Brevet FR2873806A1 — publié le 20060203

L'objet de l'invention concerne le domaine technique des capteurs magnétiques comportant un élément codeur se déplaçant à proximité d'une cellule de détection, et adaptés pour repérer au moins une position angulaire au sens général. L'objet de l'invention concerne plus particulièrement, la réalisation d'un capteur 5 dont le codeur est équipé d'une série de pôles Nord et pôles Sud montés de manière alternée. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine automobile où ce 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 d'intensité d'un champ d'induction magnétique lorsqu'un codeur ferromagnétique muni d'organes perturbateurs du champ, défile devant une cellule de détection. La cellule de détection telle qu'une sonde à effet Hall ou magnétorésistive, par exemple, délivre un signal sinusoïdal périodique. La 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 de l'induction magnétique selon qu'elle varie en croissant ou en décroissant. Afin de constituer un capteur de détection d'une vitesse, il est connu de réaliser un codeur pourvu de dents aménagées de manière régulière et en nombre élevé pour améliorer la résolution d'un tel capteur. Il est connu un perfectionnement à ce capteur consistant à réaliser un codeur constitué par un anneau magnétique multipolaire pourvu, sur sa circonférence, de pôles Nord et de pôles Sud alternés et régulièrement espacés selon un pas donné. 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 un repère sur le codeur magnétique. Il est connu ainsi de supprimer, par exemple, deux dents sur la roue dentée. Dans la solution mettant en oeuvre un codeur pourvu de pôles Nord et pôles Sud alternés, 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 dit irrégulier ou singulier, présentant d'une part une aimantation d'un signe opposé au signe de ses deux pôles adjacents, et d'autre part, un écartement différent par rapport au pas d'écartement des autres pôles. Afin d'obtenir une bonne précision de mesure, notamment en ce qui concerne la détection du pôle irrégulier, le brevet FR 2 757 943 enseigne de réaliser un codeur comprenant, pour chaque pôle irrégulier, des moyens de correction de la valeur du champ magnétique créé par le pôle irrégulier, de manière que le signal délivré par le passage des pôles voisins audit pôle irrégulier, soit symétrique par rapport à la valeur nulle du champ magnétique. La mise en oeuvre d'un tel codeur permet d'obtenir en sortie de la cellule de détection du capteur, un signal magnétique dont la période est constante pour ce qui concerne les pôles réguliers. Il en résulte une bonne précision des mesures ainsi réalisées, notamment pour le repérage du pôle irrégulier. Si la solution technique décrite dans ce brevet donne satisfaction en pratique, il a été constaté, dans certaines conditions d'exploitation, d'une part, une variation dans une plage importante de la largeur de l'entrefer délimité entre le codeur et la cellule de mesure et, d'autre part, un décalage latéral non négligeable, entre le plan de rotation du codeur et l'axe de la cellule de mesure, ce qui nuit à la précision des mesures. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients de la technique antérieure, en proposant un capteur possédant une bonne précision pour le repérage, notamment du pôle irrégulier, même pour des variations importantes de l'entrefer de mesure et du décalage latéral entre le plan de rotation du codeur et l'axe de la cellule de mesure. Pour atteindre de tels objectifs, le capteur de position du type comportant un codeur formé par un anneau magnétique multipolaire pourvu, sur sa circonférence, de pôles Nord et de pôles Sud alternés et monté pour défiler devant une cellule de mesure délivrant un signal périodique correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles, au moins l'un desdits pôles d'un signe contraire au signe de ses pôles adjacents est dit "irrégulier" et comporte, d'une part, entre ses deux pôles adjacents, un écartement différent par rapport au pas d'écartement entre les autres pôles et, d'autre part, des moyens de correction de la valeur de son champ magnétique, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré, par le passage des pôles voisins audit pôle irrégulier. Conformément à l'invention, les moyens de correction sont réalisés par au moins un pôle magnétique saturé, dit de stabilisation, possédant un signe contraire au