FR3051552A1 - Capteur de position inductif lineaire pour une mesure angulaire d'une piece mecanique en rotation - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un capteur inductif (1 à 3) linéaire comportant, d'une part, une partie fixe (1) de type transformateur avec un circuit primaire et au moins deux circuits secondaires, le circuit primaire étant parcouru par un courant alternatif à haute fréquence apte à induire une tension électrique dans chacun desdits au moins deux circuits secondaires et, d'autre part, une partie mobile (2, 3) avec une cible destinée à être fixée sur une pièce mécanique effectuant un mouvement en rotation autour d'un axe que le capteur (1 à 3) mesure angulairement. La cible est une spirale (2) métallique portée par une face circulaire d'une couronne (3) présentant un évidement (4) central, la couronne (3) étant destinée à être fixée sur la pièce en lui étant concentrique, la spirale (2) faisant saillie axialement de la couronne (3) en faisant au moins un tour autour et en éloignement de l'évidement (4).

Description

La présente invention concerne un capteur de position inductif linéaire pour une mesure angulaire d’une pièce mécanique en rotation. Dans une telle configuration, le capteur de position linéaire accomplit la fonction généralement remplie par un capteur rotatif qu’il remplace alors.

Tout type de capteur inductif, aussi bien linéaire que rotatif présente l'avantage de permettre de déterminer la position d'une pièce mécanique, ou de tout autre élément, sans nécessiter de contact avec la pièce dont on souhaite connaître la position. Cet avantage fait que les applications de tels capteurs sont très nombreuses dans tous types d'industries. De tels capteurs sont également utilisés dans des applications grand public comme par exemple le domaine de l'automobile au sein duquel la présente invention a été réalisée. Toutefois, elle peut être utilisée dans d'autres domaines divers et variés.

Il existe principalement trois types de capteurs inductifs. Le premier type de capteur concerne les capteurs inductifs linéaires pour lesquels un mouvement de translation d’une pièce mécanique est mesuré. Le deuxième type de capteur concerne les capteurs inductifs rotatifs lesquels suivent un mouvement de rotation d’une pièce mécanique autour d’un axe, ces capteurs inductifs rotatifs étant aussi désignés sous l’appellation de résolveurs. L’appellation de résolveur concerne un capteur de position qui est en plus capable de faire la mesure même à grande vitesse de rotation. Un troisième type de capteurs concerne des capteurs pouvant assurer une fonction de mesure linéaire aussi bien que rotative et dont des capteurs commercialisés sous la marque inductosyn®.

Un capteur inductif sans contact est un capteur de position dont le principe repose sur la variation du couplage entre le primaire et les secondaires d’un transformateur fonctionnant à haute fréquence et sans circuit magnétique. Un tel capteur comprend donc une partie fixe de type transformateur avec un circuit primaire et au moins deux circuits secondaires, le courant alternatif à haute fréquence étant apte à induire une tension électrique dans chacun desdits au moins deux circuits secondaires. Il est possible que le transformateur soit simplement un circuit imprimé sur lequel primaire et secondaires sont constitués par des pistes tracées sur ce circuit imprimé.

Le couplage varie en fonction de la position d’une pièce conductrice mobile, siège de courants induits, et dont on veut connaître justement la position par rapport au transformateur, cette pièce formant la deuxième partie, cette deuxième partie étant la seule partie mobile du capteur inductif en étant appelée cible. Le capteur inductif est dit sans contact car il n’y a aucun contact entre les parties fixe et mobile du capteur inductif.

Le circuit primaire est alimenté par une source externe variant dans le temps à haute fréquence et les circuits secondaires sont le siège de tensions induites. La cible conductrice dont on veut connaître la position est en général de forme simple. Pour un capteur linéaire dédié à mesurer un mouvement de translation d’une pièce mécanique, la cible présente une forme de parallélépipède et pour un capteur rotatif, la cible présente un secteur angulaire d’angle donné. Les dimensions de chacune de ces cibles ainsi que les éléments des circuits primaire et secondaires doivent être sélectionnés pour optimiser les caractéristiques du capteur spécifiquement linéaire ou rotatif.

