FR2640049A1 - Variable-reluctance electromagnetic sensor and method for assembling such a sensor - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un capteur électromagnétique à réluctance variable et, plus particulièrement, à un tel capteur destiné à la mesure de la vitesse d'un organe mobile en rotation, ce capteur étant conçu pour simplifier les opérations nécessaires à son assemblage. The present invention relates to an electromagnetic sensor with variable reluctance and, more particularly, to such a sensor intended for measuring the speed of a movable member in rotation, this sensor being designed to simplify the operations necessary for its assembly.
On connaît de la demande de brevet français No. We know from French patent application No.
2.608.770 déposée au nom de BENDIX ELECTRONICS S.A. (ciaprès appelé brevet précité), un capteur de ce type plus particulièrement destiné à la mesure de la vitesse de rotation d'un arbre ou d'une roue formant partie d'un véhicule automobile.2,608,770 filed in the name of BENDIX ELECTRONICS S.A. (hereinafter called the aforementioned patent), a sensor of this type more particularly intended for measuring the speed of rotation of a shaft or a wheel forming part of a motor vehicle.
Ce capteur comprend une carcasse présentant une cavité cylindrique, un aimant permanent et une pièce polaire métallique enfilés en contiguïté dans cette cavité de manière qu'une extrémité de la pièce polaire déborde de la carcasse, et un bobinage électrique enroulé sur la carcasse autour de cette cavité pour délivrer entre ses bornes un signal électrique de sortie. This sensor comprises a carcass having a cylindrical cavity, a permanent magnet and a metal pole piece threaded adjacent to this cavity so that one end of the pole piece projects beyond the carcass, and an electric coil wound on the carcass around this cavity to deliver an electrical output signal between its terminals.
Le capteur est associé à un disque coaxial à un arbre et tournant avec celui-ci à la même vitesse angulaire. Le disque présente à sa périphérie des dents, par exemple, agencées pour défiler en face dtune extrémité du capteur, de manière à faire varier la réluctance du circuit magnétique de ce capteur. The sensor is associated with a disc coaxial with a shaft and rotating with it at the same angular speed. The disc has teeth at its periphery, for example, arranged to run opposite one end of the sensor, so as to vary the reluctance of the magnetic circuit of this sensor.
Le capteur du brevet précité est remarquable en ce qu'il comprend un moyen de blocage à effet de coin agencé dans la cavité de la carcasse pour agir sur une extrémité de l'ensemble constitue par l'aimant permanent et la pièce polaire de manière à immobiliser cet ensemble dans une position où l'extrémité de la pièce polaire est séparée, d'une distance prédéterminée, d'une surface de référence choisie sur la carcasse. The sensor of the aforementioned patent is remarkable in that it comprises a wedge-effect locking means arranged in the cavity of the carcass to act on one end of the assembly constituted by the permanent magnet and the pole piece so as to immobilize this assembly in a position where the end of the pole piece is separated, by a predetermined distance, from a chosen reference surface on the carcass.
Le brevet précité décrit encore uri procédé de montage de ce capteur qui permet de régler avec précision cette distance, essentielle au réglage de l'entrefer capteur/roue dentée propre à permettre au capteur de délivrer un signal électrique d'amplitude convenable. The aforementioned patent further describes a method for mounting this sensor which makes it possible to precisely adjust this distance, which is essential for adjusting the sensor / gear wheel gap suitable for enabling the sensor to deliver an electrical signal of suitable amplitude.
Le capteur et le procédé de montage décrits dans le brevet précité donnent satisfaction. Le blocage par effet de coin utilisé dans ce capteur peut cependant provoquer des arrachements de matière à l'intérieur de la cavité de la carcasse, avec production de particules pouvant interférer avec les pièces logées dans cette cavité. The sensor and the mounting method described in the aforementioned patent are satisfactory. The wedge blocking used in this sensor can, however, cause material to tear off inside the carcass cavity, with the production of particles which can interfere with the parts housed in this cavity.
On connaît aussi- d'autres procédés de montage de tels capteurs permettant de fixer la position d'une pièce dans la cavité de la carcasse du capteur, mais au prix d'une opération particulière telle que rabattage de matière per application d'ultrasons, collage, ou sertissage à chaud. Other methods of mounting such sensors are also known, making it possible to fix the position of a part in the cavity of the sensor carcass, but at the cost of a particular operation such as folding down material by application of ultrasound, bonding, or hot crimping.
La présente invention a pour but de réaliser un capteur du type décrit ci-dessus et comprenant des moyens de blocage d'au moins une pièce dans la cavité de la carcasse, fonctionnant sans déformation permanente de la carcasse éventuellement génératrice de particules de matière indésirables, et sans opération additionnelle à l'insertion dans la cavité de la pièce à immobiliser dans cette cavité. The object of the present invention is to produce a sensor of the type described above and comprising means for blocking at least one part in the cavity of the carcass, operating without permanent deformation of the carcass possibly generating particles of undesirable matter, and without additional operation upon insertion into the cavity of the part to be immobilized in this cavity.
La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel capteur dans lequel ces moyens sont intégrés à la carcasse du capteur pour une réalisation économique et un montage simple du capteur. The present invention also aims to produce such a sensor in which these means are integrated into the carcass of the sensor for economical production and simple mounting of the sensor.
On atteint ces buts de l'invention avec un capteur électromagnétique à réluctance variable, du type qui comprend une carcasse présentant une cavité cylindrique, un aimant permanent et au moins une pièce polaire logés dans cette cavité, un bobinage électrique sur la carcasse autour de la cavité pour délivrer un signal électrique fonction des variations de la réluctance du circuit magnétique du capteur dues à un organe mobile définissant un entrefer variable dans ce circuit magnétique, caractérisé en ce que la paroi de la cavité cylindrique présente au moins une saillie élastiquement déformable qui pénètre dans la cavité pour immobiliser axialement l'un des éléments de l'ensemble constitué par l'aimant permanent et la pièce polaire. These aims of the invention are achieved with an electromagnetic variable reluctance sensor, of the type which comprises a carcass having a cylindrical cavity, a permanent magnet and at least one pole piece housed in this cavity, an electrical winding on the carcass around the cavity for delivering an electrical signal as a function of variations in the reluctance of the magnetic circuit of the sensor due to a movable member defining a variable air gap in this magnetic circuit, characterized in that the wall of the cylindrical cavity has at least one elastically deformable projection which penetrates in the cavity to immobilize axially one of the elements of the assembly constituted by the permanent magnet and the pole piece.
La saillie est formée par un amincissement local de la paroi dé la cavité, déforme radialement vers l'intérieur de cette cavité, et moulé d'une pièce avec la la carcasse. The projection is formed by a local thinning of the wall of the cavity, deforms radially inward of this cavity, and molded in one piece with the carcass.
Suivant la présente invention, pour assembler le capteur, on fixe un des éléments dans la cavité de la carcasse, dans une position-axiale prédéterminée où cet élément obture une première extrémité de la cavité, on pousse l'autre élément dans cette cavité par l'autre extrémité de celle-ci en forçant .par cette poussee la saillie hors de la cavité jusqu'à ce que celle-ci revienne dans la cavité pour s'appuyer sur l'autre élément de manière à immobiliser axialement celui-ci dans la cavité, en butée contre l'élément déjà fixé dans cette cavité. According to the present invention, to assemble the sensor, one of the elements is fixed in the cavity of the carcass, in a predetermined axial position where this element closes a first end of the cavity, the other element is pushed into this cavity by the 'other end thereof by forcing .par this pushing the projection out of the cavity until it returns in the cavity to rest on the other element so as to immobilize axially it in the cavity, in abutment against the element already fixed in this cavity.
Au dessin annexé, donné seulement à titre exemple, la figure unique représente en coupe axiale un mode de réalisation du capteur suivant l'invention. In the accompanying drawing, given only by way of example, the single figure shows in axial section an embodiment of the sensor according to the invention.
Sur cette figure il apparaît que ce capteur comprend essentiellement une carcasse 1 creusée d'une cavité cylindrique 2 dans laquelle sont logés bout à bout un aimant permanent 3 et une pièce polaire 4 cylindriques et complémentaires du diamètre de la cavité 2. Un bobinage électrique 5 est formé sur la carcasse entre deux joues radiales 6 et 7. L'extrémité 4' de la pièce polaire 4 déborde de la cavité 2, à travers une joue radiale d'extrémité 6, pour se trouver, en fonctionnement, en face de la périphérie d'un disque (non représenté) qui tourne avec un arbre dont l'ensemble capteur-disque sert à mesurer la vitesse de rotation, à l'aide du signal électrique délivré par le bobinage 5 du capteur.Ce signal sort du capteur par un câble 8 à deux conducteurs, coaxiaux par exemple, connectés électriquement aux extrémités du fil du bobinage 5 par des cosses telles que la cosse 9 sertie à une extrémité 10 sur le conducteur et soudées à l'autre sur le fil, comme représenté en 10'. In this figure it appears that this sensor essentially comprises a carcass 1 hollowed out of a cylindrical cavity 2 in which are housed end to end a permanent magnet 3 and a pole piece 4 cylindrical and complementary to the diameter of the cavity 2. An electric winding 5 is formed on the carcass between two radial cheeks 6 and 7. The end 4 ′ of the pole piece 4 projects beyond the cavity 2, through a radial end cheek 6, to find itself, in operation, opposite the periphery of a disc (not shown) which rotates with a shaft whose sensor-disc assembly is used to measure the speed of rotation, using the electrical signal delivered by the coil 5 of the sensor. This signal leaves the sensor by a cable 8 with two conductors, coaxial for example, electrically connected to the ends of the winding wire 5 by lugs such as the terminal 9 crimped at one end 10 on the conductor and soldered to the other on the wire, c as shown in 10 '.
La périphérie du disque présente des dents régulièrement distribuées dont le défilement devant l'extrémité 4' de la pièce polaire fait varier la réluctance du circuit magnétique du capteur, et donc la fréquence du signal délivré par celui-ci, fréquence alors proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre sur lequel est monté le disque, comme il est bien connu dans la technique. The periphery of the disc has regularly distributed teeth whose scrolling in front of the 4 ′ end of the pole piece varies the reluctance of the magnetic circuit of the sensor, and therefore the frequency of the signal delivered by it, frequency then proportional to the speed of rotation of the shaft on which the disc is mounted, as is well known in the art.
Il est clair que le bon fonctionnement d'un tel capteur exige que les extrémités en regard de la pièce polaire 4 et de l'aimant permanent 3 restent en un contact ferme. Suivant la présente invention on assure, lors de l'assemblage des pièces du capteur, la retenue de l'aimant 3 contre la pièce polaire 4 à l'aide d'une saillie 11 élastiquement déformable formée dans la paroi de la cavité, pour immobiliser axialement l'aimant 3 contre la pièce polaire. It is clear that the proper functioning of such a sensor requires that the facing ends of the pole piece 4 and of the permanent magnet 3 remain in firm contact. According to the present invention, during assembly of the sensor parts, the magnet 3 is held against the pole piece 4 by means of an elastically deformable projection 11 formed in the wall of the cavity, to immobilize axially the magnet 3 against the pole piece.
Comme représenté à la figure unique, la saillie est formée par un amincissement local de la paroi de la cavité de la carcasse 1, déformé radialement vers l'intérieur de cette cavité. As shown in the single figure, the projection is formed by a local thinning of the wall of the cavity of the carcass 1, deformed radially towards the inside of this cavity.