signe du pôle irrégulier qui est également saturé, chaque pôle de stabilisation s'étendant d'un bord à l'autre de l'anneau magnétique, en étant intercalé dans le pôle irrégulier, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier. Tel que cela ressort de l'invention, le pôle irrégulier, de signe contraire aux pôles de stabilisation, comporte une série de pôles élémentaires s'étendant chacun d'un bord à l'autre de l'anneau magnétique, entre lesquels sont intercalés les pôles de stabilisation. Avantageusement, les pôles de stabilisation et élémentaires présentent chacun une largeur constante d'un bord à l'autre de l'anneau magnétique. Selon un exemple de réalisation, les pôles de stabilisation possèdent une largeur identique. Selon une autre variante de réalisation, tous les pôles de stabilisation possèdent une largeur différente. Selon encore une autre forme de réalisation, tous les pôles de stabilisation et les pôles élémentaires possèdent une largeur identique. Selon une autre variante de réalisation, tous les pôles de stabilisation possèdent une largeur identique mais de valeur différente des largeurs des pôles élémentaires. Selon une caractéristique de l'invention, la largeur totale des pôles de stabilisation est inférieure à la largeur totale des pôles élémentaires. Selon une autre caractéristique de l'invention, les pôles Nord et les pôles Sud alternés sont des pôles magnétiques saturés. Selon un aspect de l'invention, le ou les pôles de stabilisation sont intercalés dans le pôle irrégulier, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier, de sorte qu'un tel signal, considéré entre le passage d'un pôle adjacent et le milieu du pôle irrégulier, varie de manière monotone. Selon un autre aspect de l'invention, le ou les pôles de stabilisation sont intercalés dans le pôle irrégulier, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier, de sorte qu'un tel signal soit symétrique par rapport à la valeur nulle du champ magnétique. Selon un autre aspect de l'invention, le ou les pôles de stabilisation sont intercalés dans le pôle irrégulier, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier, de sorte qu'un tel signal présente une période constante en ce qui concerne les pôles adjacents au pôle irrégulier. Selon un autre aspect de l'invention, le ou les pôles de stabilisation sont intercalés dans le pôle irrégulier, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier, de sorte qu'un tel signal présente une symétrie par rapport au milieu du pôle irrégulier. De manière avantageuse, la cellule de mesure est une cellule à effet Hall, à effet Hall différentielle, à effet Hall avec concentrateur de flux, magnétoristance géante. Dans une application privilégiée du capteur selon l'invention, le codeur est calé en rotation sur un arbre d'un moteur d'un véhicule automobile. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue générale montrant un exemple de réalisation d'un capteur de position selon l'invention. La fig. 2 est une vue, ramenée dans un plan, d'un premier exemple de réalisation d'un codeur conforme à l'invention. La fig. 3 est une courbe illustrant l'évolution de l'induction magnétique obtenue lors du défilement d'un codeur conforme à la fig. 2. La fig. 1 montre un exemple de réalisation d'un capteur de position I comportant un codeur magnétique 1 monté pour défiler devant une cellule de détection 2. Le codeur 1 est constitué sous la forme d'un anneau magnétique multipolaire, entraîné en rotation autour de son centre, selon un axe A parallèle à la direction OX et pourvu, sur sa circonférence, de pôles Nord N et de pôles Sud S alternés, présentant une aimantation radiale. Dans l'exemple illustré, le codeur 1 comporte une série de pôles Sud S et de pôles Nord N aménagés pour présenter un pas régulier d'écartement entre deux pôles voisins. Par exemple, la largeur angulaire de chaque pôle est de 3 . Conformément à l'invention et tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, le codeur 1 comporte aussi au moins un pôle dit irrégulier Pi, présentant, entre ses deux pôles adjacents Pa, un écartement différent par rapport au pas régulier d'écartement entre les pôles S et N. Dans l'exemple illustré, le pôle irrégulier Pi possède une largeur angulaire de 15 et constitue un pôle Nord, tandis que les pôles adjacents Pa sont de signes contraires, à savoir Sud. Bien entendu, les polarités des pôles adjacents Pa et du pôle irrégulier