Les flux des secondaires ramenés au flux du primaire forment en fonction de la position de la cible des enveloppes de valeurs précises d’amplitude donnée qui sont indépendantes du temps. Les valeurs des flux des secondaires et primaire sont avantageusement construites pour réaliser sur la course complète du capteur des fonctions sinus et cosinus de la position de la cible.

Ces fonctions sinus et cosinus sont très utiles dans le traitement électronique du capteur. On fait le rapport des deux fonctions avant d’en prendre l’arc tangente, la sortie de l’arc tangente donnant ainsi une image de la position de la cible. L’argument des fonctions sinus et cosinus est une fonction linéaire ou affine de la position de la cible. Ainsi, la course de la cible représente une partie plus ou moins grande de la période spatiale de ces fonctions trigonométriques.

Le comportement de ce capteur est donc identique à celui d’un transformateur avec une bobine primaire émettrice et deux bobines secondaires. D’un point de vue physique, la modification du couplage primaire avec les secondaires se fait par le moyen de l’effet de peau électromagnétique.

Le primaire étant alimenté en haute fréquence, les phénomènes survenant dans le capteur sont donc tous à haute fréquence. La cible qui est une pièce massive conductrice est donc le siège de courants induits importants. La profondeur de pénétration des ces courants induits est donnée par la formule classique de l’épaisseur de peau. Le calcul donnant pour l’aluminium une valeur de 50pm qui est un matériau privilégié mais non limitatif pour la cible, l’induction ne pénètre donc quasiment pas dans la cible. Le flux magnétique produit par le primaire contourne donc la cible. Ceci modifie fortement les lignes de champ. Cette modification est perçue par les secondaires qui en fonction de la position de la cible reçoivent plus ou moins de flux. Ces flux variables en fonction de la cible sont aussi variables en fonction du temps. Ils génèrent donc une tension aux bornes des circuits secondaires qui est mesurée par l’électronique. Le capteur mesure donc la position de la cible en fonction des flux reçus dans les circuits secondaires.

Le document US-A-2014/67788 décrit un capteur inductif rotatif de mesure de position angulaire d'une pièce mécanique en mouvement rotatif comportant un enroulement primaire, associé à au moins un enroulement secondaire, et une cible solidaire de la pièce en rotation autour d'un axe central. L’enroulement primaire est centré autour d'un axe coïncidant avec l'axe de rotation central de la cible, et parcouru par un courant alternatif à haute fréquence apte à induire une tension électrique dans chaque enroulement secondaire. La cible est constituée de plusieurs secteurs angulaires de même ouverture angulaire régulièrement répartis à une extrémité de la pièce mécanique en mouvement rotatif.

Il est connu que les capteurs inductifs, en particulier les capteurs inductifs rotatifs pour lesquels la valeur mesurée pour la cible est un angle, présentent des erreurs dans la mesure de la position angulaire de la cible, donc de la pièce mécanique en mouvement rotatif. Dans ce document, il est prévu de diminuer l'ouverture angulaire de chaque secteur angulaire de cible d'un secteur angulaire d'ajustement afin d’éliminer un ordre de l'harmonique dans une décomposition de Fourier d'écart à la linéarité. Ceci requiert une transformation des secteurs angulaires compliqués et ne résout que partiellement le problème des erreurs dans la mesure de position angulaire de la cible pour un capteur inductif rotatif.

De plus, la cible du capteur inducteur rotatif est fréquemment positionnée à une des deux extrémités de la pièce mécanique qui est souvent sous la forme d’un arbre. Il est courant, notamment dans le domaine des véhicules automobiles, que les deux extrémités d’un tel arbre soient fixées à d’autres pièces et ne puissent pas recevoir les secteurs angulaires de la cible.

