L'invention se rapporte au domaine technique des roulements pourvus d'un moyen tournant générateur d'impulsions, appelé « codeur », un dispositif de détection, appelé « capteur », permettant l'obtention d'une information, telle que par exemple, la vitesse de rotation, la position angulaire et le sens de rotation d'un palier comprenant un tel roulement à codeur incorporé.

De tels paliers peuvent, par exemple, être employés pour les roues de véhicules automobiles pourvus de système anti-blocage des roues.

L'invention se rapporte plus particulièrement, mais non exclusivement, aux roulements à codeur magnétique incorporé, le capteur fonctionnellement associé étant de type magnétorésistance ou sonde à effet Hall.

Par « sonde à effet Hall », on désigne ici des capteurs comprenant au moins un élément sensible, généralement un semi-conducteur sous forme de plaquette, tel que, lorsqu'il est parcouru par un courant 1, en étant par ailleurs soumis à une induction B faisant avec le courant un angle 0, il apparaît dans une direction perpendiculaire au courant I et à l'induction B une tension V valant V=K. I. B. sin9, K étant appelé « constante de Hall », et étant caractéristique du matériau et de la géométrie de l'élément sensible, K variant avec la température.

Par « magnétorésistance », on désigne ici une varistance sensible à l'intensité d'un champ magnétique, en d'autres termes une résistance en matériau semiconducteur dont la valeur ohmique varie lorsque varie l'intensité d'un champ magnétique unidirectionnel appliqué perpendiculairement à la direction du courant qui parcourt la résistance.

Les sondes de Hall sont considérées comme des capteurs actifs, dans la mesure où l'information délivrée est liée à une force électromotrice.

Lorsque ces sondes de Hall sont utilisées pour la traduction de position ou de déplacement, l'aimant qui crée l'induction est le corps d'épreuve sur lequel agit la valeur primaire à mesurer, modifiant le mesurande secondaire, à savoir conventionnellement la composante normale de l'induction, mesurande auquel est directement sensible la sonde.

On connaît déjà, dans l'art antérieur, de nombreuses conceptions de roulements à codeur magnétique incorporé et capteur de type sonde à effet Hall ou magnétorésistance.

On peut se référer, par exemple, aux documents suivants : -demandes de brevet en France n° 2 667 947, 2 669 432, 2 669 728, 2 671 633, 2 678 691,2 678 692,2 690 989,2 693 272,2 694 082,2 702 567,2 710 985,2 718 499 ; -demandes de brevet européen n° 375 019, 420 040, 420 041, 438 624, 487 405, 488 853,498 298,518 157,521 789,522 933,531 924,557 931,557 932,647 851,693 689,701 132,701 133,714 029,745 857,751 311,753 679,767 385.

On peut se référer, également à titre d'exemple, aux documents suivants, issus de la demanderesse : <BR> -demandes de brevet en France n° 2 639 689, 2 640 706, 2 645 924, 2 730 283, 2 732 458,2 717 266, 2 701 298 ; -demandes de brevet européen n° 371 836, 376 771, 484 195, 394 083, 607 719, 616 219,619 438,631 140,652 438,671 628,725 281,735 348.

Lorsque l'on souhaite connaître tant la vitesse de rotation de la bague intérieure ou de la bague extérieure du roulement que le sens de rotation de cette bague, il est connu de disposer de deux signaux déphasés de 90° électrique, afin de définir le sens de rotation.

A fin de clarté, il est rappelé ici que deux signaux sinusoïdaux de même fréquence sont dits en quadrature lorsque ces signaux sont déphasés de nl2 ou 90° ou encore un quart

de cycle, c'est-à-dire que l'un des signaux est à sa valeur de crête lorsque l'autre passe par zéro.

Ainsi, par exemple, le document FR-A-2 599 794, issu de la demanderesse, décrit un palier ou roulement à capteur d'informations comportant un élément fixe supportant, dans un mode de réalisation, deux capteurs de Hall ou magnérorésistances écartés angulairement par un intervalle de n+0,5n, dans lequel n est la longueur d'un aimant.

Le document EP-A-395 783 décrit un palier à capteur pour mesurer la vitesse de rotation et/ou l'angle de rotation, comprenant un ou plusieurs capteurs à effet Hall.

Dans les dispositifs du type mentionné ci-dessus, les signaux déphasés sont issus de deux éléments sensibles à effet Hall ou magnétorésistances, placés sur un substrat ou implantés directement sur silicium à une distance définie et fixe entre eux, cette distance étant fonction du codeur.

