FR2841978A1 - Power assisted car steering rotation parameter detection coder having distance between rotation support center and peripheral outer surround varying progressively/continuously following angular offset - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif codeur pour détection de paramètres de rotation, palier àEncoder device for detection of rotation parameters, bearing at
roulement instrumenté et moteur électrique ainsi équipé. instrumented bearing and electric motor so equipped.
L'invention concerne le domaine de la détection de paramètres de rotation d'un élément par rapport à un autre, par exemple un palier à roulement dans lequel un organe tournant du palier porte un codeur et un organe non tournant du palier porte un capteur dans le but de déterminer la vitesse de rotation de l'élément tournant supportant le codeur. De tels dispositifs trouvent leur application dans de nombreux domaines, tels que les moteurs électriques dans lesquels ils sont amenés à fonctionner dans des conditions sévères de température, les servomoteurs, les dispositifs de détection angulaire utilisés dans les The invention relates to the field of detection of parameters of rotation of an element with respect to another, for example a rolling bearing in which a rotating member of the bearing carries an encoder and a non-rotating member of the bearing carries a sensor in the purpose of determining the speed of rotation of the rotating element supporting the encoder. Such devices find their application in many fields, such as electric motors in which they are made to operate under severe temperature conditions, servomotors, angular detection devices used in
directions assistées pour automobiles. power steering for automobiles.
On connaît par le document FR-A-2 754 903, un palier à roulement comprenant un capteur solidaire de la bague non tournante, de type sonde à effet Hall, et un codeur solidaire de la bague tournante défilant en rotation avec un faible entrefer par rapport au capteur tout en étant capable de produire dans le capteur un signal périodique de fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de la bague tournante. Le codeur comprend une partie active annulaire réalisée avec un plasto-aimant et pourvue d'une zone active disposée en regard du capteur, complétée par une partie de renforcement composée de deux éléments annulaires disposés en contact avec la partie active, de chaque côté de la zone active. Un tel roulement donne généralement Document FR-A-2 754 903 discloses a rolling bearing comprising a sensor secured to the non-rotating ring, of the Hall effect probe type, and an encoder secured to the rotating ring scrolling in rotation with a small air gap by relative to the sensor while being capable of producing in the sensor a periodic signal of frequency proportional to the speed of rotation of the rotating ring. The encoder comprises an annular active part made with a plasto-magnet and provided with an active zone arranged opposite the sensor, supplemented by a reinforcing part composed of two annular elements arranged in contact with the active part, on each side of the active area. Such a bearing generally gives
satisfaction, notamment dans le domaine des moteurs électriques. satisfaction, particularly in the field of electric motors.
Toutefois, ce type de codeur ne peut pas fonctionner à des températures élevées, de l'ordre de 1200. Le capteur et le codeur ne fonctionnent pas de façon satisfaisante s'ils sont soumis à des champs magnétiques externes de forte intensité. Enfin, la compacité axiale du However, this type of encoder cannot operate at high temperatures, of the order of 1200. The sensor and the encoder do not function satisfactorily if they are subjected to strong external magnetic fields. Finally, the axial compactness of the
palier à roulement ainsi instrumenté n'est pas optimale. rolling bearing thus instrumented is not optimal.
Dans les moteurs électriques synchrones, le pilotage du moteur nécessite une détection des paramètres de rotation du moteur. Il est en effet nécessaire de connaître la position du rotor par rapport au stator pour pouvoir adapter la fréquence, l'intensité et le sens du courant entrant dans les bobines du stator. L'utilisation d'un codeur de type multipolaire associé à une sonde à effet Hall, ne peut convenir que pour des applications dans lesquelles la puissance et les exigences de précision de pilotage sont relativement faibles, et qui ne demandent In synchronous electric motors, motor control requires detection of the motor rotation parameters. It is indeed necessary to know the position of the rotor relative to the stator in order to be able to adapt the frequency, the intensity and the direction of the current entering the coils of the stator. The use of an encoder of the multipolar type associated with a Hall effect probe, can only be suitable for applications in which the power and the requirements of piloting precision are relatively low, and which do not require
pas d'information de position absolue pour le pilotage du moteur. no absolute position information for motor control.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. The invention aims to remedy these drawbacks.
