FR2851650A1 - Rotation parameter e.g. displacement, detecting device for ball bearings revolving ring, has coding ring with low and high resolution tracks presenting radial active surfaces respectively disposed axially with respect to two sensors - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de détection de paramètre de rotation et palier à roulement.Rotation parameter detection device and rolling bearing.
La présente invention concerne les anneaux ou disques codeurs, 5 appelés également " bagues d'impulsion ", disposés sur un organe tournant et comportant au moins deux pistes de codage, chaque piste étant destinée à travailler en coopération avec au moins un capteur correspondant en vue de délivrer un signal permettant de déterminer la valeur du paramètre à mesurer, telle que le déplacement, la vitesse ou 10 l'accélération angulaire de l'organe tournant. The present invention relates to coding rings or discs, also called "impulse rings", arranged on a rotating member and comprising at least two coding tracks, each track being intended to work in cooperation with at least one corresponding sensor in view. to deliver a signal making it possible to determine the value of the parameter to be measured, such as the displacement, the speed or the angular acceleration of the rotating member.
La nécessité d'un anneau codeur comportant plusieurs pistes est due à des applications dans lesquelles le signal recherché est un signal haute résolution accompagné d'un signal index et/ou d'un autre signal basse résolution, les signaux étant exploités séparément ou en 15 combinaison pour les besoins de l'application. Chaque piste comporte des éléments de codage dont la structure dépend du type de capteur avec lequel fonctionne ladite piste. On peut se référer au document US 4 599 561. The need for an encoder ring comprising several tracks is due to applications in which the sought signal is a high resolution signal accompanied by an index signal and / or another low resolution signal, the signals being used separately or in 15 combination for application purposes. Each track has coding elements whose structure depends on the type of sensor with which said track operates. Reference may be made to document US Pat. No. 4,599,561.
Des éléments de codage magnétiques, tels qu'un anneau 20 multipolaire, fonctionnent avec des capteurs magnétosensibles tels que sondes à effet Hall ou des magnétorésistances. Magnetic coding elements, such as a multipole ring, operate with magnetosensitive sensors such as Hall effect probes or magnetoresistors.
Des éléments de codage, tels que des graduations optiques, traits réfléchissants ou opaques, fonctionnent avec des capteurs optiques. Il s'agit alors d'une détection optique par réflexion. Coding elements, such as optical graduations, reflecting or opaque lines, work with optical sensors. It is then an optical detection by reflection.
D'autres éléments de codages, tels que des encoches ménagées dans un disque, peuvent fonctionner avec des capteurs optiques au moyen d'un faisceau lumineux traversant ou bien avec des capteurs inductifs ou bien encore avec un couplage aimant et capteur magnétosensible. Other coding elements, such as notches formed in a disc, can operate with optical sensors by means of a traversing light beam or with inductive sensors or even with a magnet and magnetosensitive sensor coupling.
Le document US 4 599 561 décrit un codeur multipistes. The document US Pat. No. 4,599,561 describes a multitrack coder.
Toutefois, le regroupement des pistes sur une même surface est pénalisant pour l'encombrement. La proximité de deux pistes contiguÙs peut poser certains problèmes de détection en raison de la position du signal, par exemple dans le cas de pistes magnétiques. La magnétisation d'une piste peut perturber et modifier la magnétisation de l'autre piste. Les capteurs peuvent être influencés par les deux pistes à la fois si celles- ci sont très proches. However, the grouping of tracks on the same surface is penalizing for congestion. The proximity of two contiguous tracks can pose certain detection problems due to the position of the signal, for example in the case of magnetic tracks. The magnetization of one track can disturb and modify the magnetization of the other track. The sensors can be influenced by both tracks at the same time if they are very close.
L'utilisation éventuelle de modes de détection différents ne 5 rend pas toujours possible la cohabitation côte à côte des capteurs, d'o un encombrement accru. The possible use of different detection modes does not always make it possible for the sensors to coexist side by side, resulting in increased bulk.
L'invention se propose de résoudre ces problèmes. The invention proposes to solve these problems.
L'invention propose un anneau codeur multipistes, de faible encombrement, économique et de détection aisée. The invention provides a multitrack coder ring, compact, economical and easy to detect.
L'invention propose également un dispositif de détection et un palier à roulement ainsi équipé. The invention also provides a detection device and a rolling bearing thus equipped.