Compte tenu de la distance inter-élément fixée par le principe même du capteur, dans le cas où la distance polaire n'est pas adaptée, les signaux digitaux issus des éléments sensibles ne sont pas en quadrature.

De sorte que les dispositifs connus de l'art antérieur présentent les inconvénients suivants : -la plage de longueur polaire, donc de codeur utilisable avec un capteur dual (c'est-à- dire à deux éléments sensibles), dont la longueur polaire est fixe, est limitée par la tolérance sur la quadrature des signaux digitaux de sortie ; <BR> <BR> <BR> <BR> -pour une longueur polaire correspondant à la distance inter-éléments, la tolérance sur les signaux de sortie est fonction de la technologie du capteur et de la précision de placement des éléments sensibles ; -dans le cas d'un capteur dual délivrant des signaux analogiques associés à un principe d'interpolation tel que décrit dans le document WO-97/01660 ou dans le document FR-97/12033, la précision requise concernant la quadrature des signaux

analogiques limite l'utilisation d'un tel capteur à des codeurs magnétiques dont la distance polaire correspond de manière précise à la distance inter-éléments.

L'invention se rapporte à un dispositif de détection du sens de rotation d'une bague extérieure ou d'une bague intérieure d'un roulement, ce dispositif permettant également la détection de la position angulaire et de la vitesse de rotation de ladite bague, ledit dispositif permettant une adaptation à différentes longueurs polaires et une annulation de l'offset magnétique.

A cet effet, l'invention a pour objet un roulement pourvu d'un moyen annulaire générateur d'impulsions magnétiques et d'un dispositif de détection de ces impulsions le dispositif de détection comprenant une pluralité d'éléments sensibles alignés.

Les éléments sensibles alignés sont, par exemple, choisis parmi le groupe comprenant les sondes à effet Hall, les magnétorésistances, les magnétorésistances géantes et sont placés à équidistance les uns des autres.

Suivant une réalisation, le moyen générateur d'impulsions est une pièce annulaire en matériau synthétique chargé de particule de ferrite formée d'une pluralité de domaines contigus à direction d'aimantation inversée d'un domaine donné par rapport aux deux domaines qui lui sont contigus.

Dans un premier mode de réalisation, le dispositif de détection comprend un nombre pair 2N d'éléments sensibles, par exemple divisé en deux sous-ensembles de N éléments, chaque élément sensible du premier sous ensemble étant connecté à un premier additionneur, chaque élément sensible du second sous-ensemble étant connecté à un deuxième additionneur, les deux sommes Si, S2 issues des premier et deuxième additionneurs étant connectées à l'entrée d'un troisième additionneur, la sortie Si du premier additionneur et, via un inverseur, la sortie S2 du deuxième additionneur étant connectée à l'entrée d'un quatrième additionneur, les signaux SIN = S1+S2 et COS = S1-S2 issus des troisième et quatrième additionneurs étant traités par un circuit de sorte à déduire le sens de rotation et/ou la vitesse de rotation et/ou la position du moyen générateur d'impulsions par rapport au dispositif de détection.

Dans une première variante, la longueur polaire Lp du codeur est sensiblement égale au produit du nombre 2N d'éléments sensibles par la distance d inter élément sensible, les signaux SIN et COS étant alors en quadrature sensiblement parfaite et ayant sensiblement même amplitude.

Dans une deuxième variante, la longueur polaire Lp du codeur est inférieure au produit du nombre 2N d'éléments sensibles par la distance d inter éléments sensibles.

Dans une troisième variante, la longueur polaire Lp du codeur est supérieure au produit du nombre 2N d'éléments sensibles par la distance d inter éléments sensibles.

Par programmation un nombre pair 2M d'éléments sensibles, inférieur au nombre total 2N de ces éléments est employé pour former deux sous-ensembles de M éléments, chaque élément sensible du premier sous-ensemble étant connecté à un premier additionneur, chaque élément sensible du second sous-ensemble étant connecté à un deuxième additionneur, les deux sommes issues des premier et deuxième additionneurs étant connectées à l'entrée d'un troisième additionneur et via un inverseur, la sortie du deuxième additionneur étant connectée à l'entrée d'un quatrième additionneur, les signaux issus des troisième et quatrième additionneurs étant traités par un circuit de sorte à déduire le sens de rotation et/ou la vitesse de rotation du moyen générateur d'impulsion par rapport au dispositif de détection, lesdits signaux étant en quadrature sensiblement parfaite.

La programmation peut être réalisée par EEPROM ou par Zener Zapping.

