Brevet FR2848663A1 — publié le 20040618

i L'objet de l'invention concerne le domaine technique des capteurs magnétiques, du type comportant un élément codeur se déplaçant à proximité d'une cellule de détection et adapté pour repérer au moins une position angulaire au sens général. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans 5 le domaine automobile o un tel capteur peut être utilisé, par exemple, dans le cadre des fonctions d'allumage. Il est connu, dans le domaine préféré ci-dessus, de mettre en oeuvre un capteur magnétique adapté pour mesurer le changement de l'intensité d'un champ magnétique, lorsqu'un codeur muni d'une série d'éléments générateurs d'un champ 10 magnétique variable, défile devant une cellule de mesure ou de détection. La cellule de détection, telle que par exemple une sonde à effet Hall ou magnéto-résistive, délivre un signal électrique périodique correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique généré par les éléments. La cellule de détection est associée à un comparateur de niveau à hystérésis, tel qu'un trigger de Schmitt, afin d'obtenir des 15 transitions franches de la tension de sortie pour des valeurs distinctes du champ magnétique, selon qu'il varie en croissant ou en décroissant. Afin de constituer un capteur de détection d'une vitesse, il est connu de réaliser un codeur pourvu d'éléments générateurs d'un champ magnétique variable aménagés de manière régulière selon une circonférence pour former une piste. Selon une première forme de réalisation, les éléments générateurs sont constitués par des éléments perturbateurs d'un champ magnétique créé par un aimant fixe placé à proximité de tels éléments perturbateurs. Par exemple, de tels éléments perturbateurs sont constitués par des dents aménagées dans une bague ferromagnétique. Selon une deuxième forme préférée de réalisation, les éléments générateurs d'un champ magnétique variable sont formés par des pôles magnétiques, régulièrement espacés selon un pas donné. Un tel codeur se présente ainsi sous la forme d'un anneau magnétique multipolaire. Pour permettre de déterminer au moins une position, correspondant par 30 exemple au point mort haut d'allumage d'un cylindre, il est connu de réaliser un repère sur le codeur magnétique. Il est connu ainsi, de supprimer, par exemple, deux dents sur la bague ferromagnétique. Dans la variante de réalisation mettant en oeuvre un codeur réalisé sous la forme d'un anneau magnétique multipolaire, il peut être envisagé, soit de supprimer plusieurs pôles magnétiques en laissant subsister un espace vide, soit de remplacer un ou plusieurs pôles d'un signe donné par un ou plusieurs pôles d'un signe contraire. Il est ainsi réalisé un pôle d'aimantation donné 5 présentant, entre ses deux pôles adjacents d'un signe opposé, un écartement différent par rapport au pas d'écartement des autres pôles. Dans le cadre des fonctions d'allumage d'une automobile, la résolution habituelle des capteurs est actuellement de 60-2 impulsions par tour. Ce niveau de performance est obtenu traditionnellement à l'aide d'un codeur comportant 10 60-2 paires de pôles magnétiques ou 60-2 dents ferromagnétiques et associé à une cellule de détection délivrant une impulsion par paire de pôles ou par dent. Pour améliorer la résolution d'un tel capteur, il peut être envisagé d'augmenter le nombre d'éléments générateurs réalisés selon une circonférence. Toutefois, il apparaît une limitation technique liée à la réalisation des dents ferromagnétiques ou 15 des pôles magnétiques, qui doivent présenter des dimensions suffisantes pour être détectés par la cellule de mesure. De plus, il n'apparaît pas possible, dans de nombreuses applications, pour des raisons d'encombrement, d'augmenter la circonférence d'un tel codeur. Une autre solution pour améliorer la résolution d'un tel capteur consiste à 20 augmenter simultanément le nombre de pistes et le nombre de cellules de détection, de manière à augmenter le nombre d'évènements. Cependant, une telle solution conduit à un capteur présentant un cot prohibitif. L'objet de l'invention vise à remédier aux inconvénients énoncés cidessus en proposant un capteur possédant une