Brevet FR3050536A1 — publié le 20171027

L'invention concerne un procédé de détermination de la vitesse de rotation d'une cage de rétention d'un palier à roulement comprenant un organe intérieur et un organe extérieur entre lesquels des corps roulants retenus par ladite cage sont disposés pour permettre la rotation relative desdits organes. L'invention concerne également une application d'un tel procédé de détermination à la détection d'un état de rotation d'un palier à roulement, ainsi qu'un palier à roulement comprenant un dispositif de détermination de la vitesse de rotation de la cage de rétention par mise en oeuvre d'un tel procédé. Dans certaines applications, il peut être souhaité de connaître la vitesse de rotation de la cage de rétention d'un palier à roulement, et par la même celle de la rangée de corps roulants retenus chacun dans une alvéole de ladite cage. En particulier, cette vitesse est reliée à plusieurs états de rotation du palier à roulement, tels que le glissement, l'angle de contact ou les efforts axiaux qui s'appliquent sur ledit palier, la connaissance d'au moins un de ces états permettant de surveiller le fonctionnement du palier, notamment à des fins de maintenance prédictive. La mesure directe de la vitesse de rotation d'une cage de rotation n'est pas simple puisque celle-ci se situe entre les organes, à l'intérieur du palier à roulement, rendant ainsi son accès difficile. Des techniques de mesure indirecte ont été proposées, sans toutefois donner entièrement satisfaction. L'invention vise à perfectionner l'art antérieur en proposant notamment un procédé de détermination de la vitesse de rotation d'une cage de rétention qui soit simple et précis, notamment relativement à la détermination d'au moins un état de rotation du palier à roulement comprenant ladite cage. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de détermination de la vitesse de rotation d'une cage de rétention d'un palier à roulement comprenant un organe intérieur et un organe extérieur entre lesquels des corps roulants retenus par ladite cage sont disposés pour permettre la 3050536 2 rotation relative desdits organes, au moins un desdits corps roulants présentant une aimantation rémanente et ledit procédé prévoyant de : - mesurer le champ magnétique induit par le passage successif des corps roulants lors de la rotation relative des organes, afin d'obtenir un signal 5 temporel périodique ; - faire une analyse harmonique dudit signal temporel pour obtenir un spectre représentatif de la fréquence de passage desdits corps roulants ; - déterminer ladite fréquence de passage des corps roulants et calculer la vitesse de rotation de la cage à partir de ladite fréquence de passage. 10 Selon un deuxième aspect, l'invention propose une application d'un tel procédé de détermination à la détection d'un état de rotation d'un palier à roulement comprenant un organe intérieur et un organe extérieur entre lesquels des corps roulants retenus par une cage sont disposés pour permettre la rotation relative 15 desdits organes. Selon un troisième aspect, l'invention propose un palier à roulement comprenant un organe intérieur et un organe extérieur entre lesquels des corps roulants retenus par une cage sont disposés pour permettre la rotation relative desdits 20 organes, au moins un desdits corps roulants présentant une aimantation rémanente, ledit palier comprenant un dispositif de détermination de la vitesse de rotation de la cage de rétention par mise en oeuvre d'un tel procédé de détermination, notamment pour une telle application. 25 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'une coupe longitudinale d'un palier à roulement selon l'invention ; - les figures 2a et 2b sont des tracés temps fréquence utilisés dans une 30 application de détection d'un état de rotation suivant l'invention, montrant respectivement une absence de glissement (figure 2a) et un glissement (figure 2b) du palier. 