Brevet FR3007845A1 — publié le 20150102

L'invention concerne un capteur de détection d'un champ magnétique périodique émis par un codeur ainsi qu'un système mécanique comprenant un tel codeur et équipé d'un tel capteur, ledit système comprenant notamment un organe monté mobile à l'intérieur d'un carter qui est fixe. Dans de nombreuses applications, on souhaite connaître en temps réel et avec une fiabilité optimale au moins un paramètre de déplacement linéaire et/ou angulaire de l'organe mobile, tel que sa position, sa vitesse, son accélération ou son sens de déplacement. Pour ce faire, le document WO-2006/064169 propose l'utilisation d'un codeur destiné à être solidaire de l'organe mobile et qui est agencé pour émettre un champ magnétique pseudo sinusoïdal à distance de détection d'un capteur comprenant plusieurs éléments sensibles. 15 De façon avantageuse, chaque élément sensible peut comprendre au moins un motif à base d'un matériau magnétorésistif, notamment à effet tunnel (TMR en anglais pour Tunnel MagnetoResistance), dont la résistance varie en fonction du champ magnétique, tel que par exemple décrit dans le document 20 WO-2004/083881. En particulier, chaque motif comprend alors deux couches conductrices entre lesquelles une couche isolante est disposée pour former une succession de jonctions tunnel dans un montage de détection. Les couches conductrices 25 forment respectivement une couche magnétique sensible au champ à mesurer et une couche magnétique de référence, la résistance électrique entre les couches conductrices étant fonction de l'orientation relative de l'aimantation de chacune desdites couches. 30 Pour déterminer un paramètre de déplacement de l'organe mobile en fonction de l'évolution du champ magnétique détecté, le document WO-2006/064169 prévoit une combinaison des signaux représentatifs de la résistance de chacun des éléments sensibles afin de délivrer deux signaux en 10 quadrature et de même amplitude qui peuvent être utilisés pour calculer ledit paramètre. Dans certaines applications, on souhaite également connaître la température de fonctionnement à l'intérieur du carter dans lequel l'organe est mobile, notamment en tant qu'indicateur de l'état de santé et/ou des conditions de fonctionnement du système mécanique. Pour ce faire, il est connu d'utiliser une sonde de température qui est associée au carter, notamment au voisinage de l'organe mobile. Toutefois, cette sonde a un coût, est encombrante et ne permet pas de mesurer facilement la température au plus près de l'organe mobile. En particulier, le positionnement de la sonde à l'extérieur du carter fausse la détermination de la température intérieure, surtout si le carter est épais et/ou isolant thermiquement, et percer un trou dans le carter pour y disposer la sonde est source de problèmes, notamment relativement aux fuites. L'invention vise à résoudre les problèmes de l'art antérieur en perfectionnant un capteur de détection d'un champ magnétique périodique émis par un codeur en lui permettant de déterminer également une température de fonctionnement, notamment à l'intérieur d'un carter d'un système mécanique. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un capteur de détection d'un champ magnétique périodique émis par un codeur, ledit capteur comprenant plusieurs éléments sensibles qui sont intégrés dans un montage, chaque élément sensible comprenant au moins un motif à base d'un matériau magnétorésistif dont la résistance varie en fonction dudit champ magnétique, ledit capteur comprenant un dispositif de conditionnement de signaux représentatifs de la résistance des éléments sensibles qui est agencé pour délivrer au moins un signal représentatif dudit champ magnétique, ledit capteur comprenant en outre un dispositif de détermination de la température du codeur en fonction de l'évolution de l'amplitude d'au moins un signal représentatif du champ magnétique qui est délivré par le dispositif de conditionnement. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un système mécanique comprenant un carter présentant au moins une paroi non magnétique à l'intérieur de laquelle est disposé un codeur apte à émettre un champ magnétique périodique, ledit système étant équipé d'un tel capteur disposé à l'extérieur du carter en positionnant les éléments sensibles à distance de détection du champ magnétique émis par le codeur au travers de la paroi afin que le dispositif de détermination de la température du codeur puisse déterminer la température à l'intérieur du carter. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique partielle d'un système mécanique selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre un signal représentatif du champ magnétique délivré par un dispositif de conditionnement, respectivement à une première (Ti) et une deuxième (T2) température du codeur émettant ledit champ magnétique, ladite deuxième température étant supérieure à ladite première. En relation avec ces figures, on décrit un système mécanique comprenant un carter fixe dans lequel un organe 1 est monté mobile. Dans une application particulière, le système permet la transmission d'un couple par l'intermédiaire d'un arbre tournant, par exemple en étant une boîte de vitesses de véhicule automobile. En variante, l'organe 1 peut être mobile en translation à l'intérieur du carter. Selon une autre réalisation, le carter est mobile par rapport à un organe 1 qui est fixe. Le système mécanique est équipé pour permettre la détermination d'au moins un paramètre de déplacement de l'organe mobile 1 dans le carter. En particulier, le paramètre peut être choisi parmi un paramètre de déplacement linéaire et/ou angulaire de l'organe mobile 1, tel que sa position, sa vitesse, son accélération ou son sens de déplacement. Pour ce faire, le système mécanique présente au moins une paroi 2 non magnétique à l'intérieur de laquelle est disposé un codeur 3 apte à émettre un champ magnétique périodique. En particulier, le carter peut présenter une paroi 2 en matériau métallique non magnétique, tel que certains aciers ou l'aluminium, ladite paroi définissant une enceinte dans laquelle l'organe 1 est monté mobile. Le codeur 3 est solidaire de l'organe mobile 1 de sorte à se déplacer conjointement avec lui en émettant un champ magnétique périodique qui est représentatif du déplacement du codeur 3 et donc de celui de l'organe mobile 1. En particulier, le codeur 3 peut être annulaire pour être associé concentriquement à un organe tournant. Selon une réalisation particulière, le codeur 3 comprend une succession alternée de pôles magnétiques Nord et Sud qui sont disposés pour délivrer un signal magnétique pseudo sinusoïdal dont la période spatiale est égale à X = 2.Lp, Lp étant la longueur de chaque pôle. Le système mécanique est équipé d'un capteur 4 de détection du champ magnétique périodique émis par le codeur 3, ledit capteur comprenant plusieurs éléments sensibles 5 qui sont intégrés dans un montage. Le capteur 4 est disposé à l'extérieur du carter en positionnant les éléments sensibles 5 à distance de détection du champ magnétique émis par le codeur 3 au travers de la paroi 2. Chaque élément sensible 5 comprend au moins un motif à base d'un matériau magnétorésistif, notamment à effet tunnel, dont la résistance varie en fonction du champ magnétique. De façon générale, la résistance R aux bornes de chacun des éléments sensibles 5 peut s'écrire : R = Ro + AR.sin (wt), Ro étant la résistance de base dudit élément et w la pulsation du champ magnétique émis par le codeur 3 en fonction du temps t. En particulier, la forte sensibilité magnétique des matériaux TMR permet de détecter le champ magnétique au travers de la paroi 2 non magnétique. De façon avantageuse, un élément sensible 5 peut comprendre un seul motif ou un groupe de motifs reliés en série. En particulier, comme décrit dans le document WO-2004/083881, chaque motif forme une jonction tunnel en comprenant un empilement d'une couche magnétique de référence, d'une couche de séparation et d'une couche magnétique sensible au champ à détecter, la résistance entre les couches magnétiques étant fonction de l'orientation relative de leur aimantation. Le capteur 4 comprend un dispositif de conditionnement de signaux représentatifs de la résistance des éléments sensibles 5 qui est agencé pour délivrer au moins un signal S représentatif du champ magnétique. En outre, le système mécanique comprend un dispositif de calcul pour déterminer au moins un paramètre de déplacement de l'organe mobile 1 en fonction d'au moins un signal S délivré par le dispositif de conditionnement. En particulier, le dispositif de conditionnement peut comprendre des moyens de mesure de signaux qui sont chacun représentatifs de la résistance d'un élément sensible 5, ainsi que des moyens de combinaison desdits signaux pour délivrer au moins un signal S représentatif du champ magnétique. Selon une réalisation, les éléments sensibles 5 peuvent être intégrés dans un montage en pont de Wheatstone qui est associé à un dispositif de conditionnement comprenant un comparateur des sorties dudit pont. Selon une autre réalisation, les éléments sensibles 5 peuvent être intégrés dans un montage en boucle de courant, le dispositif de conditionnement comprenant alors au moins un étage de comparateurs qui sont branchés aux bornes des éléments sensibles 5. En particulier, le document WO-2006/064169 décrit un dispositif de conditionnement agencé pour délivrer deux signaux respectivement SIN et COS en quadrature et de même amplitude qui sont chacun représentatifs du champ magnétique, lesdits signaux pouvant être utilisés par un dispositif de calcul du système pour déterminer le paramètre de déplacement de l'organe mobile 1. Le capteur 4 comprend en outre un dispositif de détermination de la température du codeur 3 en fonction de l'évolution de l'amplitude d'au moins un signal S représentatif du champ magnétique qui est délivré par le dispositif de conditionnement. Ainsi, avec le même montage d'éléments sensibles 5, il est possible de déterminer au moins un paramètre de déplacement ainsi qu'une température de fonctionnement. En particulier, cette détermination est avantageuse puisqu'elle est réalisée au plus près de l'organe mobile 1 et avec les mêmes éléments sensibles 5 que ceux permettant de déterminer son paramètre de déplacement, simplifiant ainsi l'intégration mécanique et limitant le coût. En outre, la détermination de la température à l'intérieur du carter est réalisée à distance du codeur 3 et au travers de la paroi 2 afin de ne pas nécessiter un perçage de celle-ci. Par ailleurs, le même courant permet d'alimenter les deux fonctions du capteur 4 et c'est un avantage des éléments sensibles 5 TMR de ne nécessiter qu'un faible courant électrique de polarisation pour leur fonctionnement. De plus, étant donnée la bonne sensibilité du capteur 4, il est possible de se passer d'amplificateur et d'avoir malgré tout une précision de l'ordre de 1 °C. Par conséquent, grâce aux propriétés des motifs à base d'un matériau magnétorésistif, on peut mesurer à la fois les variations de résistance qui sont représentatives du champ magnétique et les variations d'amplitude qui sont dépendantes de la température. En particulier, le dispositif de détermination de la température du codeur 3 peut comprendre des moyens de calibration de ladite température qui est ensuite déterminée par incrément / décrément en fonction des variations d'amplitude du signal S représentatif du champ magnétique. Ainsi, après disposition du capteur 4 à distance de détection du codeur 3, on peut calibrer la température, notamment pour tenir compte de la dépendance entre ladite distance de détection et l'amplitude du champ magnétique délivré. Dans un exemple de réalisation illustré sur la figure 2, le champ magnétique émis par le codeur 3 diminue lorsque la température augmente, l'amplitude de la sinusoïde S délivrée à une température T2 étant alors inférieure à l'amplitude de celle délivrée à une température inférieure Ti. En particulier, pour un codeur 3 comprenant une poudre de ferrite ou de terre rare magnétique dans un liant élastomérique, l'amplitude du champ magnétique émis peut suivre une loi de décroissance de type -a%/°C, a étant typiquement de l'ordre de 0,2 avec une ferrite. L'invention permet notamment de déterminer la température avec une sensibilité de l'ordre de -0,1%/°C, soit seulement 4 fois moins qu'une sonde platine PT100 classique mais environ 20 fois plus qu'un thermocouple.20 REVENDICATIONS1. Capteur (4) de détection d'un champ magnétique périodique émis par un codeur (3), ledit capteur comprenant plusieurs éléments sensibles (5) qui sont intégrés dans un montage, chaque élément sensible (5) comprenant au moins un motif à base d'un matériau magnétorésistif dont la résistance varie en fonction dudit champ magnétique, ledit capteur comprenant un dispositif de conditionnement de signaux représentatifs de la résistance des éléments sensibles (5) qui est agencé pour délivrer au moins un signal (S) représentatif dudit champ magnétique, ledit capteur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de détermination de la température du codeur (3) en fonction de l'évolution de l'amplitude d'au moins un signal (S) représentatif du champ magnétique qui est délivré par le dispositif de conditionnement. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau magnétorésistif est à effet tunnel. 3. Capteur (4) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments sensibles (5) comprennent un groupe de motifs reliés en série. 4. Capteur (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de conditionnement comprend des moyens de mesure de signaux qui sont chacun représentatifs de la résistance d'un élément sensible (5), ainsi que des moyens de combinaison desdits signaux pour délivrer au moins un signal (S) représentatif du champ magnétique. 5. Capteur (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments sensibles (5) sont intégrés dans un montage en pont de Wheatstone, le dispositif de conditionnement comprenant un comparateur des sorties dudit pont. 6. Capteur (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments sensibles (5) sont intégrés dans un montage en boucle decourant, le dispositif de conditionnement comprenant au moins un étage de comparateurs qui sont branchés aux bornes des éléments sensibles (5). 7. Capteur (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de conditionnement est agencé pour délivrer deux signaux (S) respectivement SIN et COS en quadrature et de même amplitude qui sont chacun représentatifs du champ magnétique. 8. Capteur (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de détermination de la température du codeur (3) comprend des moyens de calibration de ladite température. 9. Système mécanique comprenant un carter présentant au moins une paroi (2) non magnétique à l'intérieur de laquelle est disposé un codeur (3) apte à émettre un champ magnétique périodique, ledit système étant équipé d'un capteur (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, ledit capteur étant disposé à l'extérieur du carter en positionnant les éléments sensibles (5) à distance de détection du champ magnétique émis par le codeur (3) au travers de la paroi (2) afin que le dispositif de détermination de la température du codeur (3) puisse déterminer la température à l'intérieur du carter. 10. Système mécanique selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (1) monté mobile à l'intérieur du carter qui est fixe, le codeur (3) étant solidaire de l'organe mobile (1) de sorte à se déplacer conjointement avec lui en émettant un champ magnétique périodique qui est représentatif dudit déplacement, ledit système comprenant en outre un dispositif de calcul pour déterminer au moins un paramètre de déplacement de l'organe mobile (1) en fonction d'au moins un signal (S) délivré par le dispositif de conditionnement. 11. Système mécanique selon l'une des revendications revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le codeur (3) comprend une succession alternée de pôles magnétiques Nord et Sud.