FR2676277A1

FR2676277A1 - Device for determining the position or measuring the speed of a body which is at least partially ferromagnetic

Info

Publication number: FR2676277A1
Application number: FR9205578A
Authority: FR
Inventors: Seitz Thomas
Original assignee: Landis and Gyr Betriebs AG
Current assignee: Electrowatt Technology Innovation AG
Priority date: 1991-05-08
Filing date: 1992-05-06
Publication date: 1992-11-13
Also published as: CH682110A5

Abstract

The device makes it possible to determine the position or measure the speed, even low speeds including zero speed, of a body (1) which is at least partially ferromagnetic, and has teeth (2). The device consists of a magnetic core (4) in the shape of an E, having branches (6; 7; 8), a yoke (5), magnetic flux generators (11; 12) and magnetic field detectors (9; 10). The distance (a) between two neighbouring branches (6; 7 or 7; 8) is chosen so that they enclose more than one tooth (2) and the consecutive groove (3). This configuration allows a large distance between the magnetic field detectors (9; 10) and the moving body (1). This large distance is essential for the heat dissipation measurements necessary for a body (1) moving at high temperatures. The device makes it possible to use temperature-sensitive semiconductors, for example Hall probes (Hall-effect detectors), even if the body, for example the gear (toothed) wheel (1) during braking in an antilock braking system, is heated to a temperature of several hundred degrees C. … …

Description

Dispositif pour déterminer la position ou mesurer la vitesse d'un corps auDevice for determining the position or measuring the speed of a body at

moins partiellement ferromagnétique La présente invention concerne un dispositif pour déterminer la position ou mesurer la vitesse d'un corps mobile au moins partiellement ferromagnétique qui présente des dents disposés à égale distance dans un plan, le dispositif comprenant deux circuits de mesure magnétiques symétriques, qui sont constitués par un noyau magnétique en forme de E, au moins un générateur de flux magnétique et deux détecteurs de champ magnétique, le noyau présentant deux branches extérieures, une branche centrale et une culasse et les trois faces polaires du noyau The present invention relates to a device for determining the position or measuring the speed of an at least partially ferromagnetic moving body which has teeth arranged at equal distance in a plane, the device comprising two symmetrical magnetic measuring circuits, which are consisting of an E-shaped magnetic core, at least one magnetic flux generator and two magnetic field detectors, the core having two outer branches, a central branch and a yoke and the three polar faces of the core

étant disposées en face des dents du corps mobile. being arranged opposite the teeth of the movable body.

De tels dispositifs sont avantageusement utilisés dans des mo- Such devices are advantageously used in mo-

teurs, des entraînements, des transmissions ou dans des systèmes de teurs, drives, transmissions or in systems of

freinage de véhicules, pour mesurer les vitesses en mesurant la vi- vehicle braking, to measure speeds by measuring speed

tesse de rotation d'un élément corporel rotatif, par exemple d'une roue dentée Dans certaines applications, par exemple dans des systèmes de freinage à antiblocage de véhicules, il est nécessaire de mesurer des tesse of rotation of a rotating body element, for example of a toothed wheel In certain applications, for example in anti-lock braking systems of vehicles, it is necessary to measure

vitesses décroissantes, jusqu'et y compris une vitesse nulle. decreasing speeds, up to and including zero speed.

On a déjà proposé un dispositif du type mentionné en introduc- A device of the type mentioned in the introduction has already been proposed.

tion (demande de brevet suisse n' 01572/90-2), dans lequel deux flux magnétiques peuvent être modifiés d'une manière complémentaire par le tion (Swiss Patent Application No. 01572 / 90-2), in which two magnetic fluxes can be modified in a complementary way by the

corps mobile Comme détecteur pour les deux flux, on utilise une bo- movable body As a detector for the two flows, a bo-

bine de mesure respective qui, du fait de la solution proposée, est disposée relativement près du corps mobile Si l'on doit utiliser des respective measuring cell which, because of the proposed solution, is placed relatively close to the movable body If it is necessary to use

composants semi-conducteurs au lieu de bobines de mesure comme dé- semiconductor components instead of measuring coils as a

tecteurs de champ magnétique, cela pose des problèmes, attendu que magnetic field sensors, this poses problems, since