Le problème à la base de la présente invention est de conformer un capteur inductif linéaire comportant une partie fixe et une cible mobile pour mesurer la position angulaire d'une pièce mécanique en mouvement rotatif à la place d’un capteur inductif rotatif, le capteur inductif linéaire et principalement sa cible pouvant être placés en diverses positions par rapport à la pièce mécanique en rotation et pas uniquement à une extrémité de la pièce. A cet effet, la présente invention concerne un capteur inductif linéaire comportant, d’une part, une partie fixe de type transformateur avec un circuit primaire et au moins deux circuits secondaires, le circuit primaire étant parcouru par un courant alternatif à haute fréquence apte à induire une tension électrique dans chacun desdits au moins deux circuits secondaires et, d’autre part, une partie mobile métallique portant une cible destinée à être fixée sur une pièce mécanique effectuant un mouvement en rotation autour d'un axe central que le capteur inductif mesure angulairement, remarquable en ce que la cible est sous forme d’une spirale métallique portée par une face circulaire d’une couronne présentant un évidement central, la couronne étant destinée à être fixée sur la pièce mécanique en étant concentrique à la pièce mécanique, la spirale métallique faisant saillie axialement de la couronne en faisant au moins un tour autour de l’évidement central en s’éloignant de l’évidement central.

Un capteur linéaire mesure un mouvement linéaire. Cependant la présente invention permet la transformation d’un mouvement de rotation, c’est-à-dire celui d’une pièce mécanique tournante, en un mouvement apparemment linéaire. Ceci est fait par l’intermédiaire d’une spirale disposée sur une face plane circulaire d’une couronne. Avec une spirale, le mouvement de rotation est suivi comme celui d’une surface qui se déplace radialement sur la couronne. L’utilisation d’une spirale fait que le mouvement de rotation de la pièce mécanique est suivi en étant transformé en un mouvement linéaire de la cible, c’est-à-dire pour un même tour une succession de portions différentes de la spirale passant en face du capteur dans un mouvement similaire à un mouvement linéaire. La partie fixe du capteur inductif mesure alors la position de la portion de la spirale qui se trouve en face de lui à un instant donné.

Le principal avantage de la présente invention est l’obtention d’un capteur inductif de faible encombrement permettant une mesure absolue de l’angle de rotation d’une pièce mécanique en rotation, par exemple un arbre. Le principe de ce capteur linéaire peut être utilisé pour en faire un capteur de vitesse angulaire de la couronne et donc de la pièce mécanique, c’est-à-dire à lui permettre d’être utilisé de manière équivalente à un capteur angulaire ou résolveur.

Il est possible de placer la couronne et donc la cible à n’importe quel endroit de la périphérie de la pièce mécanique et pas seulement à ses extrémités. Il est même possible d’utiliser un élément en forme de couronne, par exemple une collerette, déjà présent sur la pièce mécanique. Il est ainsi résolu le problème du manque de place aux extrémités d’une pièce mécanique dont le mouvement de rotation est contrôlé, ceci en offrant une large gamme de positions possibles de la couronne sur la pièce mécanique.

Avantageusement, la spirale présente une première extrémité proche de l’évidement central de la couronne, la spirale se terminant par une seconde extrémité la plus éloignée de l’évidement central, une distance radiale entre les première et seconde extrémités de la spirale correspondant approximativement à la longueur de la partie fixe du capteur dans laquelle s’étendent les circuits primaire et secondaires.

Plus la spirale est grande et large, plus le capteur traitera des signaux des circuits secondaires forts et donc plus exploitables. Plus la spirale est petite, plus la cible aura un encombrement moindre et moins de masse avec le désavantage de création de signaux plus faibles que des signaux obtenus par une spirale grande et large. Le choix de la spirale dépend de privilégier soit la légèreté de la cible ou soit le traitement des signaux. Des solutions de compromis sont bien entendu possibles.

Avantageusement, la partie fixe est disposée en vis-à-vis et à distance de la surface circulaire de la couronne portant la spirale, la partie fixe s’étendant parallèlement à un rayon de la couronne. Les circuits secondaires s’étendant avantageusement dans la longueur de la partie fixe sont alors en position adéquate pour que leurs signaux qu’ils émettent permettent la détection du passage d’une partie de la spirale faisant cible sur une portion de ces circuits.

Avantageusement, la spirale présente une portion de travail apte à coopérer avec la partie fixe pour la mesure angulaire de la pièce mécanique, cette portion de travail s’étendant sur la majeure partie de la longueur de la spirale à l’exception de deux portions d’extrémité, la largeur maximale de la portion de travail d’une spirale apte à être portée par la face circulaire de la couronne étant au plus égale à la moitié de la longueur de la partie fixe du capteur, et la largeur minimale de la portion de travail d’une spirale apte à être portée par la face circulaire de la couronne étant au moins égale à un peu moins du quart de la longueur de la partie fixe. Ceci est en relation avec la disposition de mailles dans les circuits secondaires, des circuits secondaires émettant un signal respectivement sinus ou cosinus en présentant des successions de mailles spécifiques. Il est donc possible de sélectionner une spirale parmi des spirales de différentes configurations pour une même couronne.