Pi peuvent être inversées. Par exemple, le codeur 1 est constitué par une couronne formant un support sur laquelle est adhérisée une bague réalisée en élastomère chargée de particules magnétisées pour constituer les pôles Nord et Sud. Conformément à l'invention, pour chaque pôle irrégulier Pi, le codeur 1 comporte des moyens 3 de correction ou de compensation de la valeur du champ d'induction magnétique créé par le pôle irrégulier Pi, par rapport à la valeur du champ d'induction magnétique créé par les pôles voisins, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par la cellule 2 par le passage des pôles voisins audit pôle irrégulier. Comme cela sera décrit dans la suite de la description, les moyens 3 permettent de corriger la valeur de l'induction magnétique créée par le pôle irrégulier Pi, de sorte qu'elle ne pertube pas les inductions des pôles voisins. Ainsi, les moyens de correction 3 sont déterminés de manière que le signal, correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles voisins au pôle irrégulier Pi, ne soit pas perturbé par l'induction magnétique créée par le pôle irrégulier Pi. Les moyens 3 sont donc adaptés de façon à diminuer le flux magnétique créé par le pôle irrégulier, tout en le maintenant à une valeur suffisante pour permettre sa détection. Conformément à l'invention, les moyens de correction 3 sont réalisés par au moins un et dans l'exemple illustré à la fig. 2, quatre pôles magnétiques dits de stabilisation Ps possédant un signe contraire au signe du pôle irrégulier Pi. Dans l'exemple illustré, le pôle irrégulier Pi est un pôle Nord de sorte que chaque pôle de stabilisation Ps est un pôle Sud. Les pôles de stabilisation S sont ainsi intercalés dans le pôle irrégulier Pi de sorte que ce dernier se trouve formé par des pôles élémentaires Pe et les pôles de stabilisation Ps. Conformément à l'invention, les pôles élémentaires Pe et les pôles de stabilisation Ps s'étendent chacun d'un bord à l'autre de l'anneau magnétique. Avantageusement, chacun des pôles élémentaires Pe et des pôles de stabilisation Ps possèdent une largeur sensiblement constante d'un bord à l'autre de l'anneau magnétique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les pôles de stabilisation Ps et les pôles élémentaires Pe sont saturés. En d'autres termes, le matériau constitutif des pôles de stabilisation Ps et élémentaires Pi est saturé, c'est-à-dire que l'aimantation des pôles élémentaires ou Nord dans l'exemple illustré correspond à la valeur négative de l'aimantation maximum du matériau tandis que l'aimantation des pôles de stabilisation ou Sud dans l'exemple illustré correspond à la valeur positive de l'aimantation maximum du matériau. Dans la mesure où les pôles de stabilisation Ps et les pôles élémentaires Pe sont saturés, le pôle irrégulier Pi est peu sensible aux zones magnétiques voisines qui sont à même de modifier dans le temps le niveau d'induction et par suite le signal de sortie du système de détection. Le pôle irrégulier Pi selon l'invention permet d'obtenir un capteur durable dans le temps. Il doit être considéré que les pôles de stabilisation Ps sont disposés en nombre et en position de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier. En d'autres termes, le ou les pôles de stabilisation Ps sont intercalés dans le pôle irrégulier Pi, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents Pa au pôle irrégulier Pi, de sorte qu'un tel signal comporte l'une et/ou l'autre des caractéristique décrites ciaprès. L'examen de la fig. 3 permet de mettre en évidence l'intérêt de la mise en oeuvre des moyens de stabilisation 3. La fig. 3 est un schéma montrant l'évolution du champ d'induction magnétique I en Gauss et plus précisément de la composante du signal magnétique perpendiculaire à la surface du codeur, en fonction de la position angulaire du codeur 1 par rapport à une cellule de détection 2. La courbe A montre l'évolution de l'induction magnétique I d'un codeur dépourvu des moyens de stabilisation 3 conformes à l'invention, tandis que la courbe B montre l'évolution de l'induction magnétique I d'un codeur 1 équipé des moyens de stabilisation 3 selon l'invention. Tel que cela ressort de cette figure, la présence du pôle irrégulier Pi ne comportant pas de moyens de stabilisation, influence le champ d'induction magnétique des pôles voisins. Ainsi, tel que cela ressort de la fig. 3, la courbe A laisse apparaître deux zones J