haute résolution tout en présentant un codeur 25 conservant un encombrement diamétral limité. L'objet de l'invention vise ainsi à proposer un capteur délivrant un signal électrique dont la résolution est largement supérieure à la résolution du codeur. Pour atteindre cet objectif, l'objet de l'invention concerne un capteur comportant au moins un codeur magnétique rotatif du type comportant une piste 30 magnétique circulaire formée par une série d'éléments générateurs d'un champ magnétique variable, répartis pour former P paires d'éléments avec une période mécanique égale à 360'/P, la piste magnétique étant destinée à défiler devant 2n cellules de détection décalées pour délivrer des signaux électriques périodiques Si (avec i variant de 1 à 2n) déphasés électriquement entre eux d'une valeur égale à 1/2n fois la valeur de la période mécanique et correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique généré par les éléments, les cellules de détection étant reliées à des moyens de traitement des signaux électriques déphasés. Selon l'invention, les moyens de traitement comportent: - des moyens pour assurer la différence entre deux signaux électriques afin d'obtenir n signaux analogiques différentiels déphasés entre eux deux à deux de T/2n et tels que SdP = Sp - Sp avec p variant de 1 à n, 10 - et des moyens pour extraire de chaque signal différentiel Sdp, deux impulsions espacées de T/2 afin d'obtenir un signal numérisé comportant 2n impulsions déphasées de T/2n de sorte que le capteur possède une résolution de 360'/2nP. Un autre objet de l'invention vise un capteur dont la piste magnétique 15 comprend des éléments générateurs d'un champ magnétique variable, formés par des éléments perturbateurs d'un champ magnétique créé par un aimant fixe placé à proximité. Selon une caractéristique avantageuse, la piste du capteur est formée à partir d'une bague élastomère ou plastique chargée de particules magnétisées pour 20 constituer les pôles magnétiques, la bague étant montée sur une couronne support. Selon une autre caractéristique, le capteur comporte un codeur basse résolution formant un anneau magnétique multipolaire comprenant une série d'éléments générateurs d'un champ magnétique variable présentant un écartement différent pour former paires d'éléments irréguliers, le codeur basse résolution étant 25 destiné à défiler devant une cellule de détection. Selon une autre caractéristique de l'invention, le codeur, et éventuellement le codeur basse résolution, sont montés sur une cible calée en rotation sur un arbre d'un moteur d'un véhicule automobile, les 2n cellules de détection et éventuellement la cellule de détection pour le codeur basse résolution, étant montées en relation 30 desdits codeurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cible comporte une paroi périphérique et une paroi transversale destinées à recevoir chacune un codeur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cible forme une poulie d'entraînement. Selon une autre caractéristique de l'invention, la poulie d'entraînement est une poulie de vilebrequin. Selon une autre caractéristique de l'invention, la poulie d'entraînement est une poulie de came. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cible est entraînée en rotation par un arbre de la boîte de vitesses d'un véhicule automobile. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cible est montée à 10 l'intérieur d'une plaque de support d'un joint d'étanchéité dynamique, montée en relation de proximité de 2n cellules de détection, et entre le vilebrequin et la boîte de vitesses d'un moteur d'un véhicule automobile. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cible est entraînée en rotation par le vilebrequin ou l'arbre à cames, en étant montée à l'intérieur du bloc15 moteur d'un véhicule automobile et en relation de proximité de 2n cellules de détection. Diverses caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montre, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique montrant un premier exemple de réalisation d'un capteur selon l'invention. La fig. 2 montre la forme des signaux électriques obtenus et délivrés par un capteur de position illustré à la fig. 1. La fig. 3 montre la forme des signaux électriques obtenus et délivrés par un 25 deuxième exemple de réalisation d'un capteur selon l'invention. Les fig. 4 et 5 sont des vues d'exemples de montage d'un codeur selon l'invention. Les fig. 6 et 7 sont des vues respectivement en coupeélévation et en perspective d'un capteur complet intégrant des codeurs haute résolution et faible 30 résolution. La fig. 1 illustre un premier exemple préféré de réalisation d'un codeur magnétique rotatif 1 conforme à l'invention. Le codeur 1 comporte une piste magnétique circulaire 2 destinée à défiler devant 2n cellules de détection ou de mesure 3; avec n 2 1 et avec i variant de 1 à 2n, pour former un capteur de position 4. Dans l'exemple illustré à la fig. 1, le codeur 1 défile devant quatre cellules de détection, respectivement 31 à 34, (n = 2). La piste magnétique 2 comporte une série d'éléments générateurs 5 d'un champ magnétique variable, répartis sur la piste circulaire pour former P paires d'éléments 5, avec une période mécanique T égale à 360'/P. Dans l'exemple de réalisation illustré à la fig. 1, les éléments générateurs d'un champ magnétique variable 5 sont formés par des pôles magnétiques alternés, de manière que la piste 10 magnétique soit constituée par une bague magnétique multipolaire. Selon cet exemple, la piste magnétique du codeur 1 comporte une série de pôles sud et de pôles nord aménagés pour présenter un pas régulier d'écartement entre deux pôles adjacents. Bien entendu, il peut être envisagé de réaliser la piste magnétique 2 avec des 15 éléments générateurs d'un champ magnétique variable 5, formés par des éléments perturbateurs d'un champ magnétique créé par un aimant fixe, placé à proximité de ladite piste magnétique. Par exemple, les éléments perturbateurs peuvent être constitués par l'intermédiaire de dents aménagées dans une bague réalisée en matériau ferromagnétique. Selon une caractéristique préférée de réalisation, la piste magnétique 2 comporte au moins un élément générateur, dit irrégulier non représenté, présentant un écartement différent par rapport au pas d'écartement entre les autres éléments générateurs 5. Par exemple, l'élément générateur irrégulier présente un pas angulaire double par rapport aux autres éléments générateurs 5. La présence d'un tel élément 25 générateur irrégulier constitue un repère pour le codeur magnétique permettant de déterminer au moins une position angulaire. Bien entendu, il peut être prévu de réaliser un ou plusieurs éléments générateurs irréguliers. La piste magnétique annulaire 2 est destinée à défiler devant les 2n cellules de détection fixes 3; qui délivrent chacune un signal électrique périodique analogique 30 Si correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les éléments générateurs 5. Les cellules de détection 3; sont décalées angulairement entre elles de telle manière que le décalage angulaire relatif entre les éléments générateurs 5 et les cellules 3j est adapté pour obtenir 2n signaux électriques Si déphasés électriquement entre eux d'une valeur égale à 1/2n fois la valeur de la période mécanique T. Les 5 cellules de détection 3j sont ainsi décalées selon une direction parallèle à une direction perpendiculaire à l'axe de rotation A du codeur 1. D'une manière classique, chaque cellule de détection 3; est associée à des moyens non représentés, de traitement des signaux électriques déphasés Si en vue d'augmenter la résolution du capteur. Conformément à l'invention, et tel que cela 10 ressort plus précisément de la fig. 2, les moyens de traitement comportent des moyens pour effectuer la différence entre deux signaux électriques Si afin d'obtenir n signaux analogiques différentiels Sdp déphasés entre eux deux à deux de T/2n et tels que Sdp = S.+p- Sp, avec p variant de l à n. Ainsi, dans l'exemple illustré à la fig. 1 o le nombre de cellules de 15 détection 3; est égal à 4 (n=2), il est obtenu 4 signaux électriques SI, S2, S3, S4 déphasés électriquement entre eux d'une valeur égale à 1/4 de la valeur de la période mécanique T. Les moyens de traitement assurent de manière identique la différence entre ces signaux SI à S4 de manière à obtenir deux signaux analogiques différentiels Sd, et Sd2 tels que: SdI = S3- S1 Sd2 = S4- S2 Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de traitement comportent des moyens pour extraire de chaque signal différentiel Sdp, deux impulsions espacées de T/2 afin d'obtenir un signal numérisé S, comportant 2n 25 impulsions déphasées de T/2n. D'une manière préférée, en vue d'améliorer la précision des impulsions, les moyens d'extraction détectent le passage par zéro de chaque signal différentiel Sdp de manière qu'à chaque passage par zéro corresponde une impulsion. Il doit être compris qu'un tel capteur comportant les moyens de traitement 30 décrits ci-dessus permet d'augmenter la résolution du capteur de 2n fois sans augmenter la dimension diamétrale du codeur 1. Ainsi, lorsque la résolution du codeur est de 360 /P, la résolution du capteur associé est de 360 /2nP. Par exemple, lorsque le codeur 1 comporte 90 paires d'éléments générateurs 5 d'un champ magnétique variable, le capteur 4 possède une résolution de 10 en mettant en oeuvre quatre cellules de détection 3; (n=2). De même, lorsque le codeur 1 comporte 60 paires d'éléments générateurs 5, le capteur possède une résolution de 1,50 en mettant en oeuvre quatre cellules de détection 3;. Bien entendu, l'objet de l'invention peut être mis en oeuvre pour un capteur comportant deux cellules de détection 3; (n=l). Selon cette variante de réalisation illustrée à la fig. 3, les moyens de traitement effectuent la différence entre les signaux S, et S2 afin d'obtenir un signal différentiel Sd1 = S2 - Si. De ce signal différentiel 10 SdI, les moyens de traitement extraient deux impulsions déphasées de T/2. Lorsque le nombre P paires d'éléments générateur 5 est égal à 90 ou à 60 par exemple, le capteur possède respectivement une résolution de 20 et de 3 . Bien entendu, il peut être prévu de réaliser un capteur avec un nombre supérieur de cellules de détection par exemple 6 ou 8. Bien entendu, les différentes valeurs énoncées ci-dessus, en ce qui concerne, notamment, la période et le déphasage entre les signaux, sont considérées comme idéales. En pratique, il est clair que les conditions de fabrication du capteur conduisent à des erreurs qui peuvent dégrader la précision des impulsions tout en conservant la résolution visée. Selon une variante préférée de réalisation, la piste magnétique 2 est formée à partir d'une bague élastomère ou plastique chargée de particules magnétisées pour constituer les pôles magnétiques. Cette bague élastomère peut être montée sur une couronne support non représentée. Le codeur 1, tel que décrit ci-dessus, est destiné à être monté, en étant 25 rapporté ou intégré, sur une cible tournante 6 au sens général, à partir de laquelle au moins une position est déterminée. La description qui suit illustre diverses variantes de montage du codeur 1 sur une cible tournante 6. Selon une caractéristique de mise en oeuvre, le codeur 1 est destiné à être monté sur une poulie d'entraînement montée en sortie du moteur d'un véhicule 30 automobile, c'est-à-dire sur une poulie de distribution ou sur l'une des poulies auxiliaires. Selon une caractéristique avantageuse, telle que représentée aux fig. 4 et 5, le codeur 1 est monté sur la poulie d'entraînement 6 se trouvant dans l'axe du vilebrequin, afin de permettre une détection du point mort ou d'allumage d'un cylindre. Dans l'exemple illustré, le codeur 1, qui est constitué par une bague 5 magnétique multipolaire, est monté sur la paroi radiale interne ou moyeu 7 (fig. 4) ou sur la paroi radiale externe 8 (fig. 5) de la poulie d'entraînement 6. La bague magnétique multipolaire en élastomère est montée, soit directement sur la poulie 6 qui constitue, par sa paroi radiale une couronne support, soit indirectement par sa couronne support qui est fixée, par tout moyen approprié, sur la poulie. Tel que cela 10 ressort des fig. 4 et 5, les cellules de détection 3j par exemple à effet Hall, sont montées dans le dégagement délimité entre les parois radiales externe 8 et interne 7 de la poulie. Dans l'exemple de réalisation illustré, le capteur de position comporte, en tant que poulie d'entraînement, une poulie de vilebrequin munie d'un anneau magnétique 15 adapté pour repérer une unique position. Il est à noter que l'objet de l'invention peut, éventuellement, être appliqué à la réalisation d'un capteur comportant un codeur magnétique 1 muni de plusieurs pôles irréguliers, permettant de repérer plusieurs positions. D'une manière avantageuse, le codeur magnétique 1 comporte, par exemple, quatre pôles irréguliers permettant de repérer la position des cylindres d'un moteur. Dans 20 ce cas, le codeur 1 est monté solidaire de l'arbre à cames d'un moteur de véhicule automobile. Bien entendu, le codeur 1 peut être monté sur l'arbre à cames en ayant un seul pôle irrégulier. Selon une autre caractéristique préférée de mise en oeuvre, le codeur 1 selon l'invention est destiné à être monté à l'intérieur d'une plaque de support d'un joint 25 d'étanchéité dynamique pour un arbre de transmission entre le vilebrequin et la boîte de vitesses d'un moteur d'un véhicule automobile. Le codeur 1 est entraîné en rotation par l'arbre de transmission et se trouve monté en relation de proximité de 2n cellules de détection 3; montées sur la plaque de support du joint d'étanchéité, afin de constituer un capteur de position. Selon une autre caractéristique préférée de mise en oeuvre, le codeur 1 selon l'invention est entraîné en rotation par un arbre de la boîte de vitesses d'un véhicule automobile. Selon une autre caractéristique préférée de mise en oeuvre, le codeur 1 selon l'invention est entraîné en rotation par le vilebrequin ou l'arbre à cames d'un moteur d'un véhicule automobile, en étant monté à l'intérieur du bloc moteur d'un tel véhicule, en relation de proximité de 2n cellules de détection 3;, afin de constituer un capteur de position. Le capteur 4 conforme à l'invention décrit ci-dessus est un capteur dit haute résolution. Selon une autre caractéristique de l'invention, un tel capteur 4 peut comporter, conformément aux fig. 6, 7, de façon supplémentaire, un codeur basse résolution 1' formant un anneau magnétique multipolaire comprenant une série 10 d'éléments générateurs 5 d'un champ magnétique variable présentant un écartement différent pour former P paires d'éléments irréguliers. Le codeur basse résolution 1' est destiné à défiler devant une cellule de détection 2'. Bien entendu, les éléments générateurs 5 peuvent être formés, comme expliqué ci-dessus, par des éléments perturbateurs d'un champ magnétique ou par des pôles magnétiques. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le codeur basse résolution 1' est monté sur la cible 6 sur laquelle est déjà monté le codeur haute résolution 1. Cette cible, constituée généralement sous la forme d'une bague, comporte une paroi radiale ou périphérique 61 et une paroi transversale 62 destinées à recevoir chacune un codeur 1, 1'. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Capteur de position comportant au moins un codeur magnétique rotatif (1) du type comportant une piste magnétique circulaire (2) formée par une série d'éléments (5) générateurs d'un champ magnétique variable, répartis pour former P 5 paires d'éléments avec une période mécanique T égale à 360'/P, la piste magnétique étant destinée à défiler devant 2n cellules de détection (3f) (avec i variant de 1 à n) décalées pour délivrer des signaux électriques périodiques (Si) déphasés électriquement entre eux d'une valeur égale à 1/2n fois la valeur de la période mécanique T et correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique 10 généré par les éléments, les cellules de détection étant reliées à des moyens de traitement des signaux électriques déphasés (Si), caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent - des moyens pour assurer la différence entre deux signaux électriques afin d'obtenir n signaux analogiques différentiels (Sdp) déphasés entre 15 eux deux à deux de T/2n et tels que Sdp = Sn+p - SP avec p variant de 1 à n. - et des moyens pour extraire de chaque signal différentiel (Sdp) deux impulsions espacées de T/2 afin d'obtenir un signal numérisé comportant 2n impulsions déphasées de T/2n de sorte que le capteur 20 possède une résolution de 360'/2nP. 2 - Capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour extraire de chaque signal différentiel (Sdp) deux impulsions espacées, détectent le passage par zéro de chaque signal différentiel (Sdp). 