FR2858849A1

FR2858849A1 - Multipole magnetic encoder for internal combustion engine, has marking section that is limited from two sides of non magnetized central zone by magnetic poles in form of strips and of same polarization

Info

Publication number: FR2858849A1
Application number: FR0408877A
Authority: FR
Inventors: Heinz Mutterer; Erdal Kaya
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2003-08-15
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2005-02-18
Anticipated expiration: 2024-08-13
Also published as: FR2858849B1; DE10338120A1; JP2005062189A

Abstract

The encoder has a magnetic track with magnetization in the form of strip that is polarized alternately. A marking section (2) defines a top dead center of a cylinder of an internal combustion engine for measuring relative position of a crankshaft. The marking section is limited from two sides of a non magnetized central zone (5) by magnetic poles (3,4) in the form of strip and of same polarization.

Description

DESCRIPTIONDESCRIPTION

La présente invention concerne un encodeur multipôles magnétique, qui comprend au moins une piste magnétique avec une magnétisation en forme de bandes avec une polarité alternative et au moins une section de marquage pour définir un point de référence. The present invention relates to a magnetic multipole encoder, which comprises at least one magnetic strip with strip magnetization with an alternating polarity and at least one marking section for defining a reference point.

Il est connu de mettre en oeuvre de tels encodeurs multipôles pour enregistrer la vitesse de rotation ou la position relative, de pièces mécaniques rotatives, par exemple, pour détecter la position relative actuelle de l'arbre à manivelle d'un moteur à combustion interne. Les signaux ainsi obtenus sont généralement repris pour le réglage du moteur, plus particulièrement pour générer des impulsions d'injection ou des impulsions d'allumage. It is known to use such multipole encoders to record the speed of rotation or the relative position of rotating mechanical parts, for example, to detect the current relative position of the crankshaft of an internal combustion engine. The signals thus obtained are generally used for the adjustment of the motor, more particularly for generating injection pulses or ignition pulses.

De tels encodeurs multipôles comprennent généralement un corps de support essentiellement en forme d'anneau, composé par exemple d'un matériau métallique, qui est pourvu au moins au niveau du bord extérieur au moins d'une piste magnétique. Une magnétisation en bandes est appliquée dans la piste magnétique, magnétisation avec laquelle les pôles nord et sud s'alternent avec de petits écarts de division. La piste magnétique peut se composer, par exemple, d'un matériau thermoplastique chargé de ferrite magnétisé. Such multipole encoders generally comprise a substantially ring-shaped support body, composed for example of a metallic material, which is provided at least at the outer edge of at least one magnetic strip. A magnetization in bands is applied in the magnetic track, magnetization with which the north and south poles alternate with small differences of division. The magnetic strip may consist, for example, of a thermoplastic material loaded with magnetized ferrite.

Pour mesurer la position relative ou la vitesse de rotation d'un arbre, l'encodeur magnétique est généralement fixé à cet arbre. Il existe également des utilisations dans lesquelles l'encodeur est fixé à un carter qui tourne autour d'un arbre fixe. Lors de la rotation de l'arbre ou du carter, un champ magnétique changeant périodiquement en fonction des écarts de division du pôle magnétique se crée, champ magnétique qui peut être enregistré à l'aide d'un capteur magnétique. Le capteur, par exemple un capteur de Hall ou un capteur magnétorésistif, également appelé capteur MR ou capteur MRG (=MR Géant), transforme le champ magnétique changeant périodiquement en un signal électrique périodique qui, comme expliqué plus haut, peut être utilisé pour régler le moteur. To measure the relative position or rotational speed of a shaft, the magnetic encoder is usually attached to that shaft. There are also uses in which the encoder is attached to a housing that rotates around a fixed shaft. During the rotation of the shaft or housing, a magnetic field that changes periodically as a function of the differences in division of the magnetic pole is created, magnetic field that can be recorded using a magnetic sensor. The sensor, for example a Hall sensor or a magnetoresistive sensor, also called MR sensor or MRG sensor (= Giant MR), transforms the periodically changing magnetic field into a periodic electrical signal which, as explained above, can be used to adjust engine.