des températures pouvant atteindre 500 *C apparaissent lors du frei- temperatures up to 500 * C appear during cooling

nage et qu'on ne peut utiliser des composants semi-conducteurs que jusqu'à une température d'environ 150 C. La présente invention a pour but d'améliorer un dispositif du type mentionné en introduction pour déterminer la position ou mesurer swimming and that semiconductor components can only be used up to a temperature of approximately 150 C. The object of the present invention is to improve a device of the type mentioned in the introduction for determining the position or measuring

la vitesse, y compris la vitesse nulle, d'un corps au moins partiel- the speed, including zero speed, of an at least partial body-

lement ferromagnétique, de façon à pouvoir utiliser pour la mesure du flux magnétique des détecteurs sensibles à la température, tels que des semi-conducteurs, même si la température du corps déplacé, comme ferromagnetic, so that temperature sensitive detectors such as semiconductors can be used for the measurement of magnetic flux, even if the temperature of the displaced body, such as

par exemple lors du freinage, est élevée. for example when braking, is high.

Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que, dans une po- According to the invention, this object is achieved by the fact that, in a po-

sition prédéterminée du corps, une première branche extérieure est predetermined position of the body, a first external branch is

disposée au-dessus d'une première dent, la branche centrale est dis- arranged above a first tooth, the central branch is dis-

posée au-dessus de la deuxième dent voisine de la première dent, et la seconde branche extérieure est disposée au-dessus de la rainure consécutive de la troisième dent voisine de la deuxième dent. Selon des caractéristiques supplémentaires avantageuses de placed above the second tooth adjacent to the first tooth, and the second outer branch is disposed above the consecutive groove of the third tooth adjacent to the second tooth. According to advantageous additional characteristics of

l'invention: les générateurs de flux magnétique sont des aimants per- the invention: magnetic flux generators are magnets

manents; les détecteurs de champ magnétique sont disposés, chacun dans une des deux branches extérieures ou chacun dans la moitié de la culasse voisine de la branche, le plus loin possible du corps mobile; un générateur de flux magnétique respectif est disposé dans chacune des branches extérieures du noyau, à l'extrémité faisant face au corps mobile; enfin, selon une dernière caractéristique supplémentaire, les détecteurs de champ magnétique sont des détecteurs à effet Hall en manents; the magnetic field detectors are arranged, each in one of the two outer branches or each in half of the yoke adjacent to the branch, as far as possible from the movable body; a respective magnetic flux generator is arranged in each of the outer branches of the core, at the end facing the movable body; finally, according to a final additional characteristic, the magnetic field detectors are Hall effect detectors in

montage différentiel.differential mounting.

L'exposé qui suit décrit plus en détail un exemple de réalisation de l'invention à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: The following description describes in more detail an exemplary embodiment of the invention with the aid of the appended drawings, in which:

la figure 1 est une représentation de principe d'un dispositif se- Figure 1 is a principle representation of a device se-

lon l'invention, la figure 2 est une représentation de principe d'un dispositif connu. La figure 1 représente la structure et le mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention par une détermination de position ou mesure de vitesse d'une roue dentée 1, qui tourne autour d'un axe de rotation et constitue le corps mobile Au moins une partie du corps mobile, pour la roue dentée 1 de préférence ses dents 2 et une partie lon the invention, Figure 2 is a principle representation of a known device. FIG. 1 represents the structure and the mode of operation of the device according to the invention by determining the position or measuring the speed of a toothed wheel 1, which rotates around an axis of rotation and constitutes the movable body At least one part of the movable body, for the gear 1 preferably its teeth 2 and a part

limitrophe de son moyeu, est constituée de matériau ferromagnétique. bordering its hub, is made of ferromagnetic material.

Pour la clarté du dessin, on n'a représenté que cinq dents 2 de la roue dentée 1 Pour la même raison, on a supposé sur la figure 1 For the sake of clarity, only five teeth 2 of the toothed wheel 1 have been shown. For the same reason, it has been assumed in FIG. 1

que le diamètre de la roue dentée 1 est nettement supérieur à la di- that the diameter of the toothed wheel 1 is significantly greater than the di-

mension des autres parties du dispositif représenté, de sorte que, dans la région représentée, la direction de déplacement tangentielle des dents 2 peut être supposée, par approximation, linéaire Les dents 2 de la roue dentée 1 y présentent donc une vitesse linéaire v Le mension of the other parts of the device shown, so that, in the region shown, the direction of tangential displacement of the teeth 2 can be assumed, by approximation, linear The teeth 2 of the toothed wheel 1 therefore have a linear speed v Le

rapport de la largeur Iz d'une dent 2 et de la largeur In d'une rai- ratio of the width Iz of a tooth 2 and the width In of a radius

nure 3 chaque fois présente entre deux dents 2 voisines, est de préfé- nure 3 each time between two neighboring teeth 2, is preferably

rence égal à un.rence equal to one.

Le dispositif est constitué d'un noyau 4 en forme de E, avec une The device consists of an E-shaped core 4, with a

culasse 5 constituée de deux moitiés de culasse 5 a et 5 b de même lon- cylinder head 5 consisting of two cylinder head halves 5 a and 5 b of the same length

gueur, et avec trois branches parallèles 6,7,8, dont les extrémités libres sont disposées en face des dents 2 de la roue dentée 1 Dans une position prédéterminée de la roue dentée, une première branche extérieure 6 se trouve de préférence extérieurement à fleur au-dessus d'une première dent 2 a La branche centrale 7 se trouve au-dessus de gueur, and with three parallel branches 6,7,8, the free ends of which are arranged opposite the teeth 2 of the toothed wheel 1 In a predetermined position of the toothed wheel, a first external branch 6 is preferably externally flush above a first tooth 2 a The central branch 7 is located above

la deuxième dent 2 b voisine de la première dent 2 a, et ce de préfé- the second tooth 2 b next to the first tooth 2 a, and this preferably

rence, afin d'obtenir une grande course de signal de détection, avec son flanc opposé à la branche 6 à fleur du flanc de la deuxième dent rence, in order to obtain a large detection signal stroke, with its flank opposite the branch 6 flush with the flank of the second tooth

2 b qui est le plus éloigné de la branche 6 La seconde branche exté- 2 b which is furthest from branch 6 The second outer branch

rieure 8 se trouve au-dessus de la rainure 3 consécutive de la troi- 8 is located above the 3 consecutive groove of the third

sième dent 2 c voisine de la deuxième dent 2 b, et ce de préférence au- sth tooth 2 c next to second tooth 2 b, preferably at-

dessus du milieu de la rainure 3 Un détecteur de champ magnétique respectif 9,10 est disposé à l'extrémité des deux branches extérieures 6, 8 tournée vers la culasse 5 ou dans les moitiés de culasse 5 a,5 b, le above the middle of the groove 3 A respective magnetic field detector 9, 10 is arranged at the end of the two outer branches 6, 8 facing the cylinder head 5 or in the cylinder head halves 5 a, 5 b, the

plus loin possible de la roue dentée 1 Un générateur de flux magné- as far as possible from the toothed wheel 1 A magnetic flux generator

tique respectif 11,12, polarisé parallèlement à l'axe longitudinal des branches 6,8, est disposé à l'autre extrémité des branches extérieures 6,8, tournée vers la roue dentée 1 Alternativement, on pourrait aussi respective tick 11,12, polarized parallel to the longitudinal axis of the branches 6,8, is arranged at the other end of the outer branches 6,8, facing the toothed wheel 1 Alternatively, one could also

disposer un seul générateur de flux magnétique sur la branche cen- have only one magnetic flux generator on the central branch

trale 7 Comme générateurs de flux magnétique 11,12, on utilise par trale 7 As magnetic flux generators 11,12, we use by

exemple, selon le mode de fonctionnement des détecteurs de champ ma- example, depending on the operating mode of the field field detectors

gnétique 9,10 utilisés, un bobine excitée en courant continu ou alter- 9.10 gnetics used, a coil excited in direct current or alternating

natif, ou un aimant permanent La réalisation des générateurs de flux magnétique 11,12 sous forme d'aimants permanents permet un mode de construction fiable et peu encombrant Les branches 6,7,8 du noyau 4 se terminent, vers la roue dentée 1, par une face polaire respective 13,14, 15 Les raccords électriques des détecteurs de champ magnétique native, or a permanent magnet The realization of the magnetic flux generators 11,12 in the form of permanent magnets allows a reliable and space-saving construction method The branches 6, 7, 8, 8 of the core 4 end, towards the toothed wheel 1, by a respective pole face 13,14, 15 The electrical connections of the magnetic field detectors

9,10 pour l'alimentation électrique, de même que ceux pour le prélève- 9.10 for the power supply, as well as those for the sampler

ment des signaux, ne sont pas représentés sur la figure. signals, are not shown in the figure.

La branche extérieure 6 constitue, conjointement avec le généra- The external branch 6 constitutes, jointly with the general-

teur de flux magnétique 11, le détecteur de champ magnétique 9, la moitié de culasse 5 a et la branche centrale 7, un premier circuit de magnetic flux detector 11, the magnetic field detector 9, the half of yoke 5 a and the central branch 7, a first circuit of

mesure magnétique traversé par un flux magnétique 01, avec une dis- magnetic measurement crossed by a magnetic flux 01, with a dis-

continuité entre les deux faces polaires voisines 13, 14 Un second cir- continuity between the two adjacent polar faces 13, 14 A second cir-

cuit de mesure magnétique, avec un flux magnétique D 2 et de structure symétrique à celle du premier circuit de mesure, est formé par la branche extérieure 8, le générateur de flux magnétique 12, le détecteur de champ magnétique 10, la moitié de culasse 5 b, la branche centrale 7 et la discontinuité présente entre les deux faces polaires voisines 14, 15 En l'absence de la roue dentée 1, les deux flux magnétiques kî et " 2 sont de même grandeur Lorsque la roue dentée 1 est mise en place, la discontinuité minimale présente dans un des deux circuits de mesure magnétiques est égale au double de la distance d entre le noyau 4 et la roue dentée 1 Dans la situation représentée, le flux 4 i 1 est donc magnetic measurement circuit, with a magnetic flux D 2 and of structure symmetrical to that of the first measurement circuit, is formed by the external branch 8, the magnetic flux generator 12, the magnetic field detector 10, the half of the yoke 5 b, the central branch 7 and the discontinuity present between the two adjacent pole faces 14, 15 In the absence of the toothed wheel 1, the two magnetic fluxes ki and "2 are of the same size When the toothed wheel 1 is put in place , the minimum discontinuity present in one of the two magnetic measurement circuits is equal to twice the distance d between the core 4 and the toothed wheel 1 In the situation shown, the flux 4 i 1 is therefore

maximal, tandis que dans l'autre circuit de mesure, o agit la dis- maximum, while in the other measurement circuit, where the

continuité maximale possible, le flux ( 2 est minimal Lorsque la roue dentée 1 est mise en mouvement, les discontinuités actives dans les deux circuits de mesure se modifient de manière complémentaire On obtient ainsi, dans les deux circuits de mesure, une modification de flux synchrone du mouvement de la roue dentée Les flux magnétiques (Dl, X 2 sont détectés par les détecteurs de champ magnétique 9, 10 On évalue avantageusement la différence des deux flux Pour une vitesse de rotation constante de la roue dentée 1, on obtient une différence de flux périodique, dont la fréquence est égale à la fréquence des dents 2 maximum possible continuity, the flow (2 is minimal When the toothed wheel 1 is set in motion, the discontinuities active in the two measurement circuits are modified in a complementary manner We thus obtain, in the two measurement circuits, a modification of synchronous flow of the movement of the toothed wheel The magnetic fluxes (Dl, X 2 are detected by the magnetic field detectors 9, 10 The difference between the two fluxes is advantageously evaluated For a constant speed of rotation of the toothed wheel 1, we obtain a difference of periodic flow, the frequency of which is equal to the frequency of the teeth 2

déplacées devant le noyau 4.moved in front of the nucleus 4.

Les deux détecteurs de champ magnétique 9,10 sont avantageuse- The two magnetic field detectors 9.10 are advantageous-

ment disposés, chacun dans une des deux branches extérieures 6,8 ou mentally arranged, each in one of the two outer branches 6,8 or

chacun dans la moitié 5 a,5 b de la culasse 5 voisine de la branche exté- each in the half 5 a, 5 b of the breech 5 next to the outer branch

rieure 6,8, le plus loin possible de la roue dentée 1 Comme on 6.8, as far as possible from the gear 1 As we

l'explique ci-après, cela n'est pas possible avec le dispositif connu se- explains it below, this is not possible with the known device se-

lon la figure 2.in Figure 2.

Etant supposées une même largeur de dent lz, une même largeur Assuming the same tooth width lz, the same width

de rainure In et une même largeur ls des branches 6 à 8 dans la di- of groove In and the same width ls of the branches 6 to 8 in the di-

rection de déplacement de la roue dentée 1, l'écartement ai des rection of movement of the toothed wheel 1, the spacing ai of

branches dans le dispositif selon la figure 1 est plusieurs fois supé- branches in the device according to Figure 1 is several times higher

rieur à l'écartement a 2 des branches dans le dispositif selon la figure 2 Si le rapport de la largeur de dent hz à la largeur de branche 1 s est par exemple égal à trois, on obtient, pour le dispositif selon l'invention, un écartement ai des branches égal à sept fois celui du dispositif connu On peut ainsi obtenir une grande distance, nécessaire pour une dissipation suffisante de chaleur, entre la roue dentée 1, qui laughing at the spacing a 2 of the branches in the device according to FIG. 2 If the ratio of the tooth width hz to the branch width 1 s is for example equal to three, the device according to the invention is obtained, a spacing ai of the branches equal to seven times that of the known device It is thus possible to obtain a great distance, necessary for sufficient heat dissipation, between the toothed wheel 1, which

est dans certaines circonstances fortement échauffée lors de son dé- is in certain circumstances strongly heated during its

placement, et les détecteurs de flux magnétique 9,10 sensibles à la chaleur, sans qu'apparaisse un flux de dispersion notable entre deux branches en vis-à-vis 6,7 ou 7,8. Dans la solution selon la figure 2, si les branches sont prolongées à un multiple de la période lz+ln des dents afin de permettre la dissi- pation de chaleur nécessaire, on obtient, du fait de l'écartement az placement, and the magnetic flux detectors 9,10 sensitive to heat, without the appearance of a notable dispersion flux between two branches opposite 6,7 or 7,8. In the solution according to FIG. 2, if the branches are extended to a multiple of the period lz + ln of the teeth in order to allow the necessary heat dissipation, this is obtained, because of the spacing az

relativement faible des branches, un flux de dispersion important et la différence des flux 01, 2 n'est plus significative. relatively small of the branches, a large dispersion flow and the difference in the flows 01, 2 is no longer significant.

Claims

1 Device for determining position or measuring speed

a movable body (1) at least partially ferromagnetic which pre-

teeth (2) arranged at equal distance in a plane, the provision

sitive comprising two symmetrical magnetic measurement circuits, which consist of an E-shaped magnetic core (4), at least one magnetic flux generator (11; 12) and two detectors

magnetic field (9; 10), the core (4) having two external branches

laughing (6; 8), a central branch (7) and a yoke (5) and the three polar faces (13 to 15) of the core (4) being arranged opposite the teeth (2) of the movable body (1), characterized in that, in a predetermined position of the body (1), a first external branch (6) is arranged above a first tooth (2 a), the central branch (7) is arranged above the second tooth (2 b) adjacent to the first tooth (2 a), and the second outer branch (8) is disposed above the groove (3) consecutive to the third tooth (2 c) adjacent to the

second tooth (2b).

2 Device according to claim 1, characterized in that the

magnetic flux generators (11; 12) are permanent magnets.

3 Device according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic field detectors (9; 10) are arranged, each in one of the two outer branches (6; 8) or each in half (5 a; b) of the cylinder head (5) adjacent to the branch (6; 8), as far as possible

of the movable body (1).

4 Device according to any one of claims 1 to 3, ca-

characterized in that a respective magnetic flux generator (11; 12) is arranged in each of the outer branches (6; 7) of the core

(4), at the end facing the movable body (1).

Device according to any one of the preceding claims.

teeth, characterized in that the magnetic field detectors (9;

) are Hall effect detectors in differential mounting.