3050536 3 En relation avec la figure 1, on décrit ci-après un palier à roulement comprenant un organe intérieur 1 et un organe extérieur 2 entre lesquels des corps roulants 3 retenus par une cage 4 sont disposés pour permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe. Dans cette description, les termes de positionnement 5 dans l'espace sont pris en référence à l'axe de rotation du palier. En particulier, le terme « intérieur » est relatif à une disposition proche de cet axe et le terme « extérieur » est relatif à une disposition à distance de cet axe. La figure 1 représente un tel palier particulièrement adapté au guidage en rotation 10 d'une roue de véhicule automobile en la fixant à l'organe intérieur tournant 1, l'organe extérieur fixe 2 étant destiné à être solidarisé à un élément de suspension dudit véhicule. En particulier, chaque organe 1, 2 présente deux pistes de roulement espacées axialement de sorte à former entre lesdits organes deux chemins de roulement dans lesquels sont disposées respectivement une 15 rangée de corps roulants 3. Dans le mode de réalisation représenté, les corps roulants 3 se présentent sous la forme de billes qui sont maintenues sensiblement à équidistance dans une rangée par l'intermédiaire de respectivement une cage de rétention 4. Pour ce 20 faire, on connaît des cages 4 qui comprennent classiquement un corps annulaire, par exemple réalisé à base d'un matériau polymérique moulé, depuis lequel s'étendent des alvéoles dont la géométrie est adaptée pour retenir un corps roulant 3 en permettant sa rotation sur lui-même. En particulier, la cage de rétention 4 permet de maintenir les corps roulants 3 à équidistance dans une 25 rangée annulaire. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à un type spécifique d'utilisation ni à un mode de réalisation du palier, en particulier relativement à la géométrie des corps roulants 3, à la géométrie et/ou à la disposition relative des organes fixe 2 et 30 tournant 1, ainsi qu'à la géométrie de la cage de rétention 4. Le palier comprend un dispositif de détermination de la vitesse de rotation d'une cage de rétention 4, à savoir de la cage 4 de droite sur la figure 1. Pour ce faire 3050536 4 le dispositif met en oeuvre un procédé prévoyant qu'au moins un des corps roulants 3 présente une aimantation rémanente, c'est-à-dire une aimantation qui est présente même en l'absence de champ magnétique extérieur en étant ainsi source d'un champ magnétique constant. 5 En particulier, au moins un et notamment tous les corps roulants 3 sont réalisés à base de matériau ferromagnétique, notamment en acier. En outre, le procédé prévoit de pouvoir aimanter préalablement au moins certains corps roulants 3 afin d'augmenter ou de leur conférer une aimantation rémanente. 10 Lors de la rotation relative des organes 1, 2, la rangée de corps roulants 3 et donc la cage 4 présentent une vitesse de rotation propre qui, par rapport à un point fixe disposé en regard de la rangée de corps roulants 3, induit un passage successif desdits corps roulants à une fréquence donnée. Ainsi, du fait de 15 l'aimantation rémanente d'au moins un des corps roulant 2, un champ magnétique périodique est généré, le procédé de détermination prévoyant de le mesurer afin d'obtenir un signal temporel périodique. Pour ce faire, le dispositif de détermination peut utiliser un magnétomètre fixe 5 20 comprenant au moins un élément sensible qui est disposé en regard et à distance de détection de l'aimantation rémanente des corps roulants 3. En particulier, la figure 1 représente un magnétomètre 5 fixé à l'organe extérieur 2 pour être en regard axial de la rangée de corps roulants 3. 25 Selon une réalisation, le magnétomètre 5 comprend un montage de mesure intégrant au moins un élément magnétorésistif dont la résistance électrique varie en fonction du champ magnétique. Selon une réalisation, des éléments magnétorésistifs sont intégrés dans un montage de mesure en pont de Wheatstone. Selon une autre réalisation, des éléments magnétorésistifs sont 30 intégrés dans un montage de mesure en boucle de courant. Par ailleurs, un élément magnétorésistif peut comprendre une pluralité de motifs magnétorésistifs qui sont alignés, tel que décrit dans les documents FR-2 792 403, EP-2 602 593 ou EP-2 602 594. 3050536 5 En particulier, l'élément magnétorésistif comprend un empilement de deux couches magnétiques conductrices respectivement de référence et sensible entre lesquelles une couche de séparation est disposée afin que la résistance 5 électrique dudit empilement soit fonction de l'orientation relative de l'aimantation des couches de référence et sensible. De façon avantageuse relativement à la sensibilité de la détection, l'élément magnétorésistif peut être à effet tunnel en présentant une couche de séparation 10 qui est isolante, tel que décrit notamment dans le document WO-2004/083881. En variante, la couche de séparation peut être conductrice pour former un élément magnétorésistif de type GMR. En outre, le magnétomètre 5 comprend un circuit électronique agencé pour 15 exploiter les variations de la résistance électrique afin de délivrer un signal représentatif du champ magnétique à détecter. De façon avantageuse, pour améliorer la sensibilité, le procédé prévoit la possibilité de désaimanter préalablement au moins certaines parties ferromagnétiques du palier à roulement, notamment celles disposés à proximité des éléments sensibles du 20 magnétomètre 5. Le procédé de détermination prévoit ensuite de faire une analyse harmonique temporelle, notamment réalisée par transformée de Fourier, du signal temporel pour obtenir un spectre représentatif de la fréquence de passage des corps 25 roulants 3 et, au moyen de ce spectre, de déterminer ladite fréquence de passage desdits corps roulants. Ainsi, il est possible de calculer la vitesse de rotation de la cage 4 à partir de la fréquence de passage de corps roulants 3 puisque la fréquence de rotation de la cage 4 est égale à la fréquence de passage des corps roulants 3 divisée par le nombre de corps roulants 3 dans la rangée. 30 Selon une réalisation, la fréquence de passage des corps roulants 3 est déterminée par identification d'au moins une raie du spectre qui correspond à une harmonique de ladite fréquence de passage. 3050536 6 La mise en oeuvre du procédé de détermination décrit ci-dessus trouve plus particulièrement son application dans la détection d'un état de rotation d'un palier à roulement comprenant un organe intérieur 1 et un organe extérieur 2 entre 5 lesquels des corps roulants 3 retenus par une cage 4 sont disposés pour permettre la rotation relative desdits organes. En effet, la vitesse de rotation de la cage 4 est reliée à plusieurs états de rotation du palier à roulement, tels que le glissement, l'angle de contact ou les efforts 10 axiaux qui s'appliquent sur ledit palier, la connaissance d'au moins un de ces états permettant de surveiller le fonctionnement du palier, notamment à des fins de maintenance prédictive. Dans une application particulière, on peut prévoir une détermination de la vitesse 15 de rotation relative des organes 1, 2 et une surveillance du ratio entre ladite vitesse relative et la vitesse de rotation de la cage 4 pour en déduire au moins un état de rotation du palier. Selon une réalisation, lorsque l'organe tournant 1 présente une aimantation 20 rémanente, la vitesse de rotation relative des organes 1, 2 peut être déterminée par identification d'une raie d'ordre 1 et/ou d'au moins une harmonique de cette raie sur le spectre obtenu. En variante, la vitesse de rotation du palier peut être connue indépendamment du procédé de détermination de la vitesse de rotation de la cage 4. 25 En particulier, lorsque le ratio varie et/ou n'est pas conforme à un ratio théorique, l'application peut permettre la détection du glissement du palier. En relation avec la figure 2a, on voit que l'ordre, c'est-à-dire le ratio entre la fréquence de passage des corps roulants 3 et la fréquence de rotation de l'organe tournant 1 est égal à 30 11,9, le tracé O étant constant dans le temps à cette valeur qui correspond au ratio théorique de rotation sans glissement du palier considéré. 3050536 7 A contrario, sur la figure 2b le tracé O de l'ordre ne donne pas cette valeur, ce qui permet de détecter un fonctionnement du palier dans un état de glissement, qui plus est instable puisque l'ordre varie dans le temps entre 12 et 14. 5 Par ailleurs, éventuellement de façon complémentaire, lorsque la vitesse de rotation de la cage 4 est sensiblement constante, on peut calculer au moins un état de roulement parmi l'angle de contact des corps roulants 3 entre les organes 1, 2 et des efforts axiaux s'appliquant sur le palier. En effet, de façon théorique, le ratio entre la fréquence de rotation de la cage 4 et celle de l'organe tournant 1 10 est fonction de l'angle de contact, qui lui-même est fonction des efforts axiaux qui s'appliquent sur le palier. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la vitesse de rotation d'une cage de rétention (4) d'un palier à roulement comprenant un organe intérieur (1) et un organe extérieur (2) entre lesquels des corps roulants (3) retenus par ladite cage sont disposés pour permettre la rotation relative desdits organes, au moins un desdits corps roulants présentant une aimantation rémanente et ledit procédé prévoyant de : - mesurer le champ magnétique induit par le passage successif des corps roulants (3) lors de la rotation relative des organes (1, 2), afin d'obtenir un signal temporel périodique ; - faire une analyse harmonique dudit signal temporel pour obtenir un spectre représentatif de la fréquence de passage desdits corps roulants ; - déterminer ladite fréquence de passage des corps roulants (3) et calculer la vitesse de rotation de la cage (4) à partir de ladite fréquence de passage. 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de passage des corps roulants (3) est déterminée par identification d'au moins une raie du spectre qui correspond à une harmonique de ladite fréquence de passage. 3. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'analyse harmonique est réalisée par transformée de Fourier du signal temporel. 4. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mesure du champ magnétique est réalisée au moyen d'un magnétomètre fixe (5) comprenant au moins un élément sensible qui est disposé en regard et à distance de détection de l'aimantation rémanente des corps roulants (3). 3050536 9 5. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il prévoit d'aimanter préalablement au moins certains corps roulants (3) afin d'augmenter ou de leur conférer une aimantation rémanente. 5 6. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il prévoit de désaimanter préalablement au moins certaines parties ferromagnétiques du palier à roulement. 7. Application d'un procédé de détermination selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 6 à la détection d'un état de rotation d'un palier à roulement comprenant un organe intérieur (1) et un organe extérieur (2) entre lesquels des corps roulants (3) retenus par une cage (4) sont disposés pour permettre la rotation relative desdits organes. 15 8. Application selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle prévoit une détermination de la vitesse de rotation relative des organes (1, 2) et une surveillance du ratio entre ladite vitesse relative et la vitesse de rotation de la cage (4) pour en déduire au moins un état de rotation du palier. 20 9. Application selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle prévoit : - lorsque le ratio varie et/ou n'est pas conforme à un ratio théorique, la détection du glissement du palier : et/ou - lorsque la vitesse de rotation de la cage (4) est sensiblement constante, de calculer au moins un état de roulement parmi l'angle de contact des 25 corps roulants (3) entre les organes (1, 2) et des efforts axiaux s'appliquant sur le palier. 10. Application selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que, lorsque l'organe tournant (1) présente une aimantation rémanente, la vitesse de 30 rotation relative des organes (1, 2) est déterminée par identification d'une raie d'ordre 1 et/ou d'au moins une harmonique de cette raie sur le spectre obtenu. 3050536 10 11. Palier à roulement comprenant un organe intérieur (1) et un organe extérieur (2) entre lesquels des corps roulants (3) retenus par une cage (4) sont disposés pour permettre la rotation relative desdits organes, au moins un desdits corps roulants présentant une aimantation rémanente, ledit palier comprenant un 5 dispositif de détermination de la vitesse de rotation de la cage de rétention (4) par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, notamment pour une application selon l'une quelconque des revendications 7 à 10. 10 12. Palier à roulement selon la revendication 11, caractérisé en ce que les corps roulants (3) sont réalisés à base de matériau ferromagnétique, notamment en acier. 13. Palier à roulement selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en 15 ce que le dispositif de détermination utilise un magnétomètre (5) comprenant un montage de mesure intégrant au moins un élément magnétorésistif dont la résistance électrique varie en fonction du champ magnétique, ledit élément magnétorésistif comprenant un empilement de deux couches magnétiques conductrices respectivement de référence et sensible entre lesquelles une 20 couche de séparation est disposée afin que la résistance électrique dudit empilement soit fonction de l'orientation relative de l'aimantation des couches de référence et sensible, ledit magnétomètre comprenant un circuit électronique agencé pour exploiter les variations de ladite résistance électrique afin de délivrer un signal représentatif du champ magnétique à détecter. 25 14. Palier à roulement selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'élément magnétorésistif est à effet tunnel.