Dans une sous variante envisageable, un circuit amplificateur est apte à rétablir une amplitude identique pour les signaux issus des troisième et quatrième additionneurs.

Dans un deuxième mode de réalisation, le dispositif de détection comprend un nombre d'éléments sensibles multiple de quatre, par exemple divisé en quatre sous-ensembles de P éléments,

-chaqueélémentsensibledupremiersous-ensembleàPélémentsà ©tantconnectéàun premier additionneur fournissant un signal S, ; <BR> <BR> <BR> <BR> -chaqueélémentsensibledudeuxièmesous-ensembleàPélément sétantconnectéà un deuxième additionneur fournissant un signal S2 ; <BR> <BR> <BR> <BR> -chaqueélémentsensibledutroisièmesous-ensembleàPélémen tsétantconnectéà un troisième additionneur fournissant un signal S'1 ; <BR> <BR> <BR> <BR> -chaqueélémentsensibleduquatrièmesous-ensembleàPélémen tétantconnectéà un quatrième additionneur fournissant un signal S'2 ; un circuit d'additionneurs et d'inverseurs fournissant deux signaux SIN et COS valant respectivement : SIN = (Si-S2)- (S'l-S'2) COS = (S1+S2)-(S (S'1+S'2) ; ces signaux SIN et COS étant exempts d'offset magnétique.

En variante, le dispositif de détection comprend un interpolateur augmentant la résolution de ces signaux de sortie.

Dans une autre réalisation, les éléments sensibles sont intégrés sur un support de circuit type ASIC. Le dispositif de détection pouvant être également inclus dans un circuit intégré personnalisé type ASIC.

Suivant une réalisation, le moyen générateur d'impulsions est intégré dans un ensemble préassemblé formant joint d'étanchéité, le dispositif de détection pouvant être solidarisé de manière éventuellement amovible à la bague fixe.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation, description qui va être effectuée en référence aux dessins annexés dans lesquels : <BR> <BR> <BR> <BR> -la figure 1 est une représentation schématique partielle d'une paire de pôles d'un codeur et de l'induction magnétique sensiblement sinusoïdale à l'entrefer de travail qu'il délivre ; -la figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif de détection suivant l'invention ;

-la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de détection suivant l'invention.

Un roulement à codeur magnétique incorporé comprend un moyen tournant multipolaire générateur d'impulsions magnétiques appelé « codeur », et un dispositif de détection de ce champ magnétique, appelé « capteur ».

Le codeur comprend un nombre pair de pôles et est disposé, soit sur la circonférence d'une bague tournante, soit intégré dans un ensemble pré assemblé formant un joint d'étanchéité.

Par exemple, le codeur aimanté multipolaire peut être une pièce annulaire, en matériau synthétique chargé de particules de ferrite de Baryum ou de ferrite de Strontium, ou d'un autre matériau ferromagnétique dur, formée d'une pluralité de domaines contigus à direction d'aimantation inversée d'un domaine donné par rapport aux deux domaines qui lui sont contigus.

La longueur polaire Lp du capteur est définie comme la longueur d'un pôle magnétique mesuré au rayon de lecteur considéré.

Dans une telle configuration, on peut considérer que l'induction magnétique délivrée par le codeur est sinusoïdale à l'entrefer considéré.

La figure 1 illustre schématiquement une période 1 d'une composante, par exemple normale, de ladite induction B, pour une paire de pôles 2,3 du codeur.

Le dispositif de détection 4 comprend un nombre pair 2N d'éléments sensibles 5 de type magnétorésistance ou sonde à effet Hall, placés à égale distance d entre eux, ces éléments 5 étant sensiblement disposés le long d'une droite D, par exemple les éléments sensibles 5 peuvent être disposés sur un arc de cercle qui peut être approximé à une droite.

Dans le mode de réalisation représenté en figures 2 et 3, vingt-quatre éléments 5 sont prévus.

Cet agencement définit une barrette 6 d'éléments sensibles 5 de longueur égale à (2N- 1) d.

Le dispositif de détection comprend également un circuit électronique 7 permettant de traiter les signaux analogiques issus des éléments sensibles 5 afin d'obtenir des informations telles que, par exemple, la vitesse et/ou le sens et/ou l'angle de rotation du codeur magnétique multipolaire, et, par là même, la vitesse et/ou le sens et/ou l'angle de rotation de la bague d'un roulement supportant ce codeur.