3 - Capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 25 comporte deux cellules de détection (31, 32). 4 - Capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte quatre cellules de détection (3, à 34). - Capteur de position selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le codeur (1) comporte un nombre P paires d'éléments générateurs égale à 90 de sorte 30 que le capteur possède une résolution égale à 10 et 2 pour respectivement quatre et deux cellules de détection (3;). il 6 - Capteur de position selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le codeur (1) comporte un nombre P paires d'éléments générateurs égal à 60 de sorte que le capteur possède une résolution égale à 1,5 et 30 pour respectivement quatre et deux cellules de détection (3;). 7 - Capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que la piste magnétique (2) comprend des éléments générateurs d'un champ magnétique variable (5), formés par des pôles magnétiques alternés. 8 - Capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que la piste magnétique (2) comprend des éléments générateurs d'un champ magnétique 10 variable (5), formés par des éléments perturbateurs d'un champ magnétique créé par un aimant fixe placé à proximité. 9 - Capteur de position selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la piste magnétique (2) comporte au moins un élément générateur dit irrégulier présentant un écartement différent par rapport au pas d'écartement entre les 15 autres éléments générateurs (5). - Capteur de position selon la revendication 7, caractérisé en ce que la piste magnétique (2) est formée à partir d'une bague élastomère ou plastique chargée de particules magnétisées pour constituer les pôles magnétiques, la bague étant montée sur une couronne support. 11 - Capteur de position selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un codeur basse résolution (1') formant un anneau magnétique multipolaire comprenant une série d'éléments (5) générateurs d'un champ magnétique variable présentant un écartement différent pour former P paires d'éléments irréguliers, le codeur basse résolution (1') étant destiné à défiler devant une cellule de 25 détection (2'). 12 - Capteur de position selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le codeur (1) et éventuellement le codeur basse résolution (1'), sont montés sur une cible (6) calée en rotation sur un arbre d'un moteur d'un véhicule automobile, les 2n cellules de détection (3f) et éventuellement la cellule de détection (2') pour le 30 codeur basse résolution, étant montées en relation desdits codeurs. 13 - Capteur de position selon la revendication 12, caractérisé en ce que la cible (6) comporte une paroi périphérique (61) et une paroi transversale (62) destinées à recevoir chacune un codeur (1, 1'). 14 - Capteur de position selon les revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la cible (6) forme une poulie d'entraînement. - Capteur de position selon la revendication 14, caractérisé en ce que la poulie d'entraînement est une poulie de vilebrequin. 16 - Capteur de position selon la revendication 14, caractérisé en ce que la poulie d'entraînement est une poulie de came. 17 - Capteur de position selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la cible (6) est montée à l'intérieur d'une plaque de support d'un joint d'étanchéité dynamique, montée en relation de proximité de 2n cellules de détection (3;), et entre le vilebrequin et la boîte de vitesses d'un moteur d'un véhicule automobile. 18 - Capteur de position selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce 15 que la cible (6) est entraînée en rotation par le vilebrequin ou l'arbre à cames, en étant montée à l'intérieur du bloc-moteur d'un véhicule automobile et en relation de proximité de 2n cellules de détection (3;). 19 - Capteur de position selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la cible (6) est entraînée en rotation par un arbre de la boîte de vitesses d'un 20 véhicule automobile.