Avantageusement, la portion de travail de la spirale portée par la face circulaire de la couronne présente une largeur constante ou une largeur variant sur cette portion de travail entre la moitié de la longueur de la partie fixe du capteur et jusqu’à un peu moins du quart de cette longueur.

Avantageusement, un circuit secondaire desdits au moins deux circuits secondaires génère un signal cosinus en présentant au moins une unité de trois mailles avec une maille de grande dimension centrale entourée de deux petites mailles latérales, les deux petites mailles étant montées en opposition de phase à la grande maille, la grande maille présentant une longueur double de celle de chaque petite maille, et un autre circuit secondaire génère un signal sinus en présentant au moins une unité de deux mailles aux dimensions équivalentes et montées en opposition de phase.

Avantageusement, ladite au moins une unité de deux mailles d’un circuit secondaire et ladite au moins une unité de trois mailles d’un autre circuit secondaire s’étendent en longueur dans la longueur de la partie fixe, le circuit primaire et lesdits au moins deux circuits secondaires étant superposés les uns par rapport aux autres.

Avantageusement, lesdits au moins deux circuits secondaires présentent plusieurs unités de mailles, les unités de mailles d’un même circuit étant alignées dans la longueur de la partie fixe avec à chaque fois un décalage longitudinal.

Avantageusement, la spirale est en aluminium usiné ou moulé. L’aluminium est un matériau bon conducteur, léger, facilement usinable et de faible coût. En plus l’aluminium résiste bien à la corrosion. L’invention concerne aussi un ensemble d’une pièce mécanique et d’un capteur inductif linéaire, la pièce mécanique effectuant un mouvement en rotation autour d'un axe central et le capteur inductif linéaire mesurant angulairement le mouvement en rotation de la pièce, remarquable en ce que le capteur inductif linéaire est tel que précédemment mentionné, la couronne de la partie mobile du capteur étant fixée sur la pièce mécanique en étant radiale et concentrique à la pièce mécanique, la pièce mécanique traversant la couronne par l’èvidement central de la couronne.

Avantageusement, la pièce mécanique est de forme cylindrique en présentant deux extrémités circulaires séparées par une surface latérale courbe, la couronne étant fixée sur la surface latérale courbe à distance des deux extrémités circulaires, la partie fixe du capteur étant insérée dans l’espace délimité par la face circulaire de la couronne portant la spirale et une extrémité circulaire de la pièce cylindrique, la partie fixe du capteur s’étendant radialement à la pièce mécanique et à distance de la pièce mécanique.

En effet, l’application préférentielle mais non limitative de la présente invention est pour un arbre tournant en tant que pièce mécanique, cet arbre étant cylindrique. Cet arbre est avantageusement un arbre entraîné, plus particulièrement par un moteur électrique, la présence d’un capteur inductif associé à l’arbre permettant un asservissement du moteur électrique et de l’arbre. L’invention concerne enfin un véhicule automobile présentant au moins un arbre rotatif muni d’un capteur inductif linéaire, remarquable en ce que ledit au moins un arbre rotatif, en tant que pièce mécanique, et le capteur inductif forment un ensemble tel que décrit précédemment. D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d’une vue de face d’une couronne portant une cible en forme de spirale relativement grande selon un premier mode de réalisation de présente invention, - la figure 2 est une représentation schématique d’une vue de face d’une couronne portant une cible en forme de spirale relativement petite selon un deuxième mode de réalisation de présente invention, - la figure 3 est une représentation schématique d’un mode de réalisation du circuit primaire et de deux circuits secondaires dans la partie fixe d’un capteur inductif, ce mode de réalisation des circuits pouvant être mis en œuvre dans un capteur inductif selon la présente invention,

Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité.

