Brevet FR2882140A1 — publié le 20060818

L'objet de l'invention concerne le domaine technique des capteurs magnétiques rotatifs, 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 le domaine automobile où 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 changernent de l'intensité d'un champ magnétique, lorsqu'un codeur muni d'une série d'éléments générateurs d'un champ magnétique variable, défile clevant une ou plusieurs cellules de mesure ou de détection. Chaque 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. Chaque cellule de détection est associée à un comparateur de niveau à hystérésis, tel qu'un trigger de Schmitt, afin d'obtenir des 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 de rotation, il est connu de réaliser un codeur pourvu d'éléments générateurs d'un champ magnétique variable aménagés cle manière régulière selon une circonférence. Selon une première forme de réallisation, 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 de réalisation, les éléments générateurs 30 d'un champ magnétique variable sons: formés par des pôles magnétiques, 2882140 2 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 exemple au point mort haut d'allumage d'un cylindre, il est connu de réaliser une singularité sur le codeur magnétique appelé communément pôle singulier ou irrégulier. 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 pair un ou plusieurs pôles d'un signe contraire. Il est ainsi réalisé un pôle d'aimantation donné présentant, entre ses deux pôles adjacents d'un signe opposé, un pas d'écartement différent par rapport au pas d'écartement des autres pôles. Dans certaines conditions d'utilisation, il apparaît également le besoin de réaliser les pôles magnétiques réguliers avec différents pas d'écartement afin d'obtenir un signal avec un rapport cyclique différent de 0,5. D'une manière générale, il est à noter que la réalisation d'un codeur avec des pôles magnétiques avec différents pas d'écartement c'està-dire avec des aimants de différentes tailles conduit à une instabilité magnétique entraînant un manque de précision dans la détection des positions. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un capteur magnétique qui bien que comportant des pôles magnétiques avec divers pas d'écartement, permet d'obtenir un signal de mesure sans dérive magnétique. Pour atteindre cet objectif, l'objet de l'invention concerne un capteur comportant un anneau magnétique multipolaire entraîné en rotation autour de son axe, et pourvu sur sa circonférence de pôles rnagnétiques d'un signe donné, disposés de manière alternée avec des pôles rnagnétiques d'un signe contraire de manière à former au moins une série d'au moins une paire de pôles magnétiques avec une période déterminée, chaque pôle magnétique 2882140 3 d'un signe donné possédant une largeur l; et une valeur de polarisation magnétique M; tandis que chaque pôle magnétique de signe contraire possède une largeur I;+1 différente de la largeur I; et une valeur de polarisation magnétique M;+1. Selon l'invention, la polarisation des pôles magnétiques est telle que M; x I; = M;+1x 1i+1É Selon un premier exemple de réalisation, le codeur comporte en tant que pôles magnétiques, des pôles magnétiques réguliers d'un signe donné et des pôles magnétiques réguliers d'un signe contraire de manière à former une série de paires de pôles magnétiques réguliers avec une période déterminée, chaque pôle magnétique régulier d'un signe donné possédant une largeur I1 et une valeur M1 de polarisation magnétique tandis que chaque pôle magnétique régulier de signe contraire possède une largeur 12 différente de la largeur li et une valeur M2 de polarisation magnétique, de sorte que M1xll=M2x12. Selon cet exemple de réalisation, il est à noter que le codeur peut comporter également, en tant que pôles magnétiques, au moins au moins une singularité magnétique formée par au moins un pôle magnétique irrégulier d'un signe donné possédant: une largeur 13 et une valeur M3 de polarisation magnétique et par un pôle magnétique irrégulier de signe contraire possédant une largeur 14 sensiblement égale à la largeur 13 et une valeur M4 de polarisation magnétique, de manière à former une série d'au moins une paire de pôles magnétiques irréguliers avec une période déterminée, la polarisation des pôles magnétiques irréguliers étant telle que: M3X13= M4X14. Selon un deuxième exemple de réalisation mis en oeuvre en combinaison ou de manière indépendante avec le premier exemple de réalisation, le codeur comporte en tant que pôles magnétiques, au moins