Dans le mode de réalisation représenté du capteur suivant l'invention la saillie est moulée d'une pièce avec la carcasse et présente une section, profilée en forme de "V", dans un plan axial de la cavité 2. In the illustrated embodiment of the sensor according to the invention, the projection is molded in one piece with the carcass and has a section, profiled in the shape of a "V", in an axial plane of the cavity 2.
Pour assembler le capteur suivant l'invention, on fixe d'abord la pièce polaire 4 dans la cavité 2, dans une position axiale prédéterminée, de manière que son extrémité 4' déborde de la joue d'extrémité 6 de la carcasse 1. Ceci peut s'obtenir soit par emmanchement à force de la pièce dans la cavité (un moletage 12 formé sur la pièce polaire renforce alors l'assemblage) soit par surmoulage de la carcasse 1 autour de cette pièce polaire. To assemble the sensor according to the invention, the pole piece 4 is first fixed in the cavity 2, in a predetermined axial position, so that its end 4 ′ projects beyond the end cheek 6 of the carcass 1. This can be obtained either by force fitting the part into the cavity (a knurling 12 formed on the pole piece then strengthens the assembly) or by overmolding the carcass 1 around this pole piece.
On insère ensuite, par l'autre extrémité ouverte 13 de la carcasse, l'aimant 3 dans la cavité. Celui-ci vient d'abord buter sur la saillie 11 qui s'efface alors élastiquement hors de la cavité sous la poussée appliquée axialement à l'aimant. Quand l'aimant , vient buter sur l'extrémité en regard de la pièce polaire 4, l'autre extrémité de l'aimant 3 se dégage de la saillie 11, formée à une distance de la pièce polaire 4 qui correspond à l'espace que doit occuper l'aimant 3 entre celle-ci et la saillie 11.La saillie revient alors élastiquement dans la cavité 2 pour empêcher l'aimant 3 de s'écarter du contact de la pièce polaire 4,- en s'appuyant sur la face d'extrémité adjacente de cet aimant
Suivant l'invention, la force de retenue développée par la saillie ll sur l'aimant 3 est suffisante pour permettre des manipulations du capteur lors de la poursuite de l'assemblage de celui-ci, sans que l'aimant ne bouge dans la cavité. On peut alors procéder à la réalisation du bobinage 5, puis au surmoulage du capteur suivant le volume 14 pour assurer l'isolation électrique, la tenue mécanique et l'étanchéité du capteur. Le surmoulage, qui injecte de la matière dans la cavité 2, parachève alors le blocage de l'aimant dans la cavité.Then, by the other open end 13 of the carcass, the magnet 3 is inserted into the cavity. The latter first abuts on the projection 11 which then elastically disappears out of the cavity under the thrust applied axially to the magnet. When the magnet abuts on the opposite end of the pole piece 4, the other end of the magnet 3 emerges from the projection 11, formed at a distance from the pole piece 4 which corresponds to the space that the magnet 3 must occupy between the latter and the projection 11.The projection then returns elastically in the cavity 2 to prevent the magnet 3 from moving away from the contact of the pole piece 4, - by pressing on the adjacent end face of this magnet
According to the invention, the retaining force developed by the projection ll on the magnet 3 is sufficient to allow manipulations of the sensor during the further assembly thereof, without the magnet moving in the cavity . We can then proceed to the production of the coil 5, and then overmolding the sensor according to volume 14 to ensure electrical insulation, mechanical strength and sealing of the sensor. The overmolding, which injects material into the cavity 2, then completes the blocking of the magnet in the cavity.
Une pièce métallique 15 peut être placée dans la cavité du moule de surmoulage pour servir ultérieurement de pièce de support du capteur dans un bâti où il est positionné en face du disque denté solidaire de l'arbre dont il surveille la vitesse de rotation. A metal piece 15 can be placed in the cavity of the overmolding mold to later serve as a support piece for the sensor in a frame where it is positioned opposite the toothed disc secured to the shaft whose rotation speed it monitors.