Par exemple aux figures 1 et 2, la spirale formant la cible s’enroule entre l’évidement central et la périphérie externe de la couronne et même peut déborder de cette couronne à la figure 1, un débordement n’étant en aucun cas essentiel pour la spirale selon la présente invention. Un tel enroulement de la spirale n’est pas limitatif, la spirale pouvant ne pas rejoindre l’évidement central et/ou la périphérie externe. En cas de débordement de la spirale à l’extérieur de la couronne, la largeur de débordement montrée en pointillés à la figure 1 n’est pas limitative. Aux figures 1 et 2, la spirale présente des extrémités effilées, ce qui n’est pas non plus limitatif. La largeur de la spirale peut sur la plus grande portion de la spirale être constante ou non.

Le positionnement de la partie fixe du capteur par rapport à la couronne et à la spirale montré aux figures 1 et 2 n’est pas non plus limitatif, l’important étant qu’une portion différente de spirale soit disposée alignée avec la partie fixe pendant un instant lors de la rotation de la pièce dont le mouvement angulaire est à mesurer. A la figure 2, la partie fixe du capteur est montrée légèrement débordante dans l’évidement central et de la périphérie externe de la couronne, ce qui n’est pas obligatoire et même dans certaines configurations non préféré.

Dans ce qui va suivre, on se référera à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées.

En se référant notamment aux figures 1 et 2, la présente invention concerne un capteur inductif 1 à 3 linéaire comportant, d’une part, une partie fixe 1 de type transformateur et, d’autre part, une partie mobile 2,3 servant de cible. Ce capteur inductif peut servir dans un véhicule automobile sur au moins un arbre rotatif présent dans le véhicule et muni d’un capteur inductif linéaire, ce qui n’est pas limitatif.

Comme il peut être vu à la figure 3, la partie fixe 1 du capteur inductif 1 à 3 comporte un circuit primaire 6 et au moins deux circuits secondaires 7, 8. Le circuit primaire 6 est parcouru par un courant alternatif à haute fréquence apte à induire une tension électrique dans chacun desdits au moins deux circuits secondaires 7, 8.

La partie mobile 2, 3 comporte une cible 2 métallique destinée à être fixée sur une pièce mécanique effectuant un mouvement en rotation autour d'un axe central que le capteur inductif 1 à 3 mesure angulairement. Conformément à l’invention, il est recherché à positionner la cible sur la pièce à de multiples endroits de la pièce et non à une de ses extrémités 2a, de telles extrémités 2a étant fréquemment solidarisées avec d’autres éléments d’où une impossibilité fréquente de placer la cible à une extrémité de la pièce.

Pour ce faire, la cible est sous forme d’une spirale 2 métallique portée par une face circulaire d’une couronne 3 présentant un évidement 4 central, la couronne formant le reste de la partie fixe 2, 3. La couronne 3 est destinée à être fixée sur la pièce mécanique en étant concentrique à la pièce mécanique, la spirale 2 métallique faisant saillie axialement de la couronne 3 en faisant au moins un tour autour de l’évidement 4 central en s’éloignant de l’évidement 4 central.

Les figures 1 et 2 montrent deux modes de réalisation de la spirale 2, soit une spirale 2 relativement grande à la figure 1 et une spirale 2 relativement petite à la figure 2. Dans ces deux modes de réalisation, la spirale 2 peut présenter une première extrémité 2a proche de l’évidement 4 central de la couronne 3 mais pas forcément adjacent à cet évidement 4 central. A la figure 2, par exemple, la spirale 2 peut faire un quart de tour en étant adjacente à l’évidement 4 central tandis qu’à la figure 1, la spirale 2 fait plus d’un quart de tour et moins d’un demi-tour.

La spirale 2 peut se terminer par une seconde extrémité 2a la plus éloignée de l’évidement 4 central mais pas forcément adjacente ou débordante de la périphérie externe de la couronne 3. Dans le cas d’une spirale 2 débordante de la périphérie externe de la couronne3, comme il est montré à la figure!, les parties débordantes5 n’ont aucune utilité quant à la mesure du mouvement angulaire de la pièce portant la couronne 3. Par contre, ceci permet de faciliter sa réalisation et/ou sa solidarisation avec la couronne 3. Ce n’est donc pratiquement que pour des raisons de fabrication qu’on peut prévoir une grande spirale 2 débordante de la périphérie externe de la couronne 3.

La distance radiale entre les première et seconde extrémités 2a de la spirale 2 peut correspