FR2837569A1 - Capteur de position et/ou de vitesse de type magnetique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un capteur de position et / ou de vitesse comportant : . une cible mobile (2). un premier aimant permanent (5). au moins un deuxième aimant permanent (11). et une sonde (4) sensible au sens et à l'intensité d'une induction magnétique, et située sur l'axe OZ de sorte qu'en l'absence d'une dent, les inductions magnétiques créées par les aimants permanents (5, 11) présentent des valeurs sensiblement égales mais de sens contraire et qu'en présence d'une dent, la valeur absolue de la variation d'induction magnétique détectée par la sonde (4) soit au moins supérieure à un seuil de déclenchement.
Description
! La présente invention concerne le domaine technique des capteurs
sensibles au sens et à l'intensité d'une induction magnétique 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 le domaine des capteurs magnétiques de type TPOS (True Power On Sensor) aptes à fournir dès leur mise
sous tension, une information correspondant à la position de la cible mobile.
Dans l'état de la technique, il est connu divers capteurs de ce type. Ainsi, il est connu un capteur de position et /ou de vitesse comportant une cible mobile réalisé en un matériau doux et présentant au moins une et d'une manière générale, une série de dents mobiles dans une direction perpendiculaire à une direction OZ. Un tel capteur comporte aussi un aimant permanent aimanté selon un sens de la direction OZ et définissant un entrefer avec la cible mobile. Dans l'entreter est disposée une sonde sensible au sens et à l'intensité d'une induction magnétique de telle sorte que son axe de plus grande sensibilité soit sensiblement orienté selon l'axe OZ. D'une manière classique, une telle sonde sensible au sens et à l'intensité d'une induction magnétique
est une cellule à effet Hall.
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 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.
La détermination de la position d'une cible mobile nécessite afin de s'affranchir des dérives en température des aimants, de rechercher le fonctionnement du capteur vers des valeurs d' induction magnétique proches de Zéro Gauss tout en fournissant une excursion d' induction magnétique suffisante pour pouvoir être détectée. Pour tenter d'atteindre cet objectif, il a été proposé dans l'état de la technique, de réaliser l'aimant sous la forme d'un U dont les deux branches sont dirigées vers la cible et entre lesquelles est insérce la sonde sensible apte à mesurer la composante Z de l ' induction magnétique. L' aimant possède une cavité permettant de détecter la variation d'induction magnétique autour d'une valeur d'induction proche de Zéro Gauss. La solution antérieure connue présente un inconvénient majeur lié à la complexité des formes de l'aimant qui impose l'utilisation de matériaux composites tels que des plasto aimants à base de terres rares qui sont bien adaptés à la réalisation d'aimants de forme complexe par moulage mais dont les performances magnétiques intrinsèques sont très inférieures de celles d'aimants en terres rares purs. Ainsi, l'utilisation d'un matériau présentant de faibles performances magnétiques conduit à des effets préjudiciables en ce qui concerne le volume de l' aimant et l' encombrement et le coût d'un tel capteur. De plus, l'optimisation des performances d'un tel capteur qui est conditionnce essentiellement par celles de l'aimant s'avère coûteuse et
difficile à mener à bien.
L' obj et de l ' invention vise donc à remédier aux inconvénients des solutions antérieures connues en proposant un capteur de position et / ou de vitesse peu sensible aux dérives en température de l'aimant, tout en étant apte à présenter de
bonnes performances ainsi qu'un encombrement et un coût réduits.
Pour atteindre cet objectif, l'invention vise à proposer un capteur de position et / ou de vitesse comportant: À une cible mobile en un matériau doux présentant au moins une dent mobile dans une direction perpendiculaire à une direction OZ, un premier aimant permanent aimanté selon un sens de la direction OZ et définissant avec la cible mobile, un entreter, À et une sonde sensible au sens et à l'intensité d'une induction magnétique, disposée dans l'entrefer dans un plan d'extension XOY de telle sorte que
son axe de plus grande sensibilité soit sensiblement orienté selon l'axe OZ.