L'invention propose un codeur pour palier à roulement instrumenté, très compact axialement, apte à fonctionner à des températures élevées tout en permettant une détection précise, y The invention proposes an encoder for an instrumented rolling bearing, very axially compact, capable of operating at high temperatures while allowing precise detection, including
compris lorsqu'il est soumis à des champs magnétiques intenses. understood when subjected to strong magnetic fields.
Le dispositif codeur, selon un aspect de l'invention, est destiné à la détection de paramètres de rotation, en particulier la position angulaire absolue d'un élément tournant. Le dispositif codeur comprend une portion de support comportant un alésage circulaire, et une portion radiale. La distance radiale entre le centre de rotation de la portion de support et le pourtour périphérique extérieur de la portion radiale à l'opposé de la portion circulaire varie de façon progressive et continue en fonction de la position angulaire considérée. On peut ainsi détecter la position angulaire et le sens de rotation. Dans un mode de réalisation, la portion de support est une The encoder device, according to one aspect of the invention, is intended for the detection of rotation parameters, in particular the absolute angular position of a rotating element. The encoder device includes a support portion having a circular bore, and a radial portion. The radial distance between the center of rotation of the support portion and the outer peripheral periphery of the radial portion opposite the circular portion varies gradually and continuously as a function of the angular position considered. It is thus possible to detect the angular position and the direction of rotation. In one embodiment, the support portion is a
portion axiale.axial portion.
Dans un mode de réalisation, le contour périphérique de la portion radiale est circulaire, le centre géométrique du cercle définissant ledit contour étant situé sur un axe parallèle à l'axe de In one embodiment, the peripheral contour of the radial portion is circular, the geometric center of the circle defining said contour being located on an axis parallel to the axis of
rotation de la portion de support.rotation of the support portion.
Dans un mode de réalisation, le contour périphérique de la In one embodiment, the peripheral contour of the
portion radiale est ovale et la portion radiale est équilibrée en rotation. radial portion is oval and the radial portion is balanced in rotation.
Le palier à roulement, selon un aspect de l'invention, comprend une partie tournante et une partie non tournante, la partie tournante comprenant un codeur pour permettre une détection, de paramètres de rotation, en particulier la position angulaire absolue de la partie tournante. Ledit codeur comprend une portion de support comportant un alésage circulaire, et une portion radiale. La distance radiale entre le centre de rotation de la portion de support et le pourtour périphérique de la portion radiale à l'opposé de la portion circulaire varie de façon progressive et continue en fonction de la position angulaire du codeur par rapport à une référence de la partie non tournante. Dans un mode de réalisation, la portion de support est The rolling bearing, according to one aspect of the invention, comprises a rotating part and a non-rotating part, the rotating part comprising an encoder to allow detection, of rotation parameters, in particular the absolute angular position of the rotating part. The encoder includes a support portion having a circular bore, and a radial portion. The radial distance between the center of rotation of the support portion and the peripheral periphery of the radial portion opposite the circular portion varies gradually and continuously as a function of the angular position of the encoder relative to a reference of the non-rotating part. In one embodiment, the support portion is
emmanchée sur un support appartenant à la partie tournante. fitted onto a support belonging to the rotating part.
Dans un mode de réalisation, le palier comprend un capteur pourvu d'au moins une micro-bobine plane radiale disposée en regard In one embodiment, the bearing comprises a sensor provided with at least one radial planar micro-coil arranged opposite
du codeur.of the encoder.
Dans un mode de réalisation, la bobine est disposée sur un support d'un circuit de traitement monté dans un bloc-capteur de la In one embodiment, the coil is arranged on a support of a processing circuit mounted in a sensor block of the
partie non tournante.non-rotating part.
Dans un mode de réalisation, le capteur est pourvu d'au moins une paire de micro-bobines reliées à un circuit de traitement apte à In one embodiment, the sensor is provided with at least one pair of micro-coils connected to a processing circuit capable of
générer un signal différentiel.generate a differential signal.
Dans un mode de réalisation, le codeur est disposé dans In one embodiment, the encoder is arranged in
l'espace situé entre les bagues de roulement. the space between the bearing rings.
Dans un mode de réalisation, le capteur est disposé axialement In one embodiment, the sensor is arranged axially
en regard de la portion radiale du codeur. opposite the radial portion of the encoder.