Le surmoulage du capteur peut être réalisé, comme il est bien connu, avec une grande variété de matières plastiques thermofusibles telles que des résines synthétiques, le choix à opérer étant du domaine des compétences ordinaires de l'homme de métier. The overmolding of the sensor can be carried out, as is well known, with a wide variety of hot-melt plastic materials such as synthetic resins, the choice to be made being within the domain of ordinary skills of the skilled person.
On notera que la formation du bobinage sur la carcasse, après l'insertion de la pièce polaire évite que, dans l'ordre inverse des opérations, l'insertion de cette pièce polaire n'applique au bobinage des contraintes susceptibles d'en rompre les spires les plus proches de la cavité. It will be noted that the formation of the winding on the carcass, after the insertion of the pole piece avoids that, in the reverse order of operations, the insertion of this pole piece does not apply to the winding stresses liable to break the whorls closest to the cavity.
Ainsi l'invention fournit-elle un capteur à saillie 11 qui, outre la simplicité de sa réalisation intégrée b celle de la carcasse, présente une élasticité qui autorise la mise en place de l'aimant dans la cavité par simple insertion axiale, pour assurer ensuite la retenue de l'aimant dans la cavité de la carcasse sans operation supplémentaire telle qu'un rabattage de matière obtenu par application d'ultrasons, un collage sur la pièce polaire, un sertissage à chaud, etc... Thus, the invention provides a protruding sensor 11 which, in addition to the simplicity of its construction integrated into that of the carcass, has an elasticity which allows the magnet to be placed in the cavity by simple axial insertion, to ensure then retaining the magnet in the cavity of the carcass without additional operation such as a folding of material obtained by application of ultrasound, bonding on the pole piece, hot crimping, etc.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'a titre d'exemple En particulier l'invention pourrait trouver application à la réalisation de capteurs d'un autre type que le capteur monopolaire décrit ci-desus, tel que des capteurs bipolaires comprenant une carcasse creusée d'une cavité abritant un aimant permanent allongé, pincé entre deux pièces polaires débordant du capteur. Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown, which has been given only by way of example. In particular, the invention could find application in the production of sensors of another type than the monopolar sensor described above, such as bipolar sensors comprising a carcass hollowed out of a cavity housing an elongated permanent magnet, pinched between two pole pieces projecting from the sensor.
De même la saillie élastique du capteur représenté peut porter sur une surface de la pièce à bloquer autre qu'une surface d'extrémiti?. Par exemple la saillie peut pénétrer dans une gorge ou autre logement prévu sur la surface latérale de la pièce. Likewise, the elastic projection of the sensor shown can bear on a surface of the part to be blocked other than an end surface. For example, the projection may enter a groove or other housing provided on the lateral surface of the part.
Bien que, dans le mode de réalisation décrit, la saillie retient l'aimant permanent, celle-ci pourrait agir plutôt sur la pièce polaire, notamment dans certains capteurs où ces éléments sont intervertis pour optimiser l'amplitude du signal délivré par le capteur. Although, in the embodiment described, the projection retains the permanent magnet, it could act rather on the pole piece, in particular in certain sensors where these elements are inverted to optimize the amplitude of the signal delivered by the sensor.
En outre, la saillie peut prendre des formes autres que celle décrite et représentée, dans la mesure où elles permettent l'effacement de cette saillie sous la poussée de l'aimant lors de l'insertion de celui-ci dans la cavité, puis le retour élastique de la saillie dans le cavité pour retenir axialement l'aimant. In addition, the projection can take forms other than that described and shown, insofar as they allow the erasing of this projection under the thrust of the magnet during the insertion of the latter into the cavity, then the elastic return of the projection in the cavity to axially retain the magnet.
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| FR8815889A FR2640049B1 (en) | 1988-12-05 | 1988-12-05 | ELECTROMAGNETIC SENSOR WITH VARIABLE RELUCTANCE AND METHOD FOR ASSEMBLING SUCH A SENSOR |
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| FR2640049B1 (en) | 1991-03-29 |
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