correspondant aux passages des pôles adjacents Pa et comportant chacune, un maximum suivi d'une décroissance. La présence de telles zones J interdit une détection en mode différentiel. Or la courbe B qui représente la composante du signal magnétique perpendiculaire à la surface du codeur 2 conforme à l'invention, permet de constater que la constitution du pôle irrégulier Pi, telle que décrite ci-dessus, permet de remédier à cet inconvénient, dans la mesure où un tel signal, considéré entre le passage la d'un pôle adjacent Pa et le passage IM du milieu du pôle irrégulier Pi, varie de manière monotone, c'est-à-dire dans un seul sens. Par ailleurs, en l'absence des moyens de stabilisation 3 conformes à l'invention, il apparaît ainsi, sur la courbe A, une dérive en amplitude et en phase de l'induction, qui est d'autant plus accentuée que le pôle régulier est proche du pôle irrégulier. Il s'ensuit un déphasage dans le signal d'induction. L'examen de la courbe B permet de constater que l'induction magnétique créée par le pôle irrégulier Pi ne vient pas perturber le champ d'induction magnétique des pôles réguliers voisins. Le signal donnant le changement de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles réguliers voisins au pôle irrégulier Pi, est symétrique par rapport à la valeur zéro ou nulle du champ magnétique. Une telle symétrie du signal magnétique est obtenue quelle que soit la largeur de l'entrefer, c'est-à-dire de la distance entre la cellule de détection 2 et l'anneau magnétique 1. Il s'avère que le signal I présente une période constante T en ce qui concerne les pôles réguliers voisins du pôle irrégulier. Par ailleurs, le ou les pôles de stabilisation Ps sont intercalés dans le pôle irrégulier Pi, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents Pa au pôle irrégulier Pi, de sorte qu'un tel signal présente une symétrie par rapport au passage IM du milieu du pôle irrégulier Pi. La mise en oeuvre des moyens de stabilisation 3, tels que décrits cidessus, permet d'obtenir une bonne précision des mesures réalisées pour le repérage du pôle irrégulier Pi. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'induction magnétique créée par le codeur 1 peut être décelée par une cellule sensible 2 de tous types, tels qu'une cellule à effet Hall, à effet Hall différentielle, à effet Hall avec concentrateur de flux, magnétorésistive, magnétorésistante géante (GMR). Il doit être considéré que l'ordre et le nombre des pôles élémentaires Pe et de stabilisation Ps, ainsi que la largeur de chacun d'eux, sont variables en fonction de l'application visée et de la nature de la stabilisation ou de la correction choisie. Selon l'exemple de réalisation illustré à la fig. 2, tous les pôles de stabilisation Ps et les pôles élémentaires Pe possèdent chacun une même largeur. Dans l'exemple illustré, chaque pôle de stabilisation Ps et élémentaire Pe possède une largeur égale à 10. Selon cet exemple, le pôle irrégulier Pi est constitué par des pôles de stabilisation élémentaires distribués de la manière suivante: Pe, Ps, 2Pe, Ps, 5Pe, Ps, 2Pe, Ps, Pe. Il peut être prévu un autre exemple de réalisation dans lequel tous les pôles de stabilisation Ps possèdent une largeur identique, mais de valeur différente des largeurs des pôles élémentaires Pe. Selon cet exemple, le pôle irrégulier Pi est constitué de la manière suivante: 3Pe, Ps, 7Pe, Ps, 3Pe. Chaque pôle de stabilisation Ps présente une largeur de 0,5 , tandis que les pôles élémentaires Pe présentent ensemble une largeur angulaire de 14 . Le codeur 1 selon l'invention, 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 1 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 1 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 1 muni de plusieurs pôles irréguliers Pi permettant de repérer plusieurs positions. D'une manière avantageuse, l'anneau magnétique 1 comporte, par exemple, quatre pôles irréguliers Pi permettant de repérer la position des cylindres d'un moteur. Dans 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 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 1 est entraîné en rotation par l'arbre de transmission et se trouve monté en relation de proximité d'au moins une cellule de détection 2 montée 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 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 2 afin de constituer un capteur de position. 