Le moteur électrique, selon un aspect de l'invention, comprend un rotor, un stator, au moins un roulement de support du rotor, et un ensemble capteur comprenant un codeur et un capteur. Ledit codeur comprend une portion du support comportant un alésage circulaire, et une portion radiale. La distance radiale entre le centre de rotation de la portion circulaire et le pourtour périphérique de la portion radiale à l'opposé de la portion circulaire varie de façon progressive et continue en fonction d'une position angulaire relative du codeur par rapport à The electric motor, according to one aspect of the invention, comprises a rotor, a stator, at least one bearing for supporting the rotor, and a sensor assembly comprising an encoder and a sensor. The encoder includes a portion of the support having a circular bore, and a radial portion. The radial distance between the center of rotation of the circular portion and the peripheral periphery of the radial portion opposite the circular portion varies progressively and continuously as a function of a relative angular position of the encoder relative to
une partie fixe.a fixed part.
Le moteur peut être de type synchrone, dans lequel on souhaite réaliser un pilotage fin en mesurant de façon précise les paramètres de rotation. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de microbobines de réception sensiblement coplanaires The motor can be of the synchronous type, in which one wishes to achieve fine control by precisely measuring the rotation parameters. In one embodiment, the device comprises a plurality of substantially co-planar receiving microbins
radiales. Le capteur peut ainsi réaliser une détection précise. radials. The sensor can thus perform precise detection.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend une pluralité de microbobines de réception disposées selon une pluralité de plans radiaux parallèles. On peut ainsi disposer d'un nombre plus élevé de bobines de réception assurant une précision accrue. Les bobines peuvent être réalisées en technologie circuit imprimé. Le support peut être une carte de circuit imprimé ou une In another embodiment of the invention, the device comprises a plurality of receiving microbins arranged in a plurality of parallel radial planes. It is thus possible to have a higher number of reception coils ensuring increased precision. The coils can be produced in printed circuit technology. The support can be a printed circuit board or a
plaque de résine.resin plate.
Avantageusement, le dispositif comprend une pluralité de microbobines associées par paires et décalées angulairement afin de générer un signal différentiel. Un tel signal différentiel est moins sensible aux champs électromagnétiques. La précision de la détection Advantageously, the device comprises a plurality of microbools associated in pairs and angularly offset in order to generate a differential signal. Such a differential signal is less sensitive to electromagnetic fields. Detection accuracy
des paramètres de rotation est donc accrue. rotation parameters is therefore increased.
Le codeur peut être réalisé de façon monobloc. Le codeur peut The encoder can be made in one piece. The encoder can
être réalisé en tôle emboutie.be made of stamped sheet metal.
Pour des raisons de compacité, il est judicieux de prévoir que le codeur est disposé dans l'espace entre les bagues de roulement, c'est-à-dire radialement entre les surfaces cylindriques des bagues qui s'étendent entre les pistes de roulement et les surfaces frontales délimitant lesdites bagues, et axialement au droit desdites surfaces cylindriques, entre les éléments roulants et les surfaces radiales For reasons of compactness, it is wise to provide that the encoder is arranged in the space between the bearing rings, that is to say radially between the cylindrical surfaces of the rings which extend between the raceways and the frontal surfaces delimiting said rings, and axially in line with said cylindrical surfaces, between the rolling elements and the radial surfaces
frontales des bagues du roulement.of the bearing rings.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le bloc-capteur est annulaire. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le bloccapteur occupe un secteur angulaire inférieur à 180 , par exemple de In one embodiment of the invention, the sensor block is annular. In another embodiment of the invention, the blocker occupies an angular sector of less than 180, for example of
l'ordre de 1200.around 1200.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le circuit de traitement des données est une puce réalisée de façon spécifique In one embodiment of the invention, the data processing circuit is a chip produced specifically
(ASIC).(ASIC).
On entend ici par microbobine, une bobine à enroulement formé sur un circuit, par exemple un serpentin de cuivre sur une carte de circuit imprimé. L'épaisseur de la carte et de la microbobine est de The term “microbool” is understood here to mean a winding coil formed on a circuit, for example a copper coil on a printed circuit board. The thickness of the card and the micro-coil is
l'ordre de 1 mm.around 1 mm.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description The invention will be better understood on studying the description
détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement instrumenté, selon un mode de réalisation de l'invention; -la figure 2 est une vue partielle du capteur de la figure 1 -la figure 3 est une vue de face en élévation du codeur de la figure 1; -la figure 4 est un graphique des courbes des signaux de sortie de deux bobines; et detail of some embodiments taken by way of non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which: FIG. 1 is a view in axial section of an instrumented rolling bearing, according to an embodiment of the invention ; FIG. 2 is a partial view of the sensor of FIG. 1 — FIG. 3 is a front elevation view of the encoder of FIG. 1; FIG. 4 is a graph of the curves of the output signals of two coils; and
-la figure 5 est un schéma électrique du capteur. FIG. 5 is an electrical diagram of the sensor.
Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le palier à roulement 1 comprend une bague extérieure 2, une bague intérieure 3, une rangée d'éléments roulants 4, ici des billes, disposés entre la bague extérieure 2 et la bague intérieure 3 et maintenus par une cage 5, un joint d'étanchéité 6 sur l'un de ses côtés, et sur le côté opposé un capteur de vitesse 5 solidaire de la bague extérieure 2 et un codeur 8 solidaire de As illustrated in Figure 1, the rolling bearing 1 comprises an outer ring 2, an inner ring 3, a row of rolling elements 4, here balls, arranged between the outer ring 2 and the inner ring 3 and held by a cage 5, a seal 6 on one of its sides, and on the opposite side a speed sensor 5 secured to the outer ring 2 and an encoder 8 secured to
la bague intérieure 3.the inner ring 3.
Dans le mode de réalisation représenté, la bague extérieure est non tournante et la bague intérieure est tournante. Toutefois, la In the embodiment shown, the outer ring is non-rotating and the inner ring is rotating. However, the
disposition inverse est parfaitement envisageable. reverse arrangement is perfectly possible.
Le capteur 7 comprend une partie de détection 9 illustrée plus en détail sur la figure 2, un bloc-support 10 en matériau synthétique, et un élément métallique 11 emmanché sur une portée de la bague extérieure 2, ici dans la rainure servant habituellement à la fixation du joint d'étanchéité prévue dans les roulements non instrumentés. Un câble 12 relié à la partie de détection 9 permet de transmettre des informations de vitesse, ou plus généralement des paramètres de rotation à d'autres unités aptes à exploiter de telles données et qui The sensor 7 comprises a detection part 9 illustrated in more detail in FIG. 2, a support block 10 made of synthetic material, and a metal element 11 fitted on a surface of the outer ring 2, here in the groove usually used for the fixing of the seal provided in non-instrumented bearings. A cable 12 connected to the detection part 9 makes it possible to transmit speed information, or more generally rotation parameters, to other units able to use such data and which
n'ont pas été représentées.were not represented.
L'élément métallique 11 se complète par une courte portion radiale dirigée vers l'extérieur à partir de la portion lla et en contact d'un côté avec la surface radiale d'extrémité 2c de la bague extérieure 2, et de l'autre côté avec le bloc-support 10 du capteur 7, et par une portion axiale lic s'étendant à partir de l'extrémité libre de la portion radiale llb qui entoure radialement le bloc-support 10, à l'exception de la zone de sortie du câble 12 o il est prévu que le bloc-support 10 s'étende vers l'extérieur, formant une protubérance 21 entourant le The metallic element 11 is completed by a short radial portion directed outwards from the portion 11a and in contact on one side with the radial end surface 2c of the outer ring 2, and on the other side with the support block 10 of the sensor 7, and by an axial portion lic extending from the free end of the radial portion llb which radially surrounds the support block 10, with the exception of the exit zone of the cable 12 o it is intended that the support block 10 extends outwards, forming a protuberance 21 surrounding the
câble 12 et protégeant sa sortie.cable 12 and protecting its output.
Le bloc-support 10 est réalisé en matériau synthétique et présente une forme générale annulaire avec la protubérance 21 en saillie sur sa périphérie et un creux axial à partir de sa face radiale du côté du roulement qui constitue un logement pour la partie de détection 9 en la recouvrant sur sa face opposée au roulement et sur son épaisseur dans le sens radial. Le bloc-support 10 et la partie de The support block 10 is made of synthetic material and has a generally annular shape with the protrusion 21 projecting from its periphery and an axial recess from its radial face on the side of the bearing which constitutes a housing for the detection part 9 in covering it on its face opposite to the bearing and on its thickness in the radial direction. The support block 10 and the part of
détection 9 sont solidaires.detection 9 are interdependent.
