Brevet FR3078775A1 — publié le 20190913

L'invention concerne un système de détermination d'au moins un paramètre de rotation d'un organe tournant, ledit système comprenant un codeur émettant un signal magnétique périodique ainsi qu'un capteur de rotation apte à détecter ledit champ magnétique. Dans de nombreuses applications, on souhaite connaître en temps réel et avec une qualité optimale au moins un paramètre de rotation d'un organe tournant, 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 sur lequel est formée une piste magnétique qui est apte à émettre un champ magnétique pseudo sinusoïdal à distance de lecture d'un capteur comprenant plusieurs éléments sensibles. De façon avantageuse, chaque élément sensible peut comprendre au moins un motif à base d'un matériau magnétorésistif à effet tunnel (TMR en anglais pour Tunnel Magneto Resistance) dont la résistance varie en fonction du champ magnétique détecté, tel que par exemple décrit dans le document WO-2004/083881. 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 quadrature et de même amplitude qui peuvent être utilisés pour calculer ledit paramètre. En outre, cette solution prévoit une soustraction deux à deux de quatre signaux, afin d'obtenir deux signaux en quadrature qui sont exempts de bruit commun. En particulier, le codeur comprend une succession alternée de pôles Nord et Sud 7rR définissant une largeur polaire Lp= -Npp constante le long du rayon R de lecture pour un nombre Npp de paires de pôles donné, les éléments sensibles étant équirépartis d'une distance L22 pour pouvoir délivrer les signaux en quadrature. 2 Dans certaines applications, le codeur doit présenter un faible nombre de paires de pôles, typiquement inférieur à 6, de sorte que sa largeur polaire Lp devient importante, notamment de l'ordre de la dizaine de millimètres. 5 Toutefois, ces pôles larges délivrent un signal magnétique dont la sinusoïdalité est mauvaise à faible entrefer de lecture, nécessitant un éloignement des éléments sensibles de la piste magnétique, ce qui va à l'encontre de l'amplitude dudit signal et donc de sa bonne détection par les éléments sensibles. 10 De plus, des pôles larges nécessitent une épaisseur du codeur elle-aussi plus importante afin de conserver la sinusoïdalité et l'amplitude du signal magnétique. Ceci n'est pas favorable à l'intégration du codeur dans des dimensions réduites et complexifie le procédé d'aimantation car une plus grande épaisseur doit être 15 saturée magnétiquement. On connaît par ailleurs, notamment du document DE-103 09 027, des codeurs dont les transitions magnétiques entre les pôles Nord et Sud s'étendent suivant une spirale d'Archimède, chacune desdites spirales étant répartie sur ledit codeur 20 par rotation successive d'un angle Nirpp. L'avantage de ce type de codeur est que la largeur polaire Lp de chacun des pôles suivant le rayon dudit codeur devient indépendante du nombre Npp de paires de pôles, pouvant ainsi concilier un faible nombre de pôles avec un 25 positionnement adéquat des éléments sensibles relativement à la sinusoïdalité et à l'amplitude du signal magnétique à détecter. Toutefois, l'art antérieur propose un positionnement des éléments sensibles suivant le rayon d'un tel codeur, ce qui pose un certain nombre de problèmes. 30 En particulier, pour satisfaire au compromis entre sinusoïdalité et amplitude, les éléments sensibles sont disposés à une distance d'entrefer de la piste 3 magnétique qui est de l'ordre de 122 . Ainsi, notamment pour ne pas risquer une interaction mécanique entre le capteur fixe et le codeur tournant, la largeur polaire Lp doit être typiquement comprise entre 2 et 6 mm. 5 Or, pour éviter les effets de bords du champ magnétique délivré par le codeur, les éléments sensibles doivent être positionnés par rapport à la piste magnétique avec au moins une paire de pôles de chaque côté dans la direction radiale, soit deux Lp de chaque côté en plus de l'encombrement radial nécessaire à la disposition des éléments sensibles. 10 Il en résulte que le codeur doit présenter une hauteur importante, notamment supérieure à 6.Lp, hauteur qui peut ne pas être disponible dans certaines intégrations. 15 Par ailleurs, le champ magnétique généré par un codeur spirale sur une paire de pôles magnétiques est la combinaison d'une fondamentale par définition parfaitement sinusoïdale et de plusieurs harmoniques de rang impair, dont l'harmonique de rang 3 qui représente typiquement 5% de la fondamentale. Selon la position du capteur et l'entrefer de lecture, cette proportion de 20 l'harmonique de rang 3 peut être très supérieure. Pour obtenir une détermination précise du paramètre de rotation, on souhaite mesurer le signal filtré d'au moins l'harmonique de rang 3. Toutefois, toute compensation fixe de l'erreur apportée par les harmoniques est difficile à réaliser, 25 notamment en ce qu'elle dépend des conditions de mesure (entrefer, position du capteur). Par ailleurs, une calibration est également difficilement envisageable pour une application en grand volume et bas coût. L'invention vise à résoudre les problèmes de l'art antérieur en proposant 30 notamment un système de détermination d'au moins un paramètre de rotation d'un organe tournant, dans lequel la précision de la détermination est améliorée. En outre, le système selon l'invention permet un compromis entre la périodicité 4 et l'amplitude du signal magnétique détecté sans induire de contrainte d'encombrement spécifique pour le codeur délivrant ledit signal, et ce en particulier en relation avec un codeur magnétique à faible nombre de paires de pôles. 