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, du type comportant un codeur formé par un anneau magnétique multipolaire (1) pourvu, sur sa circonférence, de pôles Nord (N) et de pôles Sud (S) alternés et monté pour défiler devant une cellule de mesure (2) délivrant un signal périodique correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles, au moins l'un desdits pôles d'un signe contraire au signe de ses pôles adjacents (Pa) est dit "irrégulier" (Pi) et comporte, d'une part, entre ses deux pôles adjacents (Pa), un écartement différent par rapport au pas d'écartement entre les autres pôles et, d'autre part, des moyens (3) de correction de la valeur de son champ magnétique, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents audit pôle irrégulier, caractérisé en ce que les moyens de correction (3) sont réalisés par au moins un pôle magnétique saturé, dit de stabilisation (Ps) , possédant un signe contraire au signe du pôle irrégulier (Pi) qui est également saturé, chaque pôle de stabilisation (Ps) s'étendant d'un bord à l'autre de l'anneau magnétique, en étant intercalé dans le pôle irrégulier, de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier. 2 - Capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pôle irrégulier (Pi), de signe contraire aux pôles de stabilisation (Ps), comporte une série de pôles élémentaires (Pe) s'étendant chacun d'un bord à l'autre de l'anneau magnétique, entre lesquels sont intercalés les pôles de stabilisation (Ps). 3 - Capteur de position selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les pôles de stabilisation (Ps) et élémentaires (Pe) présentent chacun une largeur constante d'un bord à l'autre de l'anneau magnétique. 4 - Capteur de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que tous les pôles de stabilisation (Ps) possèdent une largeur identique. - Capteur de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que tous les pôles de stabilisation (Ps) possèdent une largeur différente. 6 - Capteur de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que tous les pôles de stabilisation (Ps) et les pôles élémentaires (Pe) possèdent une largeur identique. 7 - Capteur de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que tous les pôles de stabilisation (Ps) possèdent une largeur identique, mais de valeur différente des largeurs des pôles élémentaires (Pe). 8 - Capteur de position selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la largeur totale des pôles de stabilisation (Ps) est inférieure à la largeur totale des pôles élémentaires (Pe). 9 - Capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pôles Nord (N) et les pôles Sud (S) alternés sont des pôles magnétiques saturés. - Capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les pôles de stabilisation (Ps) sont intercalés dans le pôle irrégulier (Pi) de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier, de sorte qu'un tel signal, considéré entre le passage d'un pôle adjacent et le milieu du pôle irrégulier, varie de manière monotone. 11 - Capteur de position selon la revendication 1 ou 10, caractérisé en ce que le ou les pôles de stabilisation (Ps) sont intercalés dans le pôle irrégulier (Pi), de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier, de sorte qu'un tel signal soit symétrique par rapport à la valeur nulle du champ magnétique. 12 - Capteur de position selon la revendication 1, 10 ou 11, caractérisé en ce que le ou les pôles de stabilisation (Ps) sont intercalés dans le pôle irrégulier (Pi), de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier, de sorte qu'un tel signal présente une période constante en ce qui concerne les pôles adjacents au pôle irrégulier. 13 - Capteur de position selon la revendication 1, 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que le ou les pôles de stabilisation (Ps) sont intercalés dans le pôle irrégulier (Pi), de manière à stabiliser le signal magnétique délivré par le passage des pôles adjacents au pôle irrégulier, de sorte qu'un tel signal présente une symétrie par rapport au milieu du pôle irrégulier. 14 - Capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule de mesure (2) est une cellule à effet Hall, à effet Hall différentielle, à effet Hall avec concentrateur de flux, magnétorésistive, magnétorésistante géante. - Capteur de position selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le codeur (1) est calé en rotation sur un arbre d'un moteur d'un véhicule automobile.