Le codeur 8, voir figures 1 et 3, comprend une partie de support 13 et une partie opérationnelle 14. La partie de support 13 est de forme tubulaire emmanchée sur une portée cylindrique 3a de la bague intérieure 3 formée entre la piste de roulement 3b qui est en contact avec les éléments roulants 4 et une surface radiale 3c qui forme l'extrémité de la bague intérieure 3 dans le sens axial du côté du capteur. La partie opérationnelle 14 est radiale et présente une périphérie dont la distance radiale h par rapport à la partie de support 13 varie progressivement et de façon continue en fonction de la position angulaire cc par rapport à un repère. On entend par " varie progressivement et de façon continue ", le fait que la distance radiale h est continue et que la dérivée de la distance radiale h par rapport à l'angle cc qui s'écrit d est continue. Ici, la périphérie 15 de la partie opérationnelle 14 est circulaire et centrée sur un axe parallèle à l'axe de la portion de support 13. En d'autres termes, la partie opérationnelle 14 présente une hauteur radiale variable h sans The encoder 8, see FIGS. 1 and 3, comprises a support part 13 and an operational part 14. The support part 13 is of tubular shape fitted on a cylindrical surface 3a of the inner ring 3 formed between the rolling track 3b which is in contact with the rolling elements 4 and a radial surface 3c which forms the end of the inner ring 3 in the axial direction on the side of the sensor. The operational part 14 is radial and has a periphery whose radial distance h relative to the support part 13 varies gradually and continuously as a function of the angular position cc relative to a reference. By "varies gradually and continuously" is meant the fact that the radial distance h is continuous and that the derivative of the radial distance h with respect to the angle cc which is written d is continuous. Here, the periphery 15 of the operational part 14 is circular and centered on an axis parallel to the axis of the support portion 13. In other words, the operational part 14 has a variable radial height h without
présenter de discontinuités de matière dans le sens circonférentiel. present discontinuities of material in the circumferential direction.
Cette hauteur radiale variable h peut s'exprimer en fonction de l'angle par la relation h = e cos cc - r + R12-(e sincx)2, voir figure 3. E est l'excentration entre l'axe de rotation du codeur et l'axe géométrique du cercle de rayon Rldéfinissant la périphérie du codeur; r est le rayon du cercle définissant la base de la partie opérationnelle du codeur. Par ailleurs, on a R = r + h A titre de variante, la partie opérationnelle 14 peut être de pourtour ovale coaxial à la partie de support 13 ou présenter un certain This variable radial height h can be expressed as a function of the angle by the relation h = e cos cc - r + R12- (e sincx) 2, see Figure 3. E is the eccentricity between the axis of rotation of the encoder and the geometric axis of the circle of radius Rd defining the periphery of the encoder; r is the radius of the circle defining the base of the operational part of the encoder. Furthermore, we have R = r + h. As a variant, the operational part 14 can be of oval circumference coaxial with the support part 13 or have a certain
nombre de lobes.number of lobes.
La partie opérationnelle 14 et la partie de support 13 sont réalisées de façon monobloc, d'o une construction économique et particulièrement robuste. Le codeur 8 peut être réalisé à partir d'une The operational part 14 and the support part 13 are made in one piece, resulting in an economical and particularly robust construction. The encoder 8 can be produced from a
tôle métallique au moyen d'étapes d'emboutissage. sheet metal by means of stamping steps.
On remarque que la partie opérationnelle 14 est légèrement en retrait par rapport à la surface radiale 3c de la bague intérieure 3. Le codeur 8 est donc particulièrement compact et se trouve disposé dans l'espace défini radialement entre les bagues 2 et 3 du roulement et axialement entre les éléments roulants 4 et le plan radial par lequel It will be noted that the operational part 14 is slightly set back relative to the radial surface 3c of the inner ring 3. The encoder 8 is therefore particularly compact and is located in the space defined radially between the rings 2 and 3 of the bearing and axially between the rolling elements 4 and the radial plane through which
passent les surfaces d'extrémité 2c, 3c desdites bagues 2 et 3. pass the end surfaces 2c, 3c of said rings 2 and 3.