Le dispositif de détection de paramètres de rotation d'un élément tournant, selon un aspect de l'invention, comprend un organe codeur multipistes. Chaque piste de codage comprend au moins un 15 élément de codage. Au moins une première piste de codage présente une surface active sensiblement radiale disposée axialement en regard d'un premier capteur, et au moins une deuxième piste de codage présente une surface active disposée radialement en regard d'un deuxième capteur. On peut ainsi réaliser une détection radiale et une 20 détection axiale, ce qui permet de conserver un encombrement raisonnable tout en séparant suffisamment les pistes et tout en autorisant des modes de détection différents ou identiques. The device for detecting parameters of rotation of a rotating element, according to one aspect of the invention, comprises a multitrack coding member. Each coding track includes at least one coding element. At least a first coding track has a substantially radial active surface disposed axially opposite a first sensor, and at least a second coding track has an active surface disposed radially opposite a second sensor. It is thus possible to carry out a radial detection and an axial detection, which makes it possible to maintain a reasonable bulk while sufficiently separating the tracks and while allowing different or identical detection modes.
Avantageusement, la surface active de la deuxième piste est cylindrique. La surface active de la deuxième piste peut être une 25 surface de révolution. La surface active de la deuxième piste peut être extérieure. Advantageously, the active surface of the second track is cylindrical. The active surface of the second track can be a surface of revolution. The active surface of the second track can be external.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la deuxième piste est à haute résolution et la première piste est à basse résolution. In one embodiment of the invention, the second track is at high resolution and the first track is at low resolution.
De préférence, les première et deuxième pistes sont solidaires 30 d'un même support. La deuxième piste peut être formée dans le support de la première. Le support peut être annulaire. Preferably, the first and second tracks are integral with the same support. The second track can be formed in the support of the first. The support can be annular.
Dans un mode de réalisation, le support est massif. In one embodiment, the support is massive.
Dans un autre mode de réalisation, le support présente une section en L ou en C. Le support peut être réalisé en tôle emboutie. In another embodiment, the support has an L or C section. The support can be made of stamped sheet metal.
Dans un mode de réalisation de l'invention, au moins une piste comprend un matériau synthétique chargé de particules magnétisées. In one embodiment of the invention, at least one track comprises a synthetic material loaded with magnetized particles.
Dans un mode de réalisation de l'invention, au moins une piste comprend une succession de parties pleines et évidées formées dans un matériau ferromagnétique. In one embodiment of the invention, at least one track comprises a succession of solid and recessed parts formed in a ferromagnetic material.
L'invention propose également un palier à roulement comprenant une bague tournante, une bague non tournante, au moins une rangée d'éléments roulants et un dispositif de détection de paramètres de rotation, tel que ci-dessus. L'organe codeur peut être 10 solidaire de la bague tournante, tandis que les capteurs sont solidaires de la bague non tournante. The invention also provides a rolling bearing comprising a rotating ring, a non-rotating ring, at least one row of rolling elements and a device for detecting rotation parameters, as above. The encoder member can be secured to the rotating ring, while the sensors are secured to the non-rotating ring.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue de face en élévation d'un anneau codeur selon un premier mode de réalisation de l'invention; -la figure 2 est une vue en coupe axiale de l'anneau codeur de la figure 1; -la figure 3 est une vue de face en élévation d'un anneau 20 codeur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; -la figure 4 est une vue en coupe axiale de l'anneau codeur de la figure 3; et -la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention. The present invention will be better understood on studying the detailed description of an embodiment taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawings, in which: FIG. 1 is a front view in elevation d 'an encoder ring according to a first embodiment of the invention; FIG. 2 is a view in axial section of the coding ring of FIG. 1; FIG. 3 is a front elevation view of an encoder ring according to a second embodiment of the invention; FIG. 4 is a view in axial section of the coding ring of FIG. 3; and FIG. 5 is a view in axial section of a rolling bearing according to an embodiment of the invention.
Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, l'anneau codeur 1 est destiné à coopérer avec un ensemble capteur 2 visible sur la figure 2. L'anneau codeur 1 comprend un support massif annulaire 3 de section rectangulaire réalisé en métal, présentant un alésage 3a, une surface extérieure cylindrique 3b, une surface radiale 3c et une surface 30 radiale 3d opposée à la surface radiale 3c. L'anneau codeur 1 comprend une première piste de codage 4 disposée sur la surface radiale 3c et une deuxième piste de codage 5 disposée sur la surface extérieure 3b du support 3. Les pistes de codage 4 et 5 sont réalisées en matériau de synthèse chargé de particules magnétisées ou magnétisables, par exemple en plastoferrite. La première piste de codage 4 présente 36 éléments de codage circonférentiellement régulièrement répartis de polarités successivement opposées et occupe une partie seulement de la surface radiale 3c du support 3 en étant 5 disposée à distance de la surface extérieure 3b. La deuxième piste de codage comprend 72 éléments de codage circonférentiellement régulièrement répartis présentant successivement des polarités opposées et recouvre l'ensemble de la surface extérieure 3b du support 3. As can be seen in FIGS. 1 and 2, the coding ring 1 is intended to cooperate with a sensor assembly 2 visible in FIG. 2. The coding ring 1 comprises a solid annular support 3 of rectangular section made of metal, having a bore 3a, a cylindrical outer surface 3b, a radial surface 3c and a radial surface 3d opposite to the radial surface 3c. The coding ring 1 comprises a first coding track 4 disposed on the radial surface 3c and a second coding track 5 disposed on the outer surface 3b of the support 3. The coding tracks 4 and 5 are made of synthetic material charged with magnetized or magnetizable particles, for example plastoferrite. The first coding track 4 has 36 circumferentially regularly distributed coding elements of successively opposite polarities and occupies only part of the radial surface 3c of the support 3 while being 5 spaced from the outer surface 3b. The second coding track comprises 72 circumferentially regularly distributed coding elements successively having opposite polarities and covers the entire external surface 3b of the support 3.
L'ensemble capteur 2 comprend deux capteurs 6 et 7, par exemple du type cellule à effet Hall, supportés par un support 8 tel qu'une carte de circuit imprimé. Le capteur 6 est disposé en regard de la piste de codage 4 avec un faible entrefer axial et est supporté directement par le support 8. Le support 8 est circonférentiellement 15 compact, limité à un certain secteur angulaire, et s'étend radialement substantiellement à partir de l'alésage 3a du support 3 jusque légèrement au-delà de la piste de codage 5. The sensor assembly 2 comprises two sensors 6 and 7, for example of the Hall effect cell type, supported by a support 8 such as a printed circuit board. The sensor 6 is arranged opposite the coding track 4 with a small axial gap and is supported directly by the support 8. The support 8 is circumferentially compact, limited to a certain angular sector, and extends radially substantially from from the bore 3a of the support 3 to slightly beyond the coding track 5.
Le capteur 7 est relié au support 8 et au circuit imprimé par une connexion 9 et est disposé en regard de la piste de codage 5 avec 20 un léger entrefer radial. The sensor 7 is connected to the support 8 and to the printed circuit by a connection 9 and is arranged opposite the coding track 5 with a slight radial air gap.
En d'autres termes, l'anneau codeur 1 comprend une piste extérieure 5 à haute résolution et une piste intérieure 4 à basse résolution. La piste haute résolution est disposée de préférence sur la périphérie de l'anneau codeur afin de bénéficier de la circonférence 25 maximum en vue d'une précision angulaire élevée et des très faibles variations d'entrefer avec le capteur, résultant directement des caractéristiques géométriques du roulement et de l'anneau codeur dans le sens radial. La piste basse résolution peut s'accommoder de variations d'entrefer un peu plus importantes entre la piste et le 30 capteur et est disposée sur la face radiale de l'anneau codeur. In other words, the encoder ring 1 comprises an outer track 5 at high resolution and an inner track 4 at low resolution. The high resolution track is preferably arranged on the periphery of the coding ring in order to benefit from the maximum circumference for high angular precision and very small air gap variations with the sensor, resulting directly from the geometric characteristics of the bearing and encoder ring in the radial direction. The low resolution track can accommodate slightly larger air gap variations between the track and the sensor and is arranged on the radial face of the coding ring.