une singularité magnétique formée par au moins un pôle magnétique irrégulier d'un signe donné possédant une largeur 13 et une valeur M3 de polarisation magnétique et par un pôle magnétique irrégulier de signe contraire possédant une largeur 14 différente de la largeur 13 et une valeur M4 de polarisation magnétique, de manière à former une série d'au moins une paire de pôles magnétiques irréguliers avec une période déterminée, la polarisation des pôles magnétiques irréguliers étant telle que: M3X13=M4X14. Selon cet exemple de réalisation, il est à noter que le codeur peut comporter également, en tant que pôles magnétiques, des pôles magnétiques réguliers d'un signe donné et des pôles magnétiques réguliers d'un signe contraire de manière à former une série de paires de pôles magnétiques réguliers avec une période déterminée, chaque pôle magnétique régulier d'un signe donné possédant une largeur I1 et une valeur M1 de polarisation magnétique tandis que chaque pôle magnétique régulier de signe contraire possède une largeur 12 sensiblement égale à la largeur I1 et une valeur M2 de polarisai:ion magnétique, de sorte que M1 x I1 = M2 x 12. Selon une variante préférée de réalisation, les pôles magnétiques réguliers et irréguliers sont tels que: M1 x I1 = M2 x 12 = M3 x 13 = M4 x 14. Avantageusement, le pôle magnétique régulier est de même signe que le pôle magnétique irrégulier tandis que le pôle magnétique régulier et le pôle magnétique irrégulier sont de même signe, contraire au signe des pôles. Selon une variante préférée de réalisation, les pôles magnétiques réguliers et irréguliers sont tels que I1 + 12 = 13 + 14, de sorte que la période des pôles magnétiques réguliers est égale à la période des pôles magnétiques irréguliers. Selon une autre variante préférée de réalisation, la largeur I1 du pôle magnétique régulier est égale à la largeur 14 du pôle magnétique irrégulier tandis que la largeur 12 du pôle magnétique est égale à la largeur 13 du pôle magnétique irrégulier de sorte que les rapports cycliques pour les pôles magnétiques réguliers et irréguliers sont complémentaires. Un autre objet de l'invention est de proposer un capteur rotatif de position comportant un codeur conforme à l'invention dont l'anneau magnétique multipolaire défile devant au moins une cellule de détection. 2882140 5 Selon une application particulièrement avantageuse, le codeur est calé en rotation sur un arbre d'un moteur d'un véhicule automobile. De préférence, la cellule de détection est une cellule de détection mono élément. Par exemple, cellule de détection est une cellule à effet Hall, à effet Hall différentiel, à effet Hall avec concentrateur de flux,, magnétorésistive ou magnéto résistante géante. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence à la figure unique annexée qui montre à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure unique illustre un exemple de réalisation d'un capteur magnétique de rotation 1 comportant un codeur magnétique rotatif 2 entraîné en rotation autour d'un axe x par tous moyens appropriés. Le codeur 2 qui est constitué sous la forme d'un anneau magnétique multipolaire est destiné à défiler devant au moins une cellule fixe de détection 3 reliée à des moyens de traitement logique, non représentés mais connus en soi, qui délivrent un signal numérique de sortie S. Il doit être considéré qu'une cellule de détection 3 comprend au moins un élément sensible au champ magnétique variable. De préférence la cellule de détection 3 est une cellule de détection mono élément, c'est-à-dire une cellule délivrant un unique signal qui est une image directe du champ magnétique variable détecté. Cette cellule mono élément se distingue d'une cellule dite différentielle qui délivre un seul signal résultant de la soustraction de deux signaux correspondant chacun à l'évolution du champ magnétique variable pris à deux endroits différents. La cellule de détection 3 est une cellule à effet Hall, à effet Hall différentiel, à effet Hall avec concentrateur de flux, magnéto-résistive, magnétorésistante géante. Avantageusement, la cellule de détection 3 et les moyens de traitement logique font partie intégrante d'un microcircuit électronique. Le codeur 2 est pourvu sur sa circonférence d'une piste magnétique 5 destinée à défiler devant la cellule 3. La piste magnétique 5 comporte, dans 2882140 (5 l'exemple illustré, des pôles magnétiques réguliers P1. d'un signe donné par exemple Nord, disposés de manière alternée avec des pôles magnétiques réguliers P2 d'un signe contraire à savoir Sud dans l'exemple illustré. Les pôles magnétiques réguliers Pi, P2 sont répartis pour former N1 paires de pôles (N1 = 58 paires par exemple) avec chacune une même période T1 et un pôle magnétique régulier Nord Pi et: un pôle magnétique régulier Sud P2. La cellule de détection 3 délivre un signal électrique correspondant à l'évolution du champ magnétique de la piste 5 passant devant la cellule lors de la rotation du codeur 2. Les signaux délivrés par la cellule 3 sont traités par les moyens de traitement, afin d'obtenir un signal numérique S correspondant à chaque alternance des pôles nord et sud de la piste. Par exemple, les signaux délivrés par la cellule 3 sont comparés à des seuils électriques prédéterminés, de manière à obtenir le signal numérique de sortie S. Chaque pôle magnétique régulier Nord Pi possède une valeur M1 de polarisation magnétique et une largeur I1 prise en considération de la direction de déplacement du codeur c'est-à-dire dans la direction tangentielle au codeur. De même, chaque pôle magnétique régulier Sud P2 possède une valeur M2 de polarisation magnétique et une largeur 12 différente de la largeur Il. Conformément à l'invention, la polarisation des pôles magnétiques réguliers Pi, P2 est telle que M1 x Il = M2 x 12. Dans la mesure où la largeur Ili est différente de la largeur 12, la polarisation des pôles magnétiques réguliers Pi, P2 est également différente. En d'autres termes, les pôles magnétiques réguliers de plus grand volume sont plus faibles en polarisation que les autres. Par exemple, si la largeur I1 représente 30 % de la largeur totale d'une paire de pôles magnétiques réguliers (12 = 70 % de cette largeur) alors chaque pôle magnétique Nord Pi présente valeur de polarisation magnétique M1 et chaque pôle magnétique Sud P2 présente une valeur M2 égale à 3/7 de M1. Avantageusement mais non exclusivement, la valeur de polarisation magnétique M1 est égale à la valeur de polarisation saturée BMax de sorte que M2 = 3/7 BMax. Bien entendu, il est considéré que l'épaisseur des pôles magnétiques P1, P2 prise suivant le rayon c'est-à-dire suivant la direction perpendiculaire à la largeur et à l'axe x est constante au moins au niveau de la section défilant devant la cellule 3. Cette compensation magnétique entre les pôles magnétiques réguliers Pl, P2 permet d'éviter une instabilité magnétique c'est-à-dire permet de stabiliser le signal au droit de chaque transition. Il est à noter que les pôles magnétiques réguliers P1r P2 de largeurs différentes conduisent à obtenir un signal numérique de sortie S comportant une partie régulière S1 avec un rapport cyclique R1 déséquilibré. Un rapport cyclique est considéré comme déséquilibré si il présente une valeur différente de 0,5 c'est-à-dire si sur une période, le temps du signal haut est différent du temps du signal bas. Dans l'exemple préféré de réalisation illustré, l'anneau magnétique multipolaire comporte au moins une singularité magnétique formée par au moins un pôle magnétique irrégulier P3 d'un signe donné par exemple Nord et par au moins un pôle magnétique irrégulier P4 de signe contraire par exemple Sud dans l'exemple illustré. Les pôles magnétiques irréguliers P3, P4 sont répartis pour former N2 paires de pôles (N2 = 2 dans l'exemple illustré) avec chacune une même période T'2 et un pôle magnétique irrégulier Nord P3 et un pôle magnétique irrégulier Sud P4. Chaque pôle magnétique irrégulier Nord P3 possède une valeur M3 de polarisation magnétique et une largeur 13. De même, chaque pôle magnétique irrégulier Sud P4 possède une valeur M4 de polarisation magnétique et une largeur 14 qui dans l'exemple illustré est différente de la largeur 13. Ces pôles magnétiques irréguliers P3, P4 conduisent à obtenir un signal numérique de sortie S avec une partie irrégulière S2 de rapport cyclique R2. 2882140 8 Conformément à l'invention, la polarisation des pôles magnétiques irréguliers P3, P4 est telle que M3 x 13 = M4 x 14. Comme dans le cas des pôles magnétiques réguliers P1, P2, la polarisation des pôles magnétiques irréguliers P3, P4 est différente. Bien entendu, l'épaisseur des pôles magnétiques irréguliers P3, P4 prise suivant le rayon est constante. Avantageusement, et afin de préserver l'équilibre magnétique sur toute la périphérie du codeur, les pôles magnétiques P1 à P4 sont définis de manière que: M1 x I1 = M2 x 12 = M3 x 13 = M4 x 14. De préférence I1 + 12 = 13 + 14 de sorte que T1 = T2. Le signal de sortie S est donc périodique à la fois, sur sa partie régulière S1 et sa partie irrégulière S2. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, la largeur I1 du pôle magnétique régulier Nord P1 est égale à la largeur 14 du pôle magnétique irrégulier Sud P4 tandis que la largeur 12 du pôle magnétique régulier Sud P2 est égale à la largeur 13 du pôle magnétique irrégulier Nord P3. Dans l'exemple illustré, la largeur 13 du pôle magnétique irrégulier Nord P3 représente 70 % de la largeur totale d'une paire de pôle magnétique irrégulier de sorte que la largeur 14 du pôle magnétique irrégulier Sud P4 est égale à 30 % de la largeur totale de la paire de pôles irréguliers. Dans l'exemple illustré, le rapport cyclique R1 est complémentaire du rapport cyclique R2 de sorte que R1= 1. - R2. Bien entendu, il peut être prévu de choisir des rapports cycliques de valeurs différentes et non complémentaires (R1 * 1 - R2). Par exemple, il peut être choisi d'obtenir des rapports cycliques tels que R1 = 0,7 et R2 = 0,4. Dans la description qui précède, le codeur 2 comporte des pôles magnétiques réguliers P1, P2 et des pôles magnétiques irréguliers P3, P4. De plus, les largeurs I1, 12 des pôles magnétiques réguliers P1, P2 présentent des valeurs différentes, de même que les largeurs 13, 14 des pôles magnétiques 2882140 9 irréguliers P3, P4. Il est clair que l'objet de l'invention peut s'appliquer à un codeur 2 comportant une seule catégorie de paires de pôles magnétiques P;, Pi+1 c'est-à-dire soit de type régulier soit de type irrégulier. Il est à noter que dans le cas où le codeur 2 comporte les deux catégories de paires de pôles magnétiques, l'une des catégories comporte des pôles magnétiques avec des largeurs différentes tandis que l'autre catégorie comporte des pôles magnétiques avec des largeurs différentes comme cela a été décrit ci-dessus ou des largeurs égales de sorte que la partie correspondante du signal de sortie possède un rapport cyclique équilibré c'est-à-dire égale à 0,5. Avantageusement, le codeur 2, tel que décrit ci-dessus, est destiné à être monté sur une cible tournante au sens général, à partir de laquelle au moins une position est déterminée. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le codeur 2 selon l'invention est destiné à être monté sur une poulie d'entraînement montée en sortie du moteur d'un véhicule automobile, c'est-à-dire sur une poulie de distribution ou sur l'une des poulies auxiliaires. Selon une caractéristique avantageuse, le codeur 2 est monté sur la poulie d'entraînement se trouvant dans l'axe du vilebrequin, afin de permettre une détection du point mort haut d'allumage d'un cylindre. Il est à noter que l'objet de l'invention peut également être appliqué à la réalisation d'un capteur comportant un anneau magnétique muni de plusieurs pôles irréguliers permettant de repérer plusieurs positions. D'une manière avantageuse, l'anneau magnétique comporte, par exemple, quatre pôles irréguliers permettant de repérer la position des cylindres d'un moteur. Dans ce cas, le codeur est monté solidaire de l'arbre à cames d'un moteur de véhicule automobile. Bien entendu, le codeur 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 selon l'invention est destiné à être monté à l'intérieur d'une plaque de support d'un joint d'étanchéité dynamique pour un arbre de transmission, montée entre le vilebrequin et la boîte de vitesses d'un moteur d'un véhicule automobile. Le codeur est entraîné en rotation par l'arbre de transmission et 2882140 10 se trouve monté en relation de proximité des cellules de détection 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 est calé en rotation sur un arbre d'un moteur d'un véhicule automobile ou 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 d'une cellule de détection afin de constituer un capteur de position ou de vitesse. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 2882140 11 REVENDICATIONS 1 - Codeur pour capteur rotatif de position, comportant un anneau magnétique multipolaire entraîné en rotation autour de son axe (x), et pourvu sur sa circonférence de pôles magnétiques d'un signe donné (Pi), disposés de manière alternée avec des pôles magnétiques d'un signe contraire (P;+1) de manière à former au moins une série d'au moins une paire de pôles magnétiques avec une période déterminée (Ti), chaque pôle magnétique (Pi) d'un signe donné possédant une largeur l; et une valeur M; de polarisation magnétique tandis que chaque pôle magnétique de signe contraire (Pi+1) possède une largeur 1;+1 différente de la largeur I; et une valeur M;+1 de polarisation magnétique, caractérisé en ce que la polarisation des pôles magnétiques (Pi, Pi+1) est teille que M; x I; = M;+ 1 x 1.