FR2935045A1

FR2935045A1 - Codeur multipolaire pour capteurs de position, et dispositif de detection comprenant un tel codeur associe a au moins un capteur de position

Info

Publication number: FR2935045A1
Application number: FR0855547A
Authority: FR
Inventors: Jerome Corona
Original assignee: Electricfil Automotive SAS
Current assignee: EFI Automotive SA
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-02-19
Anticipated expiration: 2028-08-12
Also published as: FR2935045B1; US20130187640A1; WO2010018336A2; KR20110055618A; WO2010018336A3; EP2313746A2

Abstract

Codeur pour capteur de position, du type comportant un anneau magnétique multipolaire (2) pourvu, sur sa circonférence, de pôles avec des polarités de signes opposés, le codeur comportant au moins une zone de marquage (Pi) présentant une largeur angulaire (Li) supérieure à la largeur angulaire de chacun des pôles alternés situés hors de cette zone sur la circonférence de l'anneau, caractérisé en ce que ladite zone de marquage (Pi) comporte deux pôles singuliers (Ni, Si) jointifs présentant des polarités de signes opposés disposés dans la continuité d'alternance de pôles de l'anneau (2) et dont la largeur angulaire est supérieure à celle des pôles situés hors de la zone de marquage, l'aimantation au sein des pôles singuliers évoluant graduellement de façon continue entre les deux d'extrémités de la zone de marquage.

Description

La présente invention concerne le domaine technique de la détection de mouvements et de positions d'éléments au sein de systèmes mécaniques. Elle concerne notamment le domaine des dispositifs de détection magnétiques comportant un élément codeur se déplaçant à proximité d'une cellule ou capteur de détection et adapté pour permettre de détecter la position et/ou la vitesse d'une cible mobile au sens général. L'objet de l'invention concerne plus particulièrement la réalisation d'un codeur magnétique équipé d'une série de pôles nord et de pôles sud montés de manière alternée pour servir de cible aimantée à une cellule de détection de type GMR (Giant Magneto-Resistance) différentielle. L'objet de l invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine automobile où ce capteur peut être utilisé, par exemple, dans le cadre des fonctions d'injection. Dans l'état de la technique, il est connu différents types de capteurs aptes à fournir une information correspondant à la position de la cible mobile. Un tel capteur coopère traditionnellement avec une cible mobile réalisée par exemple en un matériau magnétique doux et présentant au moins une, et de manière, générale une série de dents séparées par des creux. Un tel capteur comporte également un aimant permanent définissant un entrefer avec la cible mobile. Dans l'entrefer est disposée une sonde sensible au sens et à l'intensité d'une induction magnétique. Le déplacement de la cible mobile provoque pour chaque passage d'une dent devant la sonde, une variation de l'induction magnétique traversant la sonde qui délivre ainsi un signal électrique en fonction du sens et de l'amplitude de l'induction magnétique. Cette sonde sensible est associée notamment à un comparateur de niveau à hystérésis dont la sortie prend un premier état logique quand le signal électrique délivré par la sonde est supérieur à un seuil prédéterminé et un deuxième état logique lorsque le signal électrique est inférieur à un seuil prédéterminé.

L'inconvénient d'un tel capteur est sa sensibilité à la variation des paramètres tels que la température et l'entrefer entre la cible et le capteur.

Dans l'état de la technique, il est également connu d'utiliser un dispositif capteur de position ou de vitesse comportant un codeur magnétique défilant devant une cellule de détection. Un tel codeur est constitué par un anneau magnétique multipolaire pourvu sur sa circonférence de pôles nord et de pôles sud alternés. Cependant, l'inconvénient d'un tel capteur est sa grande sensibilité à la variation de l'entrefer entre la cellule de mesure et le codeur. On connaît également des codeurs magnétiques comportant une zone d'aimantation périphérique dite singulière ou de marquage. Cette zone singulière consiste traditionnellement en un pôle aimanté de largeur angulaire plus importante que les autres pôles du codeur. Ce pôle d'aimantation plus large procure une variation de période et d'amplitude du signal de sortie de la cellule de détection servant de signal de commutation ou de référence pour déterminer la position en rotation de l'élément sur lequel est fixé le codeur. De tels codeurs présentent cependant le même inconvénient de sensibilité à la variation d'entrefer que les codeurs précédemment évoqués, ainsi qu'une forte sensibilité aux bruits générés par le système mécanique au sein duquel le codeur et le capteur de position sont intégrés.

Afin de réduire ces problèmes, il a été proposé, notamment par la demanderesse dans ces demandes FR 2895075 Al et FR 2901019 Al, d'aimanter le pôle formant la zone singulière du codeur de façon graduelle entre ses deux extrémités. Une telle aimantation graduelle permet en effet de réduire de manière importante les perturbations du signal de sortie de la cellule de détection du capteur liées aux bruits. Cependant, ces codeurs utilisent une cellule de mesure à effet Hall et ne mettent pas en oeuvre des cellules GMR, ne permettant pas de respecter les périodes communes des standards actuels (6° / 18° / 6° dans et autour de la zone) dans le domaine de l'automobile. Par ailleurs, le poid de ce pôle même graduellement aimanté est toujours beaucoup plus fort que les pôles voisins, ce qui empêche une stabilité des périodes sur la plage d'entrefer.

Toujours dans ce but, une autre solution a été proposée dans le document EP 0 611 952 Al et qui consiste à procurer un codeur magnétique comprenant une zone singulière comprenant deux pôles Nord et Sud respectivement fortement aimantés et séparés l'un de l'autre par une zone peu ou pas aimantée. Toutefois, un tel codeur procure toujours un signal de sortie dont la zone de commutation est étendue, ce qui altère donc la précision du dispositif de détection. De plus, un codeur comprenant une zone pas ou peu aimantée dans la zone de marquage tend à procurer un déséqulibre entre les deux pôles aimantés de la zone de marquage et les pôles extérieurs à cette zone, ce qui empêche une stabilité du front électrique au milieu de la zone et une stabilité des périodes sur la plage d'entrefer. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un codeur pour capteur de position et/ou de vitesse, étant peu sensible à la variation d'entrefer tout en étant apte à fournir un signal utile avec une bonne précision de mesure. Pour résoudre ces différentes problématiques, la présente invention propose en premier lieu un codeur pour capteur de position, du type comportant un anneau magnétique multipolaire pourvu, sur sa circonférence, de pôles avec des polarités de signes opposés, disposés de manière alternée et étant destinés à défiler devant une cellule de mesure délivrant un signal périodique différentiel correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles. Ce codeur comporte de façon connue en soit au moins une zone de marquage présentant une largeur angulaire supérieure à la largeur angulaire de chacun des pôles alternés situés hors de cette zone sur la circonférence de l'anneau. De façon caractéristique, la zone de marquage du codeur de l'invention comporte deux pôles singuliers jointifs présentant des polarités de signes opposés disposés dans la continuité d'alternance de pôles de l'anneau et dont la largeur angulaire est supérieure à celle des pôles situés hors de la zone de marquage, l'aimantation au sein des pôles singuliers évoluant graduellement de façon continue entre les deux extrémités de la zone de marquage. Conformément à une première caractéristique préférée de l'invention, la jonction entre les deux pôles singuliers est située au milieu de la largeur 5 angulaire couverte par la zone de marquage. Par ailleurs, conformément à une autre caractéristique avantageuse du codeur de l'invention, l'aimantation graduelle des pôles singuliers suit une variation croissante ou décroissante, qui peut être au choix sensiblement linéaire ou encore suivre une courbe. 10 Toujours selon I invention, les pôles aimantés situés de part et d'autre de la zone de marquage présentent également de façon avantageuse une largeur angulaire variable inférieure de celle des pôles singuliers dans la zone de marquage. Plus particulièrement, la largeur angulaire de la zone de marquage est 15 comprise entre 15 et 20° et la largeur angulaire des pôles aimantés à l'extérieur de la zone de marquage est comprise entre 2 et 8°. La présente invention propose également conformément à un second objet de celle-ci, un dispositif de détection de la position d'un organe ou élément mobile, en particulier suivant un mouvement de rotation, caractérisé 20 en ce qu'il comporte au moins un codeur tel que défini précédemment, solidaire dudit organe mobile et au moins une cellule de mesure délivrant un signal électrique différentiel périodique correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique généré par les pôles dudit codeur. De façon préférée et avantageuse, la cellule de mesure du dispositif de 25 détection de l'invention est choisie pour être une cellule de type GMR (Giant Magneto Resistance). Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. 30 Sur les figures annexées : - La fig. 1 est une vue schématique en plan montrant un exemple de réalisation d'un dispositif de détection de position conforme à l'invention. - La fig. 2 est une vue, ramenée dans un plan, d'un exemple de réalisation d'un codeur conforme à l'invention. - La fig. 3 illustre l'évolution du signal magnétique différentiel obtenu lors du défilement d'un codeur selon l'invention devant une cellule de détection GMR ainsi que du signal numérique obtenu à partir du signal électrique de sortie différentiel de la cellule. La fig. 1 montre un exemple de réalisation d'un dispositif 1 de détection de position comportant un codeur magnétique 2 monté pour défiler devant au moins une une cellule ou capteur magnétique de position 3. Le codeur 2 est constitué sous la forme d'un anneau magnétique multipolaire, entraîné en rotation autour de son centre, selon un axe A et pourvu, sur sa circonférence, de pôles nord N et de pôles sud S alternés, présentant une aimantation de préférence radiale. Par exemple, le codeur 2 est constitué par une couronne formant un support sur laquelle est adhérisée une bague, réalisée en élastomère, chargée de particules magnétisées pour constituer des pôles nord N et sud S. La cellule de mesure 3 délivre un signal magnétique différentiel périodique Sb correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles défilant devant elle. Conformément à l'invention, cette cellule de détection 3 est une cellule GMR différentielle (une cellule magnétorésistante géante). La cellule de mesure 3 est reliée à des moyens de traitement, non représentés mais connus en soi, permettant d'obtenir un signal numérique de sortie Sd, qui dans le cas d'espèce est un signal carré.

Dans l'exemple illustré, le codeur 1 comporte une série de pôles sud S et de pôles nord N, aménagés pour présenter un pas régulier d'écartement entre deux pôles voisins. Par exemple, la largeur angulaire i de chaque pôle dit régulier est de 3°. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, le codeur 1 comporte aussi au moins une zone singulière ou de marquage Pi présentant, entre deux pôles réguliers adjacents Pa, un écartement différent par rapport au pas régulier d'écartement entre les pôles sud S et nord N à l'extérieur de cette zone Pi. Dans l'exemple illustré, la zone de marquage Pi possède une largeur angulaire Li d'au moins 18° et comprend, conformément à l'invention, un pôle singulier nord Ni et un pôle singulier sud Si adjacents l'un de l'autre et disposés dans la continuité d'alternance de pôles sur la périphérie du codeur 1. Dans l'exemple illustré, le pôle singulier Ni nord est interposé entre le pôle régulier adjacent Pa sud et le pôle singulier sud Si qui est adjacent au pôle régulier Pa nord. Les pôles singuliers Ni et Si sont donc jointifs. Chacun des pôles singuliers Ni, Si présente en comparaison des autres pôles réguliers nord N et sud S du codeur une largeur angulaire très supérieure, et de préférence comme représenté, une largeur angulaire Ii environ trois fois supérieure à celle des pôles nord et sud réguliers N, S, c'est-à-dire une largeur Ii sensiblement égale à 9°. Par exemple, pour des codeurs comportant 60 moins deux pôles, la largeur angulaire Li de la zone de marquage Pi est comprise entre 15 et 20° et la largeur angulaire I des pôles aimantés réguliers à l'extérieur de la zone de marquage est comprise entre 2 et 8°. Pour un codeur comportant 30 moins un pôle, la largeur angulaire Li de la zone de marquage Pi est comprise entre 15 et 40° et la largeur angulaire I des pôles aimantés réguliers à l'extérieur de la zone de marquage est comprise entre 2 et 15°.

Comme cela ressort de la fig. 3, la zone de marquage Pi du codeur de l'invention permet d'obtenir un signal magnétique différentiel Sbi dans cette zone qui, contrairement aux signaux traditionnellement obtenus avec les codeurs de l'art antérieur, présente une pente importante qui passe par 0 en un seul point, exactement au niveau de la jonction entre les deux pôles Ni et Si de la zone de marquage Pi. Ceci a pour conséquence positive que le signal de sortie différentiel de la cellule de détection 3 commute, c'est-à-dire passe par 0 lui aussi exactement au niveau de la jonction entre les deux pôles Ni et Si.

Ainsi, la commutation du front montant (ou descendant) se fait de façon stabilisée dans la zone de marquage. Ceci s'avère particulièrement avantageux car cela permet l'utilisation de ce front par le calculateur du véhicule ou encore, lorsque le codeur de l'invention est utilisé avec une cellule bidirectionnelle, d'utiliser le point de passage par 0 pour déclencher la reconnaissance de direction. Enfin, un autre avantage de la commutation précise entre les pôles Ni et Si de la zone de marquage réside dans la bonne répartition procurée du poids magnétique de ces deux pôles sur la largeur totale de la zone de marquage, évitant une modulation trop importante de l'offset magnétique général et réduisant par conséquence une imprécision des commutations électriques suivant la variation de l'entrefer.

Toujours selon l'invention, chaque pôle Ni, Si de la zone de marquage Pi présente une largeur angulaire li identique sensiblement égale à 9°. Cependant, afin de réduire davantage la modulation d'offset créé par le déséquilibre angulaire entre les pôles de la zone de marquage Pl et ceux extérieurs à cette zone, des mesures de corrections de la largeur angulaire des pôles nord N et sud S adajcents de la zone de marquage Pi sont mises en oeuvre. Ainsi, si la largeur angulaire moyenne de l'ensemble des pôles N, S extérieurs à la zone de marquage Pi est de 3° environ, les largeurs angulaires individuelles de chaque pôle nord et sud N, S sont en réalité ajustées d'une valeur E variable pour d'une part réduire l'influence des pôles Ni, Si de la zone de marquage et d'autre part, pour des applications sur vilebrequin dans le domaine automobile notamment, respecter les largeurs des périodes angulaires standard sur le signal électrique de sortie Sd de la cellule de mesure GMR 3.

Par ailleurs, afin de stabiliser le signal différentiel de sortie Sd de la cellule de mesure 3, les pôles Ni, Si de la zone de marquage Pi présentent selon l'invention une aimantation graduelle entre les extrémités de la zone de marquage Pi, telle que le signal magnétique brut, obtenu par le passage des pôles Ni, Si devant la cellule de mesure 3, varie de manière symétrique. En d'autres termes, l'aimantation des pôles singuliers Ni, Si diminue ou augmente constamment d'une extrémité à l'autre de la zone de marquage Pi.

Cette aimantation graduelle des pôles dans la zone de marquage Pi, est décroissante du pôle nord Ni, vers le pôle sud Si, ou bien entendu croissante du pôle sud Si jusqu'au pôle nord Ni. La décroissance ou croissance d'aimantation peut suivre une évolution quelconque, bien qu'une variation linaire ou selon une courbe soit néanmoins préférée. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS1 - Codeur pour capteur de position, du type comportant un anneau magnétique multipolaire (2) pourvu, sur sa circonférence, de pôles avec des polarités de signes opposés, disposés de manière alternée et étant destinés à défiler devant une cellule de mesure (3) délivrant un signal périodique différentiel correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique délivré par les pôles, le codeur comportant au moins une zone de marquage (Pi) présentant une largeur angulaire (Li) supérieure à la largeur angulaire de chacun des pôles alternés situés hors de cette zone sur la circonférence de l'anneau, caractérisé en ce que ladite zone de marquage (Pi) comporte deux pôles singuliers (Ni, Si) jointifs présentant des polarités de signes opposés disposés dans la continuité d'alternance de pôles de l'anneau (2) et dont la largeur angulaire est supérieure à celle des pôles situés hors de la zone de marquage, l'aimantation au sein des pôles singuliers évoluant graduellement de façon continue entre les deux d'extrémités de la zone de marquage.
2 - Codeur pour capteur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que la jonction entre les deux pôles singuliers (Ni, Si) est située au milieu de la largeur angulaire couverte par la zone de marquage (Pi).
3 - Codeur pour capteur de position selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aimantation graduelle des pôles singuliers suit une variation décroissante du pôle nord (Ni) vers le pôle sud (Si).
4 - Codeur pour capteur de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que la variation décroissante d'aimantation des pôles singuliers (Ni, Si) dans la zone de marquage est sensiblement linéaire.
5 - Codeur pour capteur de position selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la variation décroissante d'aimantation des pôles singuliers (Ni, Si) dans la zone de marquage suit une courbe.
6 - Codeur pour capteur de position selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pôles aimantés (Pa) situés de part et d'autre de la zone de marquage (Pi) présentent une largeur angulaire variable inférieure de celle des pôles singuliers (Ni, Si) dans la zone de marquage.
7 - Codeur pour capteur de position selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la largeur angulaire (Li) de la zone de marquage (Pi) est comprise entre 15 et 20° et la largeur angulaire des pôles aimantés à l'extérieur de la zone de marquage est comprise entre 2 et 8°.
8 - Dispositif (1) de détection de la position d'un organe mobile, en particulier suivant un mouvement de rotation, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un codeur (2) conforme à l'une des revendications 1 à 7, solidaire dudit organe mobile et au moins une cellule de mesure (3) délivrant un signal électrique différentiel périodique correspondant à l'évolution de l'intensité du champ magnétique généré par les pôles dudit codeur.
9 - Dispositif (1) de détection de la position d'un organe mobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cellule de mesure (3) est une cellule de type GMR ( Giant Magneto Resistance ).