5 A cet effet, l'invention propose un système de détermination d'au moins un paramètre de rotation d'un organe tournant, ledit système comprenant : un codeur destiné à être associé en rotation à l'organe tournant de sorte à se déplacer conjointement avec lui, ledit codeur comprenant un corps 10 sur lequel est formée une piste magnétique qui est apte à émettre un signal magnétique périodique représentatif de la rotation dudit codeur, ladite piste présentant une alternance de pôles magnétiques Nord et Sud séparés par i transitions, chacune desdites transitions s'étendant suivant une spirale d'Archimède définie en coordonnées polaires par rapport à 15 l'axe de rotation par l'équation p - Npp.Lp.(0 +0i), Npp étant le nombre de paires de pôles de la piste magnétique et Lp la largeur polaire de chacun des pôles suivant le rayon dudit codeur, l'angle Oi de rotation de la ième spirale par rapport à la première spirale étant égal àNpp .i avec i compris entre 0 et 2.Npp-1 ; 20 un capteur de rotation apte à détecter le champ magnétique périodique émis par ledit codeur au moyen de plusieurs éléments sensibles magnétiques, répartis angulairement le long de la piste magnétique pour délivrer chacun un signal représentatif de la rotation du codeur, ledit capteur comprenant en outre un dispositif de soustraction des signaux 25 délivrés par deux éléments sensibles formant entre eux un angle y qui est tel que : 0,55n sin (91 2 92) 20 - 2 Par conséquent, le filtrage de l'harmonique de rang 3 est satisfaisante pour un angle y qui est tel que : 0,55n REVENDICATIONS1. Système de détermination d'au moins un paramètre de rotation d'un organe tournant, ledit système comprenant : un codeur (1) destiné à être associé en rotation à l'organe tournant de sorte à se déplacer conjointement avec lui, ledit codeur comprenant un corps sur lequel est formée une piste magnétique (2) qui est apte à émettre un signal magnétique périodique représentatif de la rotation dudit codeur, ladite piste présentant une alternance de pôles magnétiques Nord et Sud séparés par i transitions (3), chacune desdites transitions s'étendant suivant une spirale d'Archimède définie en coordonnées polaires par rapport à l'axe de rotation par l'équation p - Npirp.Lp.(0 +00, Npp étant le nombre de paires de pôles de la piste magnétique (2) et Lp la largeur polaire de chacun des pôles suivant le rayon dudit codeur, l'angle Oi de rotation de la ième spirale par rapport à la première spirale étant égal àNpp.i avec i compris entre 0 et 2.Npp-1 ; un capteur de rotation apte à détecter le champ magnétique périodique émis par ledit codeur au moyen de plusieurs éléments sensibles magnétiques (4a, 4b) ; ledit système étant caractérisé en ce que les éléments sensibles (4a, 4b) sont répartis angulairement le long de la piste magnétique (2) pour délivrer chacun un signal représentatif de la rotation du codeur (1), ledit capteur comprenant en outre un dispositif de soustraction des signaux (Vi, V2) délivrés par deux éléments sensibles (4a, 4b) formant entre eux un angle y qui est tel que : 0,55n 3. Système de détermination selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur comprend deux groupes de deux éléments sensibles (4a, 4b) formant entre eux un angle y, et un dispositif de soustraction des signaux des éléments sensibles (4a, 4b) de chacun desdits groupes, lesdits groupes étant 5 décalés angulairement d'un angle a qui est agencé pour que les signaux (SIN, COS) délivrés par lesdits groupes soient en quadrature. 4. Système de détermination selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle a formé entre les deux groupes d'éléments sensibles (4a, 4b) est égal à 10 modulo R n 2Npp Npp. 5. Système de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments sensibles (4a, 4b) sont répartis angulairement suivant un rayon R de la piste magnétique (2). 15 6. Système de détermination selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments sensibles (4a, 4b) sont répartis angulairement suivant le rayon R médian de la piste magnétique (2). 20 7. Système de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le codeur (1) présente une hauteur qui est inférieure à 6.Lp. 8. Système de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments sensibles (4a, 4b) sont disposés à une 25 distance d'entrefer de lecture de la piste magnétique (2) qui est de l'ordre de ii; . 9. Système de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le nombre Npp de paires de pôles du codeur (1) est inférieur à 6. 30 14 10. Système de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la largeur polaire Lp du codeur (1) est comprise entre 2 et 6 mm. 5