Le dispositif de détection peut être utilisé de façon intégrée sur un substrat en silicium ou équivalent par exemple AsGa, de sorte à former un circuit intégré personnalisé pour application spécifique, circuits parfois désignés sous le terme ASIC (Application Specific Integrated Circuit), pour faire référence aux circuits intégrés conçus partiellement ou complètement en fonction des besoins.

Dans le mode de réalisation de la figure 2,1'ensemble d'éléments sensibles 5 est divisé en deux sous-ensembles 8,9 de N éléments (N=12, dans la réalisation de la figure 2).

Chaque élément sensible 5 du premier sous-ensemble 8 est connecté à un premier additionneur ou circuit d'addition 10, tel qu'un amplificateur, assurant la sommation des signaux Sel, Se2,..., SeN, issus des N premiers éléments sensibles 5.

De même, chaque élément sensible 5 du second sous-ensemble 9 est connecté à un deuxième additionneur ou circuit d'addition 11, tels qu'un amplificateur, assurant la sommation des signaux Se (N+1), Se (N+2), Se (N+3),..., Se2N, issus des N autres éléments sensibles.

On obtient ainsi deux signaux somme : S1 = Sel +... + SeN

Se(N+1)+...+Se2N.S2= Les deux sommes S1 et S2 des premier et deuxième moyens additionneurs sont connectés à l'entrée d'un troisième moyen additionneur ou circuit d'addition 12.

La sortie Si du premier moyen additionneur et, via un inverseur, la sortie S2 du deuxième moyen additionneur sont connectées à l'entrée d'un quatrième moyen additionneur ou circuit d'addition 14.

Soit : Sel = sin (wt-a/2) Se2 =...

Se (2N-1) = Se2N= sin (wt- (1/2+2N-1) a) Où a correspond au déphasage entre deux éléments sensibles (a/2N. LpO/Lp) et la longueur LpO=2Nd est directement liée à longueur de la barrette d'éléments sensibles.

Aux sorties des troisième 12 et quatrième moyens additionneurs 14 apparaissent alors deux signaux sinusoïdaux : Si + 82 (appelé par la suite « SIN ») et S1-S2 (appelé par la suite « COS ») respectivement avec SIN = sin (#Lp0/2Lp). sin (wt-zLpO/2Lp)/sin (c/2/Lp. LpO/2N) COS =2sin2 (7TLpO/4Lp). cos (wt-aLpO/2Lp)/sin (#/2/Lp. LpO/2N) d étant la distance inter élément sensible.

D'après les deux formules ci-dessus, il apparaît que, dès lors que la longueur polaire Lp vaut 2Nd, le dispositif de détection délivre deux signaux de même amplitude SIN et

COS en quadrature parfaite. Il apparaît donc que LpO=2Nd est la longueur de référence pour laquelle les amplitudes du SIN et du COS sont identiques.

Le dispositif permet donc de s'affranchir des tolérances de placement des éléments sensibles, comme par exemple lorsque ces éléments sensibles sont placés sur un substrat.

Par ailleurs, lorsque la longueur polaire Lp du codeur n'est pas appropriée au capteur, seule l'amplitude des signaux est modifiée, la phase des signaux étant maintenue constante.

De sorte que si le dispositif est mis en oeuvre sans système d'interpolation électronique, c'est-à-dire si les signaux ont une résolution identique à celle du codeur magnétique, la quadrature des signaux SIN et COS est conservée, pour une large gamme de longueurs polaires Lp.

Dans l'optique de l'utilisation d'un interpolateur augmentant la résolution des signaux de sortie du dispositif de détection, décrit par exemple dans la demande de brevet FR-2 754 063, les signaux analogiques doivent remplir les conditions suivantes pour assurer les signaux digitaux interpolés de bonne qualité : -être en quadrature parfaite ; -être de même amplitude ; -être exempt d'offset magnétique et électronique.

Un deuxième mode de réalisation de l'invention propose un dispositif de détection qui délivre des signaux analogiques remplissant ces trois conditions dans une large gamme de longueur polaire Lp.

Le dispositif de détection décrit précédemment délivre des signaux en quadrature parfaite.

Le rapport des amplitudes entre les signaux analogiques SIN et COS est donné par la formule :

R = amp (COS)/amp (SIN) = tg (iLpO/4Lp) II apparaît que lorsque la longueur LpO est supérieure à la longueur polaire Lp, I'amplitude du signal SIN est inférieure à celle du signal COS.

Lorsque LpO est égale à Lp, les amplitudes des signaux SIN et COS sont égales.

Lorsque LpO est inférieure à Lp, I'amplitude du signal SIN est supérieure à celle du signal COS.

