Brevet FR2921481A1 — publié le 20090327

B07-3036FR - AxC/EVH Société de droit suédois dite : Aktiebolaget SKF Dispositif de détection de rotation et palier instrumenté équipé d'un tel dispositif Invention de : LANDRIEVE Franck CHAUSSAT Sylvain Dispositif de détection de rotation et palier instrumenté équipé d'un tel dispositif La présente invention concerne les dispositifs de détection de proximité ou de passage d'un élément tournant, permettant la détermination d'au moins un paramètre de rotation de l'élément tournant. L'invention concerne également les applications de tels dispositifs aux paliers à roulement instrumentés pour la mesure d'au moins un paramètre de rotation d'une roue ou d'un paramètre de déplacement d'un engin équipé d'une telle roue. On connaît des dispositifs de détection de rotation d'un élément tournant qui comprennent un anneau codeur magnétique multipolaire monté sur l'élément tournant et associé à un élément capteur non tournant sensible aux champs magnétiques. Les variations de champs magnétiques résultant du passage des différents pôles de l'anneau codeur devant l'ensemble capteur fixe génèrent un signal dont l'interprétation permet la mesure des paramètres recherchés. A titre de capteurs, on peut utiliser des capteurs à effet Hall qui présentent cependant l'inconvénient de nécessiter un courant électrique d'alimentation. On peut également utiliser des capteurs comprenant un commutateur ou interrupteur à lame souple (ILS) également appelés � relais Reed �. Il s'agit d'organes sensibles aux champs magnétiques pouvant occuper deux positions, ouverte ou fermée, suivant le champ magnétique auquel est soumis le commutateur. Un interrupteur à lame souple est généralement constitué d'une capsule de verre à l'intérieur de laquelle se trouvent montées deux lames flexibles formant l'interrupteur. Les deux lames se prolongent à l'extérieur de la capsule où elles forment des bornes de connexion par l'intermédiaire desquelles l'interrupteur est connecté à un circuit de mesure associé. Lorsqu'un tel interrupteur à lame souple est soumis à l'action d'un champ magnétique dont les lignes de champ sont orientées selon la direction générale des lames flexibles, le relais se ferme. Dans le cas contraire, il reste ouvert. Un tel interrupteur à lame souple peut être logé dans un boîtier en matière synthétique ou encore peut être noyé dans de la résine synthétique afin de former un ensemble capteur magnétosensible apte à réagir à la présence de champs magnétiques et à fournir un signal lorsque les lignes de champs sont orientées d'une certaine manière. Ce type de capteur présente certains avantages qui rendent son utilisation particulièrement intéressante dans certaines applications. En effet, son coût est relativement faible et il ne consomme aucun courant électrique pour son fonctionnement, contrairement à ce qui est le cas des cellules à effet Hall. Dans le cas de la commande d'un interrupteur à lame souple par un aimant simple, un barreau magnétique ou un anneau bipolaire, on adapte les positions relatives de l'aimant et de l'interrupteur à lame souple de façon à obtenir une commande d'ouverture et de fermeture en fonction du mouvement relatif de l'aimant par rapport au capteur. Ce type de capteur est fréquemment utilisé pour la détection de la rotation d'une roue de bicyclette ou de patin à roulettes. L'interrupteur à lame souple est alors associé à un aimant fixé sur la roue. L'interrupteur s'ouvre et se ferme à chaque passage de l'aimant, ce qui permet, en captant les impulsions dans un intervalle de temps donné, d'en déduire la vitesse de rotation de la roue et la distance parcourue. I1 est difficile en revanche d'utiliser des capteurs de ce type en association avec un anneau multipolaire rotatif en raison de la taille trop importante du capteur par rapport aux dimensions des pôles de l'anneau codeur. En effet, en dessous de dimensions critiques des pôles par rapport aux dimensions de l'interrupteur à lame souple, ce dernier se trouve soumis simultanément aux champs magnétiques produits par plusieurs paires de pôles, de sorte qu'il n'est plus possible d'obtenir une réaction au passage d'une paire de pôles déterminée devant le capteur. Les interrupteurs à lame souple sont en effet en général 200 fois plus grands que la zone sensible d'une cellule à effet Hall qui est fréquemment utilisée en association avec un tel anneau rotatif multipolaire. Ces difficultés sont encore aggravées par le fait qu'il est nécessaire, pour des raisons d'intégration mécanique, de prévoir généralement une distance de plusieurs millimètres entre l'interrupteur à lame souple et l'élément codeur. I1 en résulte une diminution de résolution qui rend l'utilisation de ce type de capteur pratiquement impossible. La présente invention a pour objet de résoudre ces difficultés et de permettre l'utilisation de ce type de capteur avec des anneaux codeurs multipolaires de type classique même dans le cas où ceux-ci présentent une multitude de pôles de très petites dimensions. Dans un mode de réalisation, un dispositif de détection de la rotation d'un élément tournant du type comprend un anneau codeur magnétique multipolaire, monté sur l'élément tournant et un ensemble capteur non tournant sensible aux champs magnétiques, monté à proximité de l'anneau codeur. L'ensemble capteur comprend un interrupteur à lame souple relié par deux bornes à des fils de connexion. Des éléments concentrateurs sont disposés entre lesdites bornes et l'anneau codeur. La présence de ces éléments concentrateurs permet d'obtenir une réponse satisfaisante même si les dimensions de l'interrupteur à lame souple restent très largement supérieures à celles des pôles de l'anneau multipolaire. De préférence, chaque élément concentrateur comprend une portion de détection disposée en regard des pôles de l'anneau codeur et une portion de transmission en contact avec l'une des bornes de l'interrupteur à lame souple. Chaque portion de détection s'étend avantageusement, dans le sens circonférentiel, sur une longueur sensiblement inférieure ou égale à la longueur circonférentielle d'un pôle de l'anneau codeur. Les portions de détection des éléments concentrateurs présentent de préférence des extrémités se faisant mutuellement face et écartées d'une distance égale à la longueur circonférentielle d'une paire de pôles de l'anneau codeur. Dans une variante de réalisation avantageuse, un écran en matériau magnétique est en outre disposé entre l'interrupteur à lame souple et l'anneau codeur multipolaire. De cette manière, les lignes de champ qui sont capables d'agir sur la commande de l'interrupteur à lame souple, sont exclusivement celles qui proviennent des pôles en regard des portions de détection des éléments concentrateurs. L'écran s'étend de préférence, dans le sens circonférentiel, sur une longueur légèrement supérieure à la longueur circonférentielle d'un pôle et inférieure à la longueur circonférentielle d'une paire de pôles de l'anneau codeur. Dans un mode de réalisation, les portions de détection sont maintenues écartées de la surface en regard de l'anneau codeur, ce qui définit un entrefer approprié. Dans certains cas cependant, il est difficile de maintenir le capteur dans une telle position écartée précise. On peut alors prévoir sur l'anneau codeur une couche mince ou un revêtement en un matériau amagnétique. Les portions de détection sont maintenues en contact de friction avec cette couche amagnétique solidaire de l'anneau codeur, ce qui réalise également un entrefer approprié comme précédemment. Afin d'assurer un bon contact de friction et un écartement contrôlé du capteur par rapport à l'anneau codeur, les portions de transmission sont de préférence élastiques et l'ensemble du capteur est appuyé en direction de l'anneau codeur. L'ensemble capteur peut être monté avec un entrefer radial par rapport à l'anneau codeur ou avec un entrefer axial par rapport à l'anneau codeur, selon les applications. Un autre aspect de l'invention concerne un palier à roulement instrumenté pour la mesure d'au moins un paramètre de rotation d'une roue ou un paramètre de déplacement d'un engin équipé d'une telle roue. Un tel palier comprend une bague tournante, une bague non tournante et au moins une rangée d'éléments roulants disposés entre les bagues tournante et non tournante. Le palier comprend un dispositif tel que mentionné ci-dessus, l'anneau codeur étant monté sur la bague tournante. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 illustre schématiquement les principaux organes d'un dispositif de détection conforme à l'invention, l'interrupteur à lame souple étant représenté en position fermée ; - la figure 2 est une vue partielle identique à la figure 1 montrant l'interrupteur à lame souple en position ouverte ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 d'un deuxième mode de réalisation ; et - la figure 4 est une vue en coupe d'un palier instrumenté équipé d'un dispositif de détection selon l'invention. Tel qu'il est illustré sur les figures 1 et 2, un dispositif de détection selon l'invention comprend un anneau codeur magnétique multipolaire 1 monté à rotation sur un élément tournant non représenté sur la figure et un ensemble capteur non tournant référencé 2 dans son ensemble, monté à proximité de la périphérie de l'anneau codeur 1. L'anneau codeur 1 présente une pluralité de pôles magnétiques sur sa périphérie, chacun des pôles nord 3 (indiqué N sur la figure 1) étant apparié à un pôle sud 4 (noté S sur la figure 1) de façon à former une paire de pôles NS, les paires de pôles se succédant côte à côte sur toute la périphérie de l'anneau codeur 1. L'ensemble capteur 2 comprend un interrupteur à lame souple 5 comportant une ampoule en verre 6 de forme oblongue, à l'intérieur de laquelle sont montées deux lames souples 7 capables d'établir un contact électrique selon l'orientation des lignes de champ d'un champ magnétique se trouvant à proximité. Les deux lames 7 se prolongent à l'extérieur de l'ampoule en verre 6 sous la forme de bornes de connexion 8 de chaque côté de ladite ampoule 6. Des fils de connexion 9 sont fixés, par exemple par soudage, sur les bornes 8 et reliés à des câbles de connexion 10 capables de transmettre un signal à un dispositif de mesure non représenté sur la figure. L'interrupteur à lame souple 5 constitué par l'ampoule 6, les deux lames 7 et les bornes de connexion 8 associées aux fils de connexion 9, est monté à proximité de la périphérie de l'anneau multipolaire rotatif 1 avec interposition de deux éléments concentrateurs 11. Chacun des éléments concentrateurs 11 comprend une portion de détection 12 disposée en regard des pôles de l'anneau 1 et une portion de transmission 13 reliant la portion de détection 12 à l'une des bornes 8 de l'interrupteur à lame souple 5. Dans l'exemple illustré, chaque portion de transmission 13 est sensiblement radiale par rapport à l'axe de rotation de l'anneau 1 et présente une prolongation 13a qui est en contact électrique avec une borne 8, sur laquelle elle est fixée, par exemple par soudage. Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, les deux portions de détection 12 ont une forme sensiblement cylindrique qui correspond à la forme générale cylindrique de l'anneau multipolaire tournant 1. Un entrefer est laissé entre les deux portions de détection 12 et la surface cylindrique externe en regard de l'anneau multipolaire 1. La disposition relative de l'interrupteur à lame souple 5 et de l'anneau multipolaire 1 est de ce fait radiale, l'ensemble capteur 2 étant disposé radialement à l'extérieur de l'anneau multipolaire 1. Les deux portions de détection 12 présentent des bords d'extrémité 12a se faisant mutuellement face et écartés l'un de l'autre d'une distance sensiblement égale à la longueur circonférentielle d'une paire de pôles NS de l'anneau codeur 1. De plus, chaque portion de détection 12 s'étend, dans le sens circonférentiel, sur une longueur sensiblement égale à la longueur circonférentielle d'un pôle N ou S de l'anneau codeur 1. Cette longueur pourrait être également légèrement inférieure à la longueur de l'un des pôles. En variante, les bords d'extrémité 12a pourraient être dirigés dans des directions opposées. Pour améliorer la qualité du signal, on a également prévu dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2 un écran 14 réalisé en matériau magnétique et disposé entre l'interrupteur à lame souple 5 et l'anneau codeur multipolaire 1 et entre les deux extrémités 12a en regard des deux portions de détection 12. La longueur circonférentielle de l'écran 14 est légèrement supérieure à la longueur circonférentielle d'un pôle de l'anneau codeur 1, comme on peut le voir sur la figure 2. Elle reste néanmoins inférieure à la longueur circonférentielle d'une paire de pôles de façon que les bords de l'écran 14 restent écartés des bords extrêmes 12a en regard des deux portions de détection 12. L'ensemble formé par l'interrupteur à lame souple 5 équipé des bornes de connexion 8 et des fils de connexion 9 ainsi que les deux éléments concentrateurs 11 et l'écran 14, est inclus dans une masse en matériau synthétique 15 qui permet d'assurer la cohésion spatiale des différents éléments de l'ensemble capteur 2 et qui facilite son maintien en position précise écartée d'un entrefer mentionné ci-dessus par rapport à l'anneau multipolaire 1. Seules apparaissent à l'extérieur du matériau synthétique, les surfaces des portions de détection 12 et de l'écran 14. L'interposition, entre les bornes 8 de l'interrupteur à lame souple 5 et les pôles 3, 4 de l'anneau multipolaire 1, des concentrateurs 11, permet de concentrer le flux des lignes de champ résultant du champ magnétique généré par les pôles N, S de l'anneau multipolaire 1. Les lignes de champs se trouvent en effet canalisées vers les deux bornes 8 par les deux éléments concentrateurs 11. Plus précisément, les portions de détection 12 captent les lignes de champs magnétiques qui sont ensuite canalisées par les portions de transmission 13 jusque sur les bornes 8 de l'interrupteur à lame souple 5. Les dimensions des portions de détection 12 sont choisies de façon à recueillir un maximum de lignes de champs magnétiques, ce qui est le cas dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, lorsque la longueur circonférentielle des portions de détection 12 est sensiblement égale à la longueur circonférentielle des pôles à détecter 3 ou 4. I1 est ainsi possible d'utiliser des interrupteurs à lame souple avec des anneaux codeurs multipolaires du type de celui qui est illustré sur les figures 1 et 2 dont le pas des pôles peut être inférieur à 5 mm. Les concentrateurs 11 sont réalisés en un matériau magnétique capable de canaliser les lignes de champs magnétiques, par exemple un matériau ferromagnétique tel que de l'acier. L'ensemble du capteur 2 est facilement encapsulable dans un boîtier pouvant également comporter la connectique non illustrée sur les figures. Compte tenu des dimensions relativement importantes de l'interrupteur à lame souple 5 par rapport aux différents pôles 3, 4, il est avantageux de prévoir l'écran 14 en matériau magnétique, par exemple en acier. Cet écran 14 forme en effet un blindage magnétique et court-circuite les lignes de champs afin qu'elles ne viennent pas perturber le fonctionnement de l'interrupteur à lame souple 5. L'écran 14 évite que les lignes de champs magnétiques provenant des pôles subsistant entre les extrémités en regard des deux portions de détection 12 influencent l'interrupteur à lame souple 5 et perturbent la détection. Dans la position illustrée sur la figure 1, chacune des portions de détection 12 se trouve en regard d'un pôle nord 3 et respectivement d'un pôle sud 4. Une paire de pôles nord/sud subsiste entre les deux bords extrêmes 12a en regard des deux portions de détection 12. L'écran 14 est disposé à cheval, en regard de cette paire de pôles. Dans la position illustrée sur la figure 1, l'interrupteur à lame souple 5 capte la quasi-totalité des lignes de champs provenant des deux pôles nord et sud en regard desquels se trouvent les deux portions de détection 12. L'interrupteur à lame souple 5 se trouve donc en position fermée. Dans la position illustrée sur la figure 2 où l'anneau multipolaire 1 a légèrement tourné, chacune des portions de détection 12 se trouve disposée en regard de la zone de jonction entre deux pôles nord/sud. Dans ce cas, l'interrupteur à lame souple 5 se trouve en