En effet, la face de l'anneau codeur peut présenter certains battements axiaux, également appelés " voilage " consécutifs, d'une part, aux empilages de tolérances plus défavorables dans le sens axial que dans le sens radial, et d'autre part, aux imprécisions éventuelles de mise en place de l'anneau codeur 1 lors de son montage sur l'organe qui le supporte. Dans le cas d'un roulement, le jeu axial d'un roulement est beaucoup plus important, de l'ordre de 10 fois, que le jeu radial. Pour ces raisons, la face latérale de l'anneau codeur 1 est 5 réservée à la piste basse définition qui peut s'accommoder de ces légères imperfections sans altération notable du signal. In fact, the face of the coding ring can have certain axial beats, also called "fogging" consecutive, on the one hand, to stackings with more unfavorable tolerances in the axial direction than in the radial direction, and on the other hand, possible inaccuracies in the positioning of the coding ring 1 during its mounting on the member which supports it. In the case of a bearing, the axial clearance of a bearing is much greater, of the order of 10 times, than the radial clearance. For these reasons, the lateral face of the encoder ring 1 is reserved for the low definition track which can accommodate these slight imperfections without significant alteration of the signal.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, les éléments sont semblables à ceux des figures 1 et 2, à ceci près que le support 3 de l'anneau codeur 1 présente une section en C avec une 10 portion cylindrique extérieure 10, une portion radiale Il et une portion cylindrique intérieure 12. Le support 3 peut être formée par une rondelle obtenue par découpe et emboutissage d'une tôle en matériau ferromagnétique telle qu'une tôle d'acier doux. La piste de codage 5 est comme précédemment supportée par la surface extérieure 3b 15 formée par la portion cylindrique extérieure 10. La piste de codage 4 est formée directement dans la portion radiale Il sous la forme d'une pluralité de parties évidées, également appelées " fenêtres " 13 et de parties pleines 14 circonférentiellement régulièrement réparties sur la portion radiale 11. In the embodiment illustrated in FIGS. 3 and 4, the elements are similar to those of FIGS. 1 and 2, except that the support 3 of the coding ring 1 has a C section with an outer cylindrical portion 10 , a radial portion II and an inner cylindrical portion 12. The support 3 can be formed by a washer obtained by cutting and stamping a sheet of ferromagnetic material such as a sheet of mild steel. The coding track 5 is as previously supported by the external surface 3b 15 formed by the external cylindrical portion 10. The coding track 4 is formed directly in the radial portion II in the form of a plurality of recessed parts, also called " windows "13 and solid parts 14 circumferentially regularly distributed over the radial portion 11.
Dans le mode de réalisation illustré, la piste de codage 4 comprend 18 fenêtres 13 et 18 parties pleines 14 qui occupent un secteur angulaire supérieur à celui des fenêtres 13. L'ensemble capteur 2 comprend en outre un aimant 15 disposé du côté du support 8 opposé au capteur 6 et sensiblement au même niveau radial et circonférentiel 25 que ledit capteur 6 pour être en face de la piste de codage 4 et pour soumettre le capteur 6 à l'action de son champ magnétique. Le champ magnétique au niveau du capteur 6 varie selon qu'une fenêtre 13 ou une partie pleine 14 de la piste de codage 4 se trouve en face dudit capteur 6. In the illustrated embodiment, the coding track 4 comprises 18 windows 13 and 18 solid parts 14 which occupy an angular sector greater than that of the windows 13. The sensor assembly 2 also comprises a magnet 15 disposed on the side of the support 8 opposite to the sensor 6 and substantially at the same radial and circumferential level 25 as said sensor 6 to face the coding track 4 and to subject the sensor 6 to the action of its magnetic field. The magnetic field at the level of the sensor 6 varies according to whether a window 13 or a solid part 14 of the coding track 4 is located opposite said sensor 6.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, un palier à roulement 16 est équipé d'un anneau codeur 1 et d'un ensemble capteur 2 tel qu'illustré sur les figures 1 et 2. Le palier à roulement 16 comprend une bague intérieure 17 de type usiné, avec un chemin de roulement 18, une bague extérieure 19 de type usiné, avec un chemin de roulement intérieur 20, une rangée d'éléments roulants 21, ici des billes, maintenus par une cage 22, un joint d'étanchéité 23 monté dans une rainure 24 formée dans la bague extérieure 19 et venant frotter par une lèvre 25 sur une portée extérieure cylindrique de la bague 5 intérieure 17. L'anneau codeur 1 est monté par emmanchement sur une portée extérieure cylindrique de la bague intérieure 17 du côté des éléments roulants opposé au joint d'étanchéité 23. L'alésage 3a du support 3 sert donc de surface d'emmanchement. La surface radiale 3d du support 3 est disposée du côté des éléments roulants 21, tandis que 10 la surface radiale 3c affleure la surface radiale frontale des bagues 17 et 19. In the embodiment illustrated in FIG. 5, a rolling bearing 16 is equipped with an encoder ring 1 and a sensor assembly 2 as illustrated in FIGS. 1 and 2. The rolling bearing 16 comprises a ring interior 17 of the machined type, with a raceway 18, an outer ring 19 of the machined type, with an interior raceway 20, a row of rolling elements 21, here balls, held by a cage 22, a gasket seal 23 mounted in a groove 24 formed in the outer ring 19 and rubbing by a lip 25 on a cylindrical outer surface of the inner ring 5 17. The coding ring 1 is mounted by fitting on a cylindrical outer surface of the ring interior 17 on the side of the rolling elements opposite the seal 23. The bore 3a of the support 3 therefore serves as a fitting surface. The radial surface 3d of the support 3 is arranged on the side of the rolling elements 21, while the radial surface 3c is flush with the front radial surface of the rings 17 and 19.
L'ensemble capteur 2 est supporté par un porte capteur 26 réalisé en matériau synthétique et monté par accrochage dans une rainure 27 de la bague extérieure 19 symétrique de la rainure 24 par 15 rapport à un plan passant par le centre des éléments roulants 21. Le porte capteur 26 affleure ou est disposé très légèrement en retrait de la surface extérieure de la bague extérieure 19 tout en étant pourvu d'un terminal filaire 28 pour un fil 29, ledit terminal filaire 28 étant en saillie vers l'extérieur. Le porte capteur 26 est pourvu d'une ouverture 20 axiale 30 dans laquelle est disposé l'ensemble capteur 2, le support 8 étant en butée contre des épaulements 31 et 32 formés dans le trou 30, de façon que le capteur 6 se trouve en regard de la piste de codage 4 avec un faible entrefer axial et que le capteur 7 se trouve en regard de la piste de codage 5 et avec un faible entrefer radial. Un bouchon 33 25 vient fermer l'ouverture 30 et bloquer l'ensemble capteur 2 dans sa position de travail tout en interdisant l'intrusion d'éléments étrangers par ladite ouverture 30. The sensor assembly 2 is supported by a sensor holder 26 made of synthetic material and mounted by hooking in a groove 27 of the outer ring 19 symmetrical with the groove 24 relative to a plane passing through the center of the rolling elements 21. The sensor door 26 is flush or is disposed very slightly back from the outer surface of the outer ring 19 while being provided with a wired terminal 28 for a wire 29, said wired terminal 28 projecting outwards. The sensor holder 26 is provided with an axial opening 30 in which the sensor assembly 2 is disposed, the support 8 being in abutment against shoulders 31 and 32 formed in the hole 30, so that the sensor 6 is in facing the coding track 4 with a small axial gap and that the sensor 7 is facing the coding track 5 and with a small radial gap. A plug 33 25 closes the opening 30 and blocks the sensor assembly 2 in its working position while preventing the intrusion of foreign elements by said opening 30.
En outre, une nervure 34 en saillie axialement vers la bague intérieure 17 forme l'extrémité de petit diamètre du porte capteur 26, 30 qui présente une forme générale annulaire et forme un passage étroit avec ladite bague intérieure 17, prévenant ainsi l'intrusion d'éléments étrangers par cette voie. In addition, a rib 34 projecting axially towards the inner ring 17 forms the small diameter end of the sensor holder 26, 30 which has a generally annular shape and forms a narrow passage with said inner ring 17, thus preventing intrusion. 'foreign elements this way.
On dispose ainsi d'un roulement économique, qui peut être de type standard, équipé de moyens de détection de paramètres de rotation particulièrement fiables et compacts. This provides an economical bearing, which can be of the standard type, equipped with means for detecting particularly reliable and compact parameters of rotation.
Dans les exemples illustrés, les pistes de codage comportent 5 une pluralité d'éléments de codage sous forme de pôles ou d'encoches régulièrement répartis dans le sens circonférentiel. In the examples illustrated, the coding tracks comprise a plurality of coding elements in the form of poles or notches regularly distributed in the circumferential direction.
Toutefois, dans d'autres modes de réalisation, une des pistes, de préférence la piste basse résolution, peut comporter un élément de codage unique servant d'index pour un repérage précis de la position 10 angulaire. However, in other embodiments, one of the tracks, preferably the low resolution track, may include a single coding element serving as an index for precise location of the angular position.
On peut bien entendu prévoir différentes combinaisons de pistes de codage avec deux pistes optiques, l'une à transmission et l'autre à réflexion, deux pistes optiques à réflexion, une piste optique et une piste à pôles magnétiques, une piste optique et une piste à 15 encoches magnétiques, etc. Dans les différents modes de réalisation de l'invention, les pistes de codage sont disposées à quelque distance l'une de l'autre, de façon à éviter des perturbations, notamment optiques ou magnétiques, ou une influence d'un capteur par deux pistes à la fois. 20 It is of course possible to provide different combinations of coding tracks with two optical tracks, one with transmission and the other with reflection, two optical tracks with reflection, an optical track and a track with magnetic poles, an optical track and a track with 15 magnetic notches, etc. In the various embodiments of the invention, the coding tracks are arranged at a distance from one another, so as to avoid disturbances, in particular optical or magnetic, or influence of a sensor by two tracks at a time. 20
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