Dans une première variante de réalisation, et lorsque LpO est supérieure à Lp, un moyen d'augmenter le nombre de longueurs polaires utilisables est de réduire la longueur de la barrette à 2M éléments utilisés sur les 2N (M étant inférieur à N) par programmation, par exemple de type EEPROM ou Zener zapping.

Par EEPROM, on désigne ici une mémoire reprogrammable effaçables électriquement, dont chacune des cellules est par exemple formée d'un transistor MNOS ou DIFMOS ou équivalent, avec des transistors de lecture et d'écriture, les transistors MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor), dérivés des transistors MOS, formant une mémoire à semiconducteur.

Par Zener zapping, on désigne conventionnellement l'ajustement Zener, c'est-à-dire une correction de l'erreur éventuelle de tension fournie par un dénumériseur pour un mot binaire d'entrée déterminé, par mise en court-circuit sélective de diodes Zener polarisées dans le sens inverse et alimentées par des sources de courant constant d'intensité croissante, l'intensité totale du circuit ainsi obtenu créant la tension de correction nécessaire aux bornes d'une résistance.

Une barrette de trente éléments sensibles espacés de 0,1 mm peut ainsi être utilisable pour des longueurs polaires comprises entre 3 et 1 mm avec un pas de 0,2 mm (les valeurs inférieures à 1 mm sont en théorie utilisables, mais délivrent peu de champs magnétiques).

Par conséquent, la programmation du capteur les rend utilisables en face de 11 longueurs polaires différentes dans ce cas.

Dans une seconde variante de réalisation, on peut amplifier de façon électronique l'un des deux signaux par rapport à l'autre pour retrouver une amplitude identique pour les signaux SIN et COS.

L'offset magnétique et électrique correspond à une composante continue (I'offset magnétique est quant à lui supposé uniforme sur l'ensemble des éléments sensibles) qui s'additionnent aux signaux détectés.

Le COS étant obtenu par soustraction des signaux S, et S2, la composante continue liée à l'offset magnétique de chacun des deux termes est ainsi éliminée.

Ceci n'est pas vrai pour le SIN, qui lui, est obtenu par la sommation de l'ensemble des signaux issus des éléments sensibles.

Une solution permettant de s'affranchir de l'offset magnétique sur le SIN, illustrée sur la figure 3, consiste à décomposer la barrette en quatre quadrants à P éléments sensibles, la barrette étant composée de 4P éléments sensibles, et d'utiliser un circuit électronique, par exemple à base d'amplificateurs additionneurs et d'inverseurs, pour faire les combinaisons suivantes : S1+S2-(2'1+S'2).COS= Dans l'exemple illustré sur la figure 3, la barrette composés de 4P éléments sensibles recouvre une période magnétique complète, c'est-à-dire que : LpO = 2Lp avec LpO=2Pd Compte tenu du fait que le signal SIN est désormais obtenu par différence entre deux différences, la composante continue liée à l'offset magnétique est ainsi éliminée.

Les signaux analogiques utilisés dans l'interpolateur sont donc exempts d'offset magnétiques. La composante électronique peut être réduite par ailleurs par d'autres moyens non décrits dans la présente demande.

Lorsque la barrette est constituée de 4P éléments sensibles recouvrant une période magnétique complète, la décomposition de la barrette en quatre quadrants, telle que représentée en figure 3, conduit aux signaux SIN et COS dont les expressions sont : SIN =-4 sin (7i/8. LpO/Lp). sin (7c4. LpO/Lp) sin (wt-cLpO/Lp) sin (Tc/2/Lp. LpO/4N) COS = 2 sin2 (z/4. LpO/Lp). cos (wt-7cLpO/Lp) sin (Tr/2/Lp. LpO/4N) L'annulation de l'offset magnétique, par le biais de cette décomposition en quatre quadrants, est compatible avec l'amplification du signal SIN ou COS pour augmenter les longueurs polaires admissibles, lorsque la longueur polaire Lp est inférieure à la longueur LpO.

La valeur du gain est alors donnée par la formule suivante : R = amp (COS)/amp (SIN) =sin (7rLpO/4Lp)/2sin (sLpO/8Lp).

Le dispositif selon l'invention permet de mesurer le champ magnétique délivré par un codeur magnétique multipolaire et de délivrer deux signaux analogiques dont le déphasage est toujours de 90° électrique, ceci indépendamment de la longueur polaire du capteur.

Le traitement de ces deux signaux analogiques par un circuit ad hoc, non représenté, permet de déduire le sens de rotation du codeur magnétique multipolaire, y compris pour de faibles vitesses de rotation.