 34 de la couronne intérieure est voisin d'un pôle sud de la couronne extérieure et est entouré par deux pôles sud de la couronne intérieure. Un pôle nord 34 de la couronne extérieure est entouré par deux pôles sud 33 de la couronne extérieure et voisin d'un pôle sud 33 de la couronne intérieure. Les capteurs 37, angulairement décalés l'un par rapport à l'autre, sont du type à fil de Wiegand et comprennent une bobine disposée autour d'un fil de Wiegand, générant une impulsion 5 électrique lors du changement de polarité du champ magnétique environnant. Les capteurs 37 détectent donc une succession de champs s'inversant à chaque pas. Ici encore, ce dispositif de capteur n'est pas consommateur de courant. Comme on peut le voir sur la figure 5, l'un des capteurs 37 est 10 disposé au centre d'une zone magnétisée, tandis que l'autre capteur 37 est disposé à cheval entre une zone magnétisée et une zone non magnétisée. En variante, on peut prévoir un palier à roulement comprenant un codeur et un ou plusieurs capteurs, le module électronique 22 étant 15 disposé extérieurement au palier à roulement. Une telle conception convient parfaitement à des actionneurs à vis à billes où l'on cherche à connaître la position linéaire de l'écrou mis en mouvement par la rotation de la vis. La démultiplication de la vis permet de connaître, avec une bonne précision, la position de l'écrou même avec une faible 20 résolution du codeur. Le compteur électronique 25 permet de compter facilement un grand nombre de tours. Un codage sur 8 bits permet de coder 256 tours, ce qui s'avère en général largement suffisant. Le compteur électronique 25 peut être actif en l'absence de l'alimentation 25 principale 28, ce qui est particulièrement important dans le cas d'une vis réversible dont l'écrou peut être déplacé sans commande ou avec débrayage du moteur. La variante illustrée sur la figure 7 diffère de la figure 2 en ce que les connecteurs sont remplacés par un élément de transmission à 30 distance 38, par exemple à circuit résonant, et un élément complémentaire 39 distant. L'élément 38 peut faire partie du module électronique 22, ou être relié au module électronique 22. Grâce à l'invention, on dispose d'un système de mesure de rotation qui reste actif, en l'absence d'alimentation électrique extérieure, compact et particulièrement robuste. REVENDICATIONS 1-Système de mesure de rotation, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément tournant pourvu d'un codeur (16), un élément non tournant pourvu d'au moins un capteur passif (14) pour la détection de 5 la position angulaire du codeur (16), ledit capteur étant distant du codeur, d'un compteur électronique (25) du nombre de tours ou de fractions de tour, d'un moyen d'alimentation temporaire (27) du capteur et du compteur, et d'un système pour la transmission de signaux de position angulaire absolue et de l'alimentation électrique. 2-Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur (14) comprend un interrupteur à lame souple. 3-Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur (14) est du type à fil de Wiegand. 4-Système selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisé par le fait que le moyen d'alimentation comprend un condensateur. 5-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le moyen d'alimentation comprend une batterie ou une pile. 6-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le connecteur (21) est relié au moyen d'alimentation temporaire (27) et au compteur (25). 7-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le capteur (14) est à rotation 25 illimitée. 8-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le capteur (14) et le compteur (25) sont aptes à être actifs lorsque le connecteur (21) est déconnecté. 9-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément non tournant est pourvu d'au moins deux capteurs passifs. 10-Système selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisé par le fait que le système pour la transmission de signaux et de l'alimentation comprend un connecteur (21) apte à être embroché avec un connecteur complémentaire (29). 11-Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le système pour la transmission de signaux et 10 de l'alimentation comprend un élément de transmission à distance de signaux et de l'alimentation apte à coopérer avec un élément complémentaire distant. 12-Roulement instrumenté comprenant une bague extérieure, une bague intérieure et au moins une rangée d'éléments roulants, caractérisé 15 par le fait qu'il comporte un système de mesure de rotation suivant l'une quelconque des revendications précédentes.