+1. 2 - Codeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en tant que pôles magnétiques (Pi, Pi+1), des pôles magnétiques réguliers d'un signe donné (P1) et des pôles magnétiques réguliers d'un signe contraire (P2) de manière à former une série de paires de pôles magnétiques réguliers avec une période déterminée (T1), chaque pôle magnétique régulier (P1) d'un signe donné possédant une largeur I1 et une valeur M1 de polarisation magnétique tandis que chaque pôle magnétique régulier de signe contraire (P2) possède une largeur 12 différente de la largeur I1 et une valeur M2 de polarisation magnétique, de sorte que M1 x 11 = M2 x 12. 3 - Codeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en tant que pôles magnétiques (Pi, Pi+1), au moins une singularité magnétique formée par au moins un pôle magnétique irrégulier d'un signe donné (P3) possédant une largeur 13 et une valeur M3 de polarisation magnétique et par un pôle magnétique irrégulier de signe contraire (P4) possédant une largeur 14 différente de la largeur 13 et une valeur M4 de polarisation magnétique, de manière à former une série d'au moins une paire de pôles magnétiques irréguliers avec une période déterminée (T2), la polarisation des pôles magnétiques irréguliers (P3, P4) étant telle que: M3 X 13 = M4 X 14. 2882140 12 4 - Codeur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en tant que pôles magnétiques (Pi, Pi+i), au moins au moins une singularité magnétique formée par au moins un pôle magnétique irrégulier d'un signe donné (P3) possédant une largeur 13 et une valeur M3 de polarisation magnétique et par un pôle magnétique irrégulier de signe contraire (P4) possédant une largeur 14 sensiblement égale à la largeur 13 et une valeur M4 de polarisation magnétique, de manière à former une série d'au moins une paire de pôles magnétiques irréguliers avec une période déterminée (T2), la polarisation des pôles magnétiques irréguliers (P3, P4) étant telle que: M3x13=M4x14. - Codeur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en tant que pôles magnétiques (Pi, Pi+l), des pôles magnétiques réguliers d'un signe donné (Pi) et des pôles magnétiques réguliers d'un signe contraire (P2) de manière à former une série de paires de pôles magnétiques réguliers avec une période déterminée (TI), chaque pôle magnétique régulier (Pi) d'un signe donné possédant une largeur I1 et une valeur M1 de polarisation magnétique tandis que chaque pôle magnétique régulier de signe contraire (P2) possède une largeur 12 sensiblement égale à la largeur I1 et une valeur M2 de polarisation magnétique, de sorte que M1 x I1 = M2 x 12. 6 - Codeur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les pôles magnétiques réguliers (Pi, P2) et irréguliers (P3, P4) sont tels que:M1xIl=M2X12=M3x13=M4X14. 7 - Codeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le pôle magnétique régulier (Pi) est de même signe que le pôle magnétique irrégulier (P3) tandis que le pôle magnétique régulier (P2) et le pôle magnétique irrégulier (P4) sont de rnême signe, contraire au signe des pôles (Pi, P3). 8 - Codeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pôles magnétiques réguliers (Pi, P2) et irréguliers (P3, P4) sont tels que I1 + 12 = 13 + 14, de sorte que la période (Ti) des pôles magnétiques réguliers est égale à la période (T2) des pôles magnétiques irréguliers. 2882140 13 9 - Codeur selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la largeur I1 du pôle magnétique régulier (PI) est égale à la largeur 14 du pôle magnétique irrégulier (P4) tandis que la largeur 12 du pôle magnétique (P2) est égale à la largeur 13 du pôle magnétique irrégulier (P3) de sorte que les rapports cycliques pour les pôles magnétiques réguliers et irréguliers sont complémentaires. - Capteur rotatif de position caractérisé en ce qu'il comporte un codeur conforme à l'une des revendications 1 à 9, dont l'anneau magnétique multipolaire défile devant au moins une cellule de détection (3). 11 - Capteur rotatif de position selon la revendication 10, caractérisé en ce que le codeur est calé en rotation sur un arbre d'un moteur d'un véhicule automobile. 12 - Capteur rotatif de position selon la revendication 10, caractérisé en ce que la cellule de détection (3) est une cellule de détection mono élément. 13 - Capteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que la cellule de détection (3) est une cellule à effet Hall, à effet Hall différentiel, à effet Hall avec concentrateur de flux, magnéto-résistive ou magnéto résistante géante.