La partie de détection 9 du capteur 7 comprend un support 17 sur lequel sont montés un circuit intégré 18, par exemple de type ASIC, et qui est destiné au traitement des données, quatre microbobines 19 à 22 décalées de 900 deux à deux et quatre condensateurs 23 à 26 (cf figure 5), chacun disposé parallèlement aux microbobines 19 à 22, notamment pour effectuer un filtrage. Deux microbobines 19 et 21, 20 et 22 décalées de 90 sont disposées en série. Avantageusement, les condensateurs 23 à 26 sont intégrés dans The detection part 9 of the sensor 7 comprises a support 17 on which are mounted an integrated circuit 18, for example of the ASIC type, and which is intended for data processing, four microbools 19 to 22 offset by 900 two by two and four capacitors 23 to 26 (see FIG. 5), each arranged parallel to the microbools 19 to 22, in particular for filtering. Two microbools 19 and 21, 20 and 22 offset by 90 are arranged in series. Advantageously, the capacitors 23 to 26 are integrated in
le circuit 18.circuit 18.
La partie de détection 9 est disposée axialement à une faible distance de la partie opérationnelle 14 du codeur 8 et occupe un secteur angulaire de l'ordre de 1200, tout en étant insérée dans le blocsupport 10 qui est lui circulaire. La partie de détection 9 possède une face non recouverte par la matière du bloc-support 10 et orientée en The detection part 9 is disposed axially at a small distance from the operational part 14 of the encoder 8 and occupies an angular sector of the order of 1200, while being inserted in the support block 10 which is itself circular. The detection part 9 has a face not covered by the material of the support block 10 and oriented in
regard du codeur 8.look of the encoder 8.
Les microbobines 19 à 22 sont du type à enroulement plan perpendiculairement à l'axe de rotation et peuvent être du genre circuit imprimé. La planéité des enroulements assure une compacité axiale excellente au capteur 7. En outre, les bobines 19 à 22 présentent un contour extérieur carré et sont disposées deux d'un côté et de l'autre du circuit de traitement des données 18 sur l'arc de cercle formé par le support 17. Les bobines 19 à 22 et les condensateurs 23 à 26 sont reliés au circuit de traitement des données 18, lui-même relié de façon The microbools 19 to 22 are of the planar winding type perpendicular to the axis of rotation and can be of the printed circuit type. The flatness of the windings provides excellent axial compactness to the sensor 7. In addition, the coils 19 to 22 have a square external contour and are arranged two on one side and the other of the data processing circuit 18 on the arc of circle formed by the support 17. The coils 19 to 22 and the capacitors 23 to 26 are connected to the data processing circuit 18, itself connected so
non représentée au câble 12.not shown on cable 12.
L'élément métallique 11 comprend une partie formant crochet lia repliée dans la rainure de la bague extérieure 2 servant habituellement à l'accrochage d'un élément d'étanchéité qui, dans un roulement non instrumenté, est classiquement symétrique du joint The metal element 11 comprises a hook part 11a folded back in the groove of the outer ring 2 usually serving for the attachment of a sealing element which, in an uninstrumented bearing, is conventionally symmetrical to the seal
d'étanchéité 6.sealing 6.
Le mode de fonctionnement de l'ensemble capteur-codeur est le suivant. Les bobines 19 à 22 alimentées en énergie électrique par exemple par une tension continue créent un champ magnétique dont les lignes de champ, qui tendent à passer par la partie opérationnelle 14 du codeur 8, sont modifiées selon la hauteur radiale de la partie opérationnelle 14. La rotation du codeur provoque donc une variation linéaire de courant dans les bobines, ceci constituant la base du signal The operating mode of the sensor-encoder assembly is as follows. The coils 19 to 22 supplied with electrical energy, for example by a DC voltage, create a magnetic field whose field lines, which tend to pass through the operational part 14 of the encoder 8, are modified according to the radial height of the operational part 14. The rotation of the encoder therefore causes a linear variation of current in the coils, this constituting the basis of the signal.
qui sera ensuite traité de façon adéquate par le circuit 18. which will then be adequately processed by circuit 18.
Chaque bobine 19 à 22 est associée à un condensateur 23 à 26 Each coil 19 to 22 is associated with a capacitor 23 to 26
qui contribue à la linéarité du signal. which contributes to the linearity of the signal.
Comme la partie opérationnelle 14 du codeur 8 présente une hauteur variant sinusodalement sur un tour, le signal de sortie est un signal analogique de forme sinusodale simple ce qui est intéressant As the operational part 14 of the encoder 8 has a height varying sinusodally over one revolution, the output signal is an analog signal of simple sinusodal form which is interesting.
pour le traitement effectué en aval du capteur. for processing downstream of the sensor.