On sait également que, pour enregistrer l'angle de rotation dans l'encodeur multipôles magnétique, un marquage doit être effectué pour déterminer au moins une position qui correspond à un point de référence, par exemple, le point mort supérieur (P.M.S.) d'un cylindre d'un moteur à combustion interne. Ce marquage est généralement effectué via un pôle magnétique qui est principalement plus large que l'autre pôle magnétique eu égard à la division de l'écart. L'inconvénient d'une telle disposition réside dans le fait qu'un tel pôle magnétique élargi influence fortement les champs magnétiques générés par les pôles voisins, plus particulièrement supprime ceux dans la zone limitrophe, ce qui a un effet négatif sur l'erreur de division individuelle. It is also known that, in order to record the rotation angle in the magnetic multi-pole encoder, a marking must be performed to determine at least one position that corresponds to a reference point, for example, the upper dead center (MLS) of a cylinder of an internal combustion engine. This marking is usually done via a magnetic pole which is mainly wider than the other magnetic pole with regard to the division of the gap. The disadvantage of such an arrangement lies in the fact that such an enlarged magnetic pole strongly influences the magnetic fields generated by the neighboring poles, more particularly suppresses those in the adjacent zone, which has a negative effect on the error of individual division.

L'invention a pour but de développer un encodeur multipôles magnétique de l'art mentionné au début, de sorte que l'erreur de division individuelle générée par la section de marquage est réduite. It is an object of the invention to develop a magnetic multi-pole encoder of the art mentioned at the beginning, so that the individual division error generated by the marking section is reduced.

Ce but est atteint selon l'invention, par un encodeur multipôles magnétique qui comprend au moins une piste magnétique avec une magnétisation en forme de bandes avec une polarisation alternative et au moins une section de marquage, pour définir un point de référence, encodeur caractérisé en ce que la section de marquage comprend une zone centrale qui n'est pas magnétisée ou ne l'est que très faiblement ainsi que deux bandes magnétisées avec la même polarisation qui sont contiguës aux deux côtés de la zone centrale. Les pôles magnétiques limitant des deux côtés la section de marquage ont ainsi à peu près la même largeur de bande que les bandes restantes du modèle de bande standard de l'encodeur. De faibles écarts des largeurs de bandes peuvent résulter de l'optimisation de la répartition du champ magnétique eu égard à des erreurs de division individuelle aussi petites que possible. This object is achieved according to the invention, by a magnetic multipole encoder which comprises at least one magnetic strip with a magnetization in the form of strips with an alternating polarization and at least one marking section, for defining a reference point, an encoder characterized in that the marking section comprises a central zone which is not magnetized or is very weakly and two magnetized strips with the same polarization which are contiguous to both sides of the central zone. Magnetic poles limiting the marking section on both sides thus have approximately the same bandwidth as the remaining bands of the standard encoder band model. Small variations in bandwidths may result from optimizing the magnetic field distribution with regard to individual division errors as small as possible.

Comme la largeur de bande des pôles placés au bord de la section de marquage correspond à peu près à celle des autres pôles et comme la zone centrale n'est pas magnétisée ou ne l'est que très faiblement, la force du champ magnétique des pôles placés sur le bord correspond également à celle des pôles voisins, de sorte qu'une suppression des champs magnétiques des pôles voisins de la section de marquage n'est pas possible. Les inconvénients issus de l'état de la technique sont éliminés avec la solution selon l'invention. As the bandwidth of the poles placed at the edge of the marking section corresponds approximately to that of the other poles and since the central zone is not magnetized or is very weakly magnetized, the force of the magnetic field of the poles placed on the edge also corresponds to that of neighboring poles, so that a suppression of the magnetic fields of the poles adjacent to the marking section is not possible. The disadvantages resulting from the state of the art are eliminated with the solution according to the invention.

Les pôles magnétiques limitant des deux côtés la section de marquage ont la même polarisation. Une "progression" de la magnétisation dans la zone non magnétisée est largement évitée en raison de la répulsion opposée des mêmes pôles magnétiques. The magnetic poles limiting the marking section on both sides have the same polarization. A "progression" of the magnetization in the non-magnetized zone is largely avoided because of the opposite repulsion of the same magnetic poles.

Selon l'invention, la largeur des deux pôles magnétiques contigus aux deux côtés de la zone centrale de la section de marquage est optimisée pour réduire l'erreur de division individuelle. According to the invention, the width of the two magnetic poles contiguous to both sides of the central zone of the marking section is optimized to reduce the individual division error.

Un encodeur multipôles magnétique selon l'invention convient plus particulièrement pour mesurer la position relative, plus particulièrement dans le domaine automobile, par exemple pour mesurer la position relative d'un arbre à manivelle pour régler des impulsions d'allumage ou des impulsions d'injection du moteur. En principe, il peut cependant être placé partout où des processus doivent être enregistrés et/ou réglés à l'aide d'une piste magnétique avec une polarisation alternative, un point de référence devant au moins être défini. De plus, selon certaines utilisations, des dispositions linéaires d'une piste magnétique ou autres dispositions géométriques sont possibles. Il est évident que la réalisation selon l'invention de la section de marquage également pour les encodeurs multipôles magnétiques en forme d'anneau ne dépend pas du fait que ces encodeurs comportent une ou plusieurs pistes magnétiques ou que les pistes magnétiques sont disposées de façon axiale ou radiale au niveau du support annulaire. A magnetic multipole encoder according to the invention is more particularly suitable for measuring the relative position, more particularly in the automotive field, for example for measuring the relative position of a crank shaft for setting ignition pulses or injection pulses. of the motor. In principle, however, it can be placed wherever processes need to be recorded and / or adjusted using a magnetic stripe with an alternating bias, a reference point to be defined at least. In addition, according to certain uses, linear arrangements of a magnetic strip or other geometric arrangements are possible. It is obvious that the embodiment according to the invention of the marking section also for ring-shaped magnetic multipole encoders does not depend on the fact that these encoders comprise one or more magnetic tracks or that the magnetic tracks are arranged axially. or radial at the annular support.

L'invention est expliquée ci-après plus en détail à l'aide des figures. The invention is explained below in more detail with the aid of the figures.

Celles-ci illustrent: la figure 1 est une représentation schématique d'une vue de dessus d'un encodeur multipôles magnétique selon l'invention avec magnétisation en bandes; la figure 2 (figures 2a, 2b, et 2c) illustre l'allure schématique du signal dans différentes dispositions du capteur enregistrée dans un encodeur multipôles magnétique selon l'invention dans la section de marquage; la figure 3 illustre les signaux du capteur mesurés au niveau de l'encodeur multipôles magnétique selon l'invention de façon analogue aux courbes théoriques de la figure 2. These illustrate: FIG. 1 is a schematic representation of a view from above of a magnetic multipole encoder according to the invention with strip magnetization; FIG. 2 (FIGS. 2a, 2b, and 2c) illustrates the schematic shape of the signal in different arrangements of the sensor recorded in a magnetic multi-pole encoder according to the invention in the marking section; FIG. 3 illustrates the sensor signals measured at the magnetic multipole encoder according to the invention in a manner analogous to the theoretical curves of FIG. 2.

On reconnaît sur la figure 1 un encodeur multipôles magnétique 1 annulaire avec une magnétisation en bandes avec une polarisation alternative, dans lequel la section de marquage 2 est conçue pour définir une position de référence pour mesurer la position relative, selon l'invention. La section de marquage 2 est limitée des deux côtés par deux pôles magnétiques en forme de bandes 3 et 4 de même polarisation, ici pôle nord. Entre les deux pôles magnétiques 3, 4 se trouve une zone centrale non magnétisée 5. FIG. 1 shows an annular magnetic multipole encoder 1 with band magnetization with an alternating polarization, in which the marking section 2 is designed to define a reference position for measuring the relative position, according to the invention. The marking section 2 is bounded on both sides by two magnetic poles in the form of strips 3 and 4 of the same polarization, here north pole. Between the two magnetic poles 3, 4 is a non-magnetized central zone 5.

La figure 2 représente l'allure schématique du signal du capteur dans la zone d'une section de marquage d'un encodeur multipôles magnétique réalisée selon l'invention, avec un capteur de Hall (b) et un capteur MR (c). Pour faciliter l'affectation de l'allure du signal pour disposer le pôle magnétique, la disposition du pôle d'un encodeur multipôles magnétique 1 selon l'invention est représenté schématiquement (a) dans la zone de la section de marquage 2. On distingue que le capteur de Hall, qui est généralement placé de sorte qu'il génère un signal lors de la traversée d'un élément de champ magnétique vertical, émet également des signaux S3 et S4 non désirés dans la zone de la section de marquage 2. Ceux-ci sont générés par les deux pôles 3 et 4 limitant la section de marquage. En revanche, le capteur MR, qui réagit à des composants horizontaux de champ magnétique, montre le comportement souhaité : Après traversée d'un maximum de signal SsN au niveau du côté gauche de la section de marquage 2 lors du passage du pôle sud au pôle nord 3 du côté gauche de la section de marquage 2, le signal diminue, atteint la ligne nulle lors de la traversée de la zone 2 centrale non magnétisée et continue à diminuer jusqu'à un autre maximum de signal (négatif) SNS lorsqu'il atteint le passage du pôle nord du côté droit de la section de marquage jusqu'au pôle sud contigu de la magnétisation en bandes standard. Il en résulte que, lors de l'utilisation d'un capteur MR, l'interruption du signal" souhaitée a lieu dans la zone de la section de marquage. Un comportement analogue est également obtenu avec un capteur de Hall, lorsque celui-ci entre dans une "orientation d'installation MR", c'est-àdire de sorte que le composant de champ magnétique tangentiel frappe verticalement celui-ci. Ces différents principes de mesure de différents types de capteurs magnétiques sont connus de l'homme du métier, de sorte qu'il lui est possible, sans rien d'autre, de mettre en oeuvre l'encodeur multipôles magnétique selon l'invention avec un capteur approprié. FIG. 2 represents the schematic shape of the signal of the sensor in the zone of a marking section of a magnetic multipole encoder produced according to the invention, with a Hall sensor (b) and an MR sensor (c). In order to facilitate the assignment of the signal rate to arrange the magnetic pole, the pole arrangement of a magnetic multipole encoder 1 according to the invention is shown schematically (a) in the area of the marking section 2. There are that the Hall sensor, which is generally placed so that it generates a signal when traversing a vertical magnetic field element, also emits undesired signals S3 and S4 in the area of the marking section 2. These are generated by the two poles 3 and 4 limiting the marking section. On the other hand, the MR sensor, which reacts to horizontal components of the magnetic field, shows the desired behavior: After crossing a maximum of SsN signal at the left side of the marking section 2 during the passage from the south pole to the pole north 3 on the left side of the marking section 2, the signal decreases, reaches the zero line when crossing the non-magnetized central zone 2 and continues to decrease to another SNS (negative) signal maximum when reaches the north pole crossing on the right side of the marking section to the adjacent south pole of the magnetization in standard bands. As a result, when using an MR sensor, the interruption of the desired signal takes place in the area of the marking section.A similar behavior is also obtained with a Hall sensor, when this enters a "MR installation orientation", that is, the tangential magnetic field component strikes it vertically.These different principles of measurement of different types of magnetic sensors are known to those skilled in the art. , so that it is possible for it, without anything else, to implement the magnetic multipole encoder according to the invention with a suitable sensor.

La figure 3 illustre les allures des courbes de mesure obtenues au niveau d'un prototype d'un encodeur multipôles conforme à l'invention et analogues par rapport aux allures des courbes de la figure 2. On reconnaît que l'allure des courbes de mesure correspond en principe aux allures des courbes théoriques de la figure 2. Comme il s'agit d'un prototype d'encodeur multipôles qui n'est pas encore optimisé, les courbes de mesure sont encore partiellement asymétriques ou montrent des "suroscillations". Cela se corrige facilement avec un encodeur optimisé. Comme le montre le signal MR numérisé sur la figure 3, ces irrégularités se compensent d'elles-mêmes par le relèvement du seuil de commutation du capteur. Le signal MR numérisé correspond déjà largement à l'allure du signal souhaité. FIG. 3 illustrates the curves of the measurement curves obtained at the level of a prototype of a multipole encoder according to the invention and similar with respect to the curves of FIG. 2. It is recognized that the shape of the measurement curves corresponds in principle to the shape of the theoretical curves of Figure 2. As it is a prototype multipole encoder that is not yet optimized, the measurement curves are still partially asymmetrical or show "overshoot". This is easily corrected with an optimized encoder. As shown by the signal MR digitized in FIG. 3, these irregularities are self-compensating by raising the switching threshold of the sensor. The digitized MR signal already largely corresponds to the desired signal.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown in the accompanying drawings. Modifications are possible, particularly from the point of view of the constitution of the various elements or by substitution of technical equivalents, without departing from the scope of protection of the invention.

Claims

A magnetic multi-pole encoder, more particularly for measuring the relative position of a crankshaft of a vehicle, which comprises at least one magnetic strip with strip magnetization with an alternating polarization and at least one marking section for defining a reference position, characterized in that the marking section (2) comprises a central zone (5) which is not magnetized or is very weakly magnetized as well as two magnetized strips (3, 4) with the same polarization which are contiguous to both sides of the central zone (5).

Magnetic multi-pole encoder according to Claim 1, characterized in that the width of the two magnetic poles (3, 4) contiguous to both sides of the central zone (5) of the marking section (2) is optimized to reduce the individual division error.