Selon l'invention: À le capteur comprend au moins un deuxième aimant permanent aimanté selon une direction perpendiculaire à la direction OZ de manière que l'induction magnétique correspondante traverse la sonde selon un sens contraire à celui de l'induction magnétique créce par le premier aimant permanent, en l'absence d'une dent, À et la sonde est située sur l'axe OZ de sorte qu'en l'absence d'une dent, les inductions magnétiques créées par les aimants permanents présentent des valeurs sensiblement égales mais de sens contraire et qu'en présence d'une dent, la valeur absolue de la variation d'induction magnétique détectée par la sonde soit au moins supérieure à un seuil de déclenchement. Selon une variante de réalisation, la sonde est située sur l' axe OZ de sorte qu' en présence d'une dent, la variation d' induction magnétique détectée par la sonde provienne d'une diminution en valeur absolue ou d'une inversion de sens de
l'induction magnétique créée par le premier aimant.
Selon une autre variante de réalisation, la sonde est située sur l'axe OZ de sorte qu' en présence d'une dent, la variation d' induction magnétique détectée par la sonde provienne d'une augmentation en valeur absolue de l'induction magnétique crcée par le second aimant et de préférence également, d'une diminution en valeur absolue ou d' une inversion de sens de l 'induction magnétique crcée par le premier
1 5 aimant.
Diverses autres caractéristiques de l' invention ressortent de la description faite
ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non
limitatifs, une forme de réalisation de l'invention.
La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un exemple de
réalisation d'un capteur conforme à l'invention.
Les figures 2 et 3 sont des vues schématiques de dessus d'un capteur conforme
à l ' invention respectivement en l' absence d'une dent et en présence d'une dent.
Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques en élévation d'un capteur selon
l' invention respectivement en l ' absence d'une dent et en présence d'une dent.
Tel que cela ressort de la figure 1, l'objet de l'invention concerne un capteur désigné dans son ensemble par la référence 1, apte à déterminer la position et / ou la vitesse d'une cible mobile 2 au sens général. La cible mobile 2 est réalisée en un matériau doux et présente au moins une et dans l'exemple illustré, une série de dents 3 mobiles selon une direction perpendiculaire à une direction OZ. Selon la variante de réalisation illustrée, la cible mobile 2 est une roue dentée mobile en rotation
autour d'un axe A parallèle à une direction OY perpendiculaire à la direction OZ.
Dans cette variante, le plan XOY est tangent à la surface d'une dent. Bien entendu, la cible mobile 2 peut être réalisce par un élément mobile selon une trajectoire linéaire. De manière connue, cet élément mobile 2 se trouve rapporté ou intégré à
une pièce entraînée en déplacement.
Le capteur 1 comporte une sonde 4 sensible au sens et à l'intensité d'une induction magnétique. La sonde 4 est disposce dans un plan d' extension parallèle au plan XOY de telle sorte que son axe de plus grande sensibilité soit sensiblement orientée selon l'axe OZ. La sonde 4 est constituée par exemple par une sonde à effet Hall. Le capteur 1 comporte également un premier aimant permanent 5 aimanté selon un sens considéré F de la direction OZ et défnissant avec la cible mobile 2 un entrefer 6. Tel que cela ressort plus précisément de l'exemple de réalisation illustrce à la figure 2, le premier aimant permanent 5 est constitué par une paire d'aimants permanents 5, 52 s'étendant de manière espacce, parallèlement l'un à l'autre en étant aimantés dans la direction OZ selon le sens F1 dirigé vers la cible mobile 2. Ainsi, 1S l'un des pôles de chaque aimant 5" 52 est dirigé vers la cible tandis que 1'autre pôle est dirigé en direction opposée F2. En l'absence d'une dent en vis-à-vis du premier aimant 5, les lignes de champ magnétiques s'établissent entre les pôles de chaque aimant 5 et 52. I1 est à noter que le premier aimant 5 peut être formé uniquement par
l'aimant 5 ou l'aimant 52.
La sonde 4 est disposée dans l'entrefer 6 de manière que l'induction magnétique générée par le premier aimant permanent 5 la traverse selon l'axe OZ dans un sens déterminé. Dans l'exemple de réalisation illustrée, la sonde 4 est placée entre la paire d' aimants permanents 5, 52 de manière à être traversce par l ' induction magnétique des deux aimants 5, 52. En l'absence d'une dent, l'induction magnétique créée par le premier aimant 5 traverse la sonde 4 selon le sens F2 contraire au sens F d'aimantation. Tel que cela ressort plus précisément de la ffgure 3, il est à noter qu'en présence d'une dent 3 en vis-à-vis du premier aimant 5, une partie des lignes de champ magnétique qui se retouclait entre les deux pôles de chaque aimant 5, 52 en l' absence d'une dent, est détournée vers la dent 3. L ' induction magnétique mesurée par la sonde 4 diminue ainsi en valeur absolue pour se rapprocher d'une valeur égale au Zéro Gauss voire même changer de sens c'est à dire s'établir dans un sens contraire F. Selon une autre caractéristique de l'invention, le capteur 1 comporte au moins un deuxième aimant permanent 11 aimanté selon une direction perpendiculaire à la direction OZ de manière que l' induction magnétique correspondante traverse la sonde 4 selon un sens contraire à celui de l'induction magnétique créée par le premier aimant permanent 5 et traversant la sonde 4 en l'absence d'une dent 3. Dans l'exemple illustré et tel que cela ressort plus précisément des figures 4 et 5, l'induction magnétique crcée par le deuxième aimant permanent 11 est telle qu'elle lO traverse la sonde 4 dans la direction OZ selon le sens F' contraire au sens F2 de l' induction magnétique créée par le premier aimant permanent 5 en 1'absence d'une dent. En présence d'une dent (Blg 5) , l' induction magnétique créce par le deuxième aimant 11 et traversant la sonde 4 selon 1'axe Z et dans le sens F augmente en
valeur absolue.
Dans l'exemple illustré, le deuxième aimant permanent 11 présente une aimantation selon l'axe Y et se trouve décalé relativement à la sonde 4 selon la direction OZ. Ce deuxième aimant permanent 11 est placé de manière que la sonde 4 se trouve située entre la cible mobile 2 et la ligne neutre magnétique du deuxième aimant 11. Par ailleurs, le deuxième aimant 11 se trouve décalé par rapport à la sonde 4 selon la direction OY. Dans l'exemple illustré, l'aimant permanent 11 est placé en " dessous " de la sonde 4, mais bien entendu, il pourrait être envisagé de placer le deuxième aimant permanent 11 au dessus de la sonde 4 dans le plan XOZ. Il est à noter que des résultats identiques peuvent être obtenus avec un aimant permanent 11 présentant une aimantation selon l 'axe X et placé dans le plan YOZ à la place d' un
aimant 5 ou 52.
Selon une caractéristique de l' invention, en l ' absence d'une dent, l ' induction magnétique créée par le deuxième aimant permanent 11 présente une valeur sensiblement égale mais de sens contraire à la valeur de l'induction magnétique créce par le premier aimant permanent 5. En l'absence d'une dent 3, il appara^t que le premier aimant permanent 5 est responsable d'une polarisation de l'induction magnétique dans un sens F2 tandis que le deuxième aimant permanent 11 est responsable d'une polarisation de l'induction magnétique dans un sens contraire F de sorte que la superposition de leurs effets conduit à une polarisation proche d'une valeur égale à Zéro Gauss. Par exemple, en l'absence d'une dent, les inductions magnétiques créées par le premier 5 et deuxième 11 aimants permanents sont
sensiblement égales en valeur absolue à plus ou moins 300 Gauss.
S Tel que cela ressort de la description qui précède, la sonde 4 est situce sur l'axe
OZ de sorte qu ' en l 'absence d'une dent 3, les inductions magnétiques créées par les aimants permanents 5, 11 présentent des valeurs sensiblement égales mais de sens contraire tandis qu'en présence d'une dent 3,.1a valeur absolue de la variation d'induction magnétique détectée par la sonde 4 soit au moins supérieure à un seuil de déclenchement. En présence d'une dent, la variation de l'induction magnétique traversant la sonde 4 résulte de la variation de l'induction magnétique créée par le premier aimant 5 et de la variation de 1'induction magnétique créée par l'aimant 11, ces variations étant de même sens. La superposition des effets des deux aimants 5 et 11 contribue donc à une variation de l'induction magnétique dans un même sens 1S permettant d'obtenir un niveau d'excursion suffisant pour pouvoir être détecté par rapport à un seuil de déclenchement fxé par un comparateur à hystérésis associé à la
sonde sensible 4.
Dans la description qui précède, la variation d' induction magnétique détectée
par la sonde 4 provient de la contribution des variations d'inductions magnétiques crcces par les premier 5 et deuxième 11 aimants. Cette variation d'induction magnétique peut provenir essentiellement, voire uniquement, d'une diminution en valeur absolue de l'induction magnétique créce par le premier aimant 5 ou d'une augmentation en valeur absolue de l'induction magnétique créce par le second aimant 11. Il est à noter que la variation de l'induction magnétique détectée par la sonde 4 et correspondant à la variation de l'induction magnétique crcée par le premier aimant 5 peut correspondre à une inversion du sens de l'induction
magnétique créée par ce premier aimant 5.
Dans la description qui précède, les inductions magnétiques créées par les
aimants 5 et 11 et traversant la sonde 4 sont orientées respectivement selon les sens F2 et F. Bien entendu, il peut être envisagé d'inverser le sens d'aimantation des
aimants 5 et 11.
Tel que cela ressort de la description qui précède, le capteur selon l' invention,
fonctionne vers des inductions proches de Zéro Gauss permettant de s'affranchir des dérives en température des aimants, tout en fournissant une excursion d' induction magnétique suffisante. Ce capteur autorise la mise en ceuvre de capteurs avec des formes simples de sorte qu'il peut être utilisé des aimants en terres rares purs. L'optimisation des performances du capteur est réalisée en ajustant les dimensions des aimants et leur position relative ainsi que la position relative de la sonde 4 par
rapport aux aimants 5,11.
L' invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté car diverses
modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
Claims (8)
1. Capteur de position et /ou de vitesse comportant: À une cible mobile (2) en un matériau doux présentant au moins une dent (3) mobile dans une direction perpendiculaire à une direction OZ, un premier aimant permanent (5) aimanté selon un sens de la direction OZ et définissant avec la cible mobile, un entrefer (6), À et une sonde (4) sensible au sens et à l'intensité d'une induction magnétique, disposce dans l'entrefer dans un plan d'extension XOY de telle s orte que son axe de plus grande sensibi lité so it sensiblement orienté selon l'axe OZ, caractérisé en ce: À qu'il comprend au moins un deuxième aimant permanent (11) aimanté selon une direction perpendiculaire à la direction OZ de manière que l'induction magnétique correspondante traverse la sonde (4) selon un sens contraire à celui de l'induction magnétique crcce par le premier aimant permanent (5) et traversant la sonde (4), en l'absence de dent, 20. que la sonde (4) est situce sur l'axe OZ de sorte qu'en l'absence d'une dent, les inductions magnétiques créées par les aimants permanents (5, 11) présentent des valeurs sensiblement égales mais de sens contraire et qu'en présence d'une dent, la valeur absolue de la variation d' induction magnétique détectée par la sonde (4) soit
au moins supérieure à un seuil de déclenchement.
2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde (4) est située sur l ' axe OZ de sorte qu' en présence d'une dent (3), la variation d' induction magnétique détectée par la sonde (4) provienne d'une diminution en valeur absolue ou d'une inversion de sens de l'induction magnétique créce par le premier
aimant (5).
3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sonde (4) est située sur l ' axe OZ de sorte qu'en présence d 'une dent (3), la variation d' induction magnétique détectée par la sonde (4) provienne d'une variation de l'induction magnétique créée par le premier aimant (5), correspondant à une inversion du sens de
l'induction magnétique.
4. Capteur selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que la sonde (4) est située sur l ' axe OZ de sorte qu'en présence d'une dent (3) , la variation d' induction magnétique détectée par la sonde (4) provient d'une augmentation, en valeur
absolue, de l'induction magnétique créce par le second aimant (11).
5. Capteur selon la revendication 1 ou 4 caractérisé en ce que la sonde (4) est située sur l'axe OZ de sorte qu'en l'absence d'une dent (3), les inductions magnétiques crcces par les aimants permanents (5, 11) présentent des valeurs
sensiblement égales en valeur absolue à plus ou moins 300 Gauss.
6. Capteur selon l'une des revendications l à 5 caractérisé en ce que le premier
aimant permanent (5) est formé par une paire d'aimants espacés (5, 52) entre
lesquels la sonde (4) est montée.
7. Capteur selon la revendication 6 caractérisé en ce que le deuxième aimant
(11) s'étend entre la paire d'aimants (5, 52).
8. Capteur selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le
deuxième aimant (11) est monté par rapport à la sonde (4) de sorte que cette dernière se trouve situce entre la cible mobile (2) et la ligne neutre magnétique du second
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| US5781005A (en) * | 1995-06-07 | 1998-07-14 | Allegro Microsystems, Inc. | Hall-effect ferromagnetic-article-proximity sensor |
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