Le codeur peut être réalisé en un matériau métallique magnétique, comme l'acier, ou encore amagnétique, comme The encoder can be made of a magnetic metallic material, such as steel, or non-magnetic, such as
l'aluminium ou le cuivre.aluminum or copper.
Il est avantageux de réaliser le codeur 8 en un matériau amagnétique et électriquement conducteur, notamment si une utilisation du roulement instrumenté dans des champs magnétiques intenses est prévue. On évite ainsi que le champ magnétique intense S extérieur au roulement instrumenté ne perturbe la mesure, par exemple It is advantageous to produce the encoder 8 from a nonmagnetic and electrically conductive material, in particular if use of the instrumented bearing in intense magnetic fields is planned. This prevents the intense magnetic field S outside the instrumented bearing from disturbing the measurement, for example
par saturation du codeur.by saturation of the encoder.
Les microbobines 19 à 22 fonctionnent par paires 27, 28 pour fournir un signal différentiel. Lorsque le codeur défile à rotation devant le capteur, la variation de hauteur radiale de la partie opérationnelle 14 provoque une variation de la masse métallique qui se trouve en face des microbobines 19 à 22. Les paires de bobines 19 à 22 sont décalées angulairement. Les bobines de la paire 27 sont donc disposées en face d'une portion de la partie opérationnelle 14 de hauteur radiale différente de celle de la portion de la partie opérationnelle 14 en face de laquelle se trouvent les bobines de la paire 28. Il en résulte des variations des courants induits différentes qui génèrent une différence de phase des courants en sortie des bobines. Sur la figure 4, sont illustrées les formes d'onde du signal en sortie de chacune des paires 27, 28 de bobines 19 à 22. Ce déphasage peut alors être traité et extrait de façon adéquate par le circuit de traitement 18, afin d'obtenir les informations désirées, telles que la position angulaire absolue, le sens de rotation, la vitesse, etc. De préférence, les paires de bobines sont décalées de 900 et émettent en sortie un signal sinusodal et un signal cosinusodal représentatif du même angle O. La position angulaire absolue peut alors être calculée de façon unique par 0 = Arctan(sinO/cosO), du fait que le système génère une seule valeur sinus/cosinus par tour mécanique du codeur 8. Ce calcul peut être effectué par le circuit 18 Microbools 19 to 22 operate in pairs 27, 28 to provide a differential signal. When the encoder scrolls in rotation in front of the sensor, the variation in radial height of the operational part 14 causes a variation in the metal mass which is located opposite the microbools 19 to 22. The pairs of coils 19 to 22 are angularly offset. The coils of the pair 27 are therefore arranged opposite a portion of the operational part 14 of radial height different from that of the portion of the operational part 14 opposite which the coils of the pair 28 are located. This results variations in different induced currents which generate a phase difference in the currents at the output of the coils. In FIG. 4, the waveforms of the signal at the output of each of the pairs 27, 28 of coils 19 to 22 are illustrated. This phase shift can then be processed and extracted adequately by the processing circuit 18, in order to obtain the desired information, such as absolute angular position, direction of rotation, speed, etc. Preferably, the pairs of coils are offset by 900 and output a sine signal and a cosine signal representative of the same angle O. The absolute angular position can then be calculated uniquely by 0 = Arctan (sinO / cosO), from causes the system to generate a single sine / cosine value per mechanical revolution of the encoder 8. This calculation can be performed by circuit 18
ou par un autre circuit monté en aval et non représenté. or by another circuit mounted downstream and not shown.
La génération du signal électronique ne dépend donc pas du niveau ou de la direction d'un champ magnétique capté par les microbobines, mais de la modification des courants induits dans celleci en présence des variations des masses métalliques défilant devant lesdites microbobines. Les bobines 19 à 22 sont réparties sur le support 17 avec une position radiale et un pas angulaire adéquat pour coopérer avec la partie opérationnelle 14 du codeur 8 et fournir les signaux voulus. On peut, si nécessaire, augmenter le nombre de bobines 19 à 22 dans le sens circonférentiel, ou encore utiliser un empilage de plusieurs bobines dans le sens axial, afin d'obtenir des The generation of the electronic signal therefore does not depend on the level or direction of a magnetic field picked up by the microbobins, but on the modification of the currents induced in it in the presence of variations in the metallic masses passing past said microbobins. The coils 19 to 22 are distributed on the support 17 with a radial position and an adequate angular pitch to cooperate with the operational part 14 of the encoder 8 and supply the desired signals. It is possible, if necessary, to increase the number of coils 19 to 22 in the circumferential direction, or alternatively to use a stack of several coils in the axial direction, in order to obtain
signaux de plus forte puissance.stronger signals.
L'épaisseur des microbobines étant extrêmement faible, de même que celle du circuit de traitement 18, le capteur 7 a des dimensions axiales extrêmement réduites, permettant une intégration dans un bloc-capteur 10 présentant lui-même des dimensions axiales très faibles. De même, le codeur peut, de par sa structure, présenter une épaisseur axiale très faible et être intégré sans problème dans l'espace compris entre les bagues du roulement, de telle sorte que ledit codeur n'affecte pas les dimensions externes du roulement Since the thickness of the microbrobes is extremely small, as is that of the processing circuit 18, the sensor 7 has extremely reduced axial dimensions, allowing integration into a sensor block 10 which itself has very small axial dimensions. Similarly, the encoder can, by its structure, have a very small axial thickness and be integrated without problem in the space between the rings of the bearing, so that said encoder does not affect the external dimensions of the bearing.
instrumenté.instrumented.
Sur la figure 5, sont illustrées de façon plus détaillée les fonctions électriques du système. On voit que les bobines 19 à 22 sont groupées en deux paires référencées 27 et 28 et représentées par un In FIG. 5, the electrical functions of the system are illustrated in more detail. It can be seen that the coils 19 to 22 are grouped in two pairs referenced 27 and 28 and represented by a
cadre en traits discontinus.frame in broken lines.
Les bobines 19 à 22 et les condensateurs 23 à 26 sont reliés au circuit de traitement 18, qui contribue à la linéarité des signaux des bobines. Le circuit de traitement 18 comprend deux démodulateurs de phase 29 et 30 reliés à la sortie de chacune des bobines 19 à 22. Le circuit 18 comprend en outre deux comparateurs interpolateurs 31, 32, The coils 19 to 22 and the capacitors 23 to 26 are connected to the processing circuit 18, which contributes to the linearity of the signals of the coils. The processing circuit 18 comprises two phase demodulators 29 and 30 connected to the output of each of the coils 19 to 22. The circuit 18 also comprises two interpolator comparators 31, 32,
montés respectivement en sortie des démodulateurs de phase 29 et 30. mounted respectively at the output of the phase demodulators 29 and 30.
En sortie, le circuit de traitement 18 émet un signal numérique représentatif d'au moins un paramètre de rotation du roulement, tel que la position angulaire absolue, le sens de rotation, la vitesse, l'accélération, etc. On réalise ainsi un roulement instrumenté facilement intégrable dans un ensemble mécanique du fait de son faible encombrement, apte à fonctionner à des températures élevées, telles que celles régnant dans un moteur électrique, et apte à fonctionner dans un environnement At output, the processing circuit 18 emits a digital signal representative of at least one parameter of rotation of the bearing, such as the absolute angular position, the direction of rotation, the speed, the acceleration, etc. This produces an instrumented bearing that can be easily integrated into a mechanical assembly due to its small size, capable of operating at high temperatures, such as those prevailing in an electric motor, and capable of operating in an environment.
soumis à des champs magnétiques de forte puissance. subjected to strong magnetic fields.
il Ces qualités confèrent au roulement instrumenté, selon l'invention, des aptitudes intéressantes pour son utilisation dans un moteur électrique synchrone de forte puissance, le roulement instrumenté pouvant remplir à la fois la fonction mécanique de palier et les fonctions électroniques de détection nécessaires au pilotage du moteur. Le roulement instrumenté suivant l'invention pourra donc être utilisé dans de nombreux domaines industriels et applications, tels que les robots, les colonnes de direction pour véhicules automobiles, les véhicules de manutention, etc. These qualities confer on the instrumented bearing, according to the invention, advantageous aptitudes for its use in a high-power synchronous electric motor, the instrumented bearing being able to fulfill both the mechanical bearing function and the electronic detection functions necessary for piloting. of the motor. The instrumented bearing according to the invention can therefore be used in many industrial fields and applications, such as robots, steering columns for motor vehicles, handling vehicles, etc.
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