position ouverte étant donné que les portions de détection 12 ne transmettent pas à l'interrupteur à lame souple 5 des lignes de champs orientées de façon à provoquer la fermeture des lames souples 7. Le mode de réalisation illustré sur la figure 3, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, se différencie essentiellement du mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2 par le fait qu'un anneau supplémentaire 16 de faible épaisseur, constituant une couche en matériau amagnétique, est disposé autour de l'anneau codeur multipolaire 1 afin de définir un entrefer entre l'anneau codeur 1 et l'ensemble capteur 2. Un tel anneau pourrait être remplacé par un revêtement amagnétique. Les deux portions de détection 12 viennent ici en contact de friction avec la surface cylindrique externe de l'anneau amagnétique 16. De plus, les portions de transmission 13, au lieu d'être sensiblement radiales comme dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, présentent une section en V couché avec une branche 13f fixée par une prolongation 13a à une borne 8 et une branche 13c prolongeant la portion de détection 12. Cette forme confère à chaque portion de transmission 13 un caractère élastique. Une force d'appui exercée sensiblement radialement sur l'élément capteur 2 permet donc de maintenir élastiquement les deux portions de détection 12 toujours en contact avec la périphérie externe de l'anneau 16. L'épaisseur de l'anneau 16 constituant la couche amagnétique précitée définit ainsi avec précision l'entrefer qui est maintenu entre les portions de détection 12 et l'anneau multipolaire 1. Une telle disposition permet de simplifier le positionnement radial de l'ensemble capteur 2 par rapport à l'anneau multipolaire 1 en améliorant la précision de ce positionnement. Bien qu'aucun écran 14 n'ait été illustré sur la figure 3, on comprendra qu'un tel écran puisse être également prévu dans ce mode de réalisation, l'écran pouvant être alors intégré dans le matériau synthétique 15, entre l'interrupteur à lame souple 5 et l'anneau multipolaire 1. Contrairement à ce qui était le cas dans le mode de réalisation des figures 1 et 2 où l'ensemble des éléments concentrateurs 11 ainsi que l'écran 14 étaient inclus dans le matériau synthétique 15, on utilisera avantageusement dans le mode de réalisation de la figure 3 une disposition dans laquelle les portions de détection 12 ainsi que les branches 13c des portions de transmission 13 font saillie à l'extérieur du matériau synthétique 15 de façon à garantir l'élasticité du montage. La figure 4 illustre à titre d'exemple une application d'un dispositif de détection tel qu'illustré sur les figures précédentes. Dans cette application, un anneau codeur multipolaire 1 est monté par un élément de support annulaire 17 sur la bague interne tournante 18 d'un roulement à billes 19. A cet effet, l'élément 17 comporte une portion annulaire 17a, emmanchée sur la surface cylindrique extérieure de la bague 18 et une portion de flasque radial 17b avec un rebord annulaire 17c sur lequel est monté l'anneau multipolaire 1. Le roulement à billes 19 comporte par ailleurs une bague externe non tournante 20 et une rangée de billes 21 montées dans une cage 22. D'un côté du palier à roulement 19, se trouve monté un joint d'étanchéité à lèvre 23. De l'autre côté, se trouve disposé, autour de l'anneau multipolaire 1, une pièce annulaire 24 en matériau synthétique à l'intérieur de laquelle est noyé l'interrupteur à lame souple 5, comme illustré sur la figure 1. La pièce annulaire 24 est encliquetée à l'intérieur de la bague non tournante 20 par un rebord annulaire 25 qui coopère avec une gorge 26 pratiquée dans l'alésage de la bague 20. Une face radiale 27 de la pièce annulaire 24 vient en contact avec une face frontale de la bague 20. Cela permet de définir avec précision les positions radiale et axiale des portions de détection 12 noyées dans la pièce 24 par rapport à l'anneau multipolaire 1 et donc l'entrefer radial subsistant. La pièce annulaire 24 présente un flasque radial 28 se terminant par un rebord annulaire 29 dirigé vers la bague 18 et écarté faiblement de celle-ci. La partie de la pièce 24 qui comporte l'interrupteur à lame souple 5 et les portions de détection 12 forme, avec le flasque radial 28 et le rebord 29 une sorte de capot enfermant l'anneau 1 et son support annulaire 17. Cela forme une sorte de joint d'étanchéité labyrinthe pour le roulement 19, du côté opposé au joint à lèvre 23. L'ensemble du montage pourrait bien entendu être inversé, avec une bague interne non tournante et une bague externe tournante. Les signaux émis par l'interrupteur à lame souple 5 sont transmis par le câble de connexion 10 à un dispositif de traitement non représenté. Bien que dans tous les exemples illustrés on ait représenté l'ensemble capteur monté avec un entrefer radial par rapport à l'anneau codeur, on comprendra que l'on puisse également monter un ensemble capteur avec un entrefer axial d'un côté ou de l'autre d'un anneau codeur multipolaire. L'invention permet d'utiliser des interrupteurs à lame souple avec des anneaux codeurs multipolaires comportant une pluralité de pôles de très faibles dimensions. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de la rotation d'un élément tournant du type comprenant un anneau codeur magnétique multipolaire (1), monté sur l'élément tournant et un ensemble capteur non tournant (2) sensible aux champs magnétiques, monté à proximité de l'anneau codeur, caractérisé par le fait que l'ensemble capteur (2) comprend un interrupteur à lame souple (5) relié par deux bornes (8) à des fils de connexion et des éléments concentrateurs (11) disposés entre lesdites bornes (8) et l'anneau codeur (1). 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel chaque élément concentrateur (11) comprend une portion de détection (12) disposée en regard des pôles de l'anneau codeur (1) et une portion de transmission (13) en contact avec l'une des bornes (8) de l'interrupteur à lame souple (5). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel chaque portion de détection (12) s'étend, dans le sens circonférentiel, sur une longueur inférieure ou égale à la longueur circonférentielle d'un pôle de l'anneau codeur. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel les portions de détection (12) des éléments concentrateurs (11) présentent des extrémités (12a) se faisant mutuellement face et écartées d'une distance égale à la longueur circonférentielle d'une paire de pôles de l'anneau codeur. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel un écran (14) en matériau magnétique est disposé entre l'interrupteur à lame souple (5) et l'anneau codeur multipolaire (1). 6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel l'écran (14) s'étend, dans le sens circonférentiel, sur une longueur supérieure à la longueur circonférentielle d'un pôle et inférieure à la longueur circonférentielle d'une paire de pôles de l'anneau codeur. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6 dans lequel les portions de détection (2) sont maintenues écartées de la surface en regard de l'anneau codeur. 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6 dans lequel les portions de détection (12) sont maintenues en contact de friction avec une couche (16) d'un matériau amagnétique solidaire de l'anneau codeur (1). 9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel les portions de transmission (13) sont élastiques. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'ensemble capteur est monté avec un entrefer radial par rapport à l'anneau codeur. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel 10 l'ensemble capteur est monté avec un entrefer axial par rapport à l'anneau codeur. 12. Palier à roulement instrumenté pour la mesure d'au moins un paramètre de rotation d'une roue ou un paramètre de déplacement d'un engin équipé d'une telle roue, comprenant une bague tournante (18), une 15 bague non tournante (20), au moins une rangée d'éléments roulants (21) disposés entre les bagues tournante et non tournante, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif selon l'une des revendications précédentes, l'anneau codeur (1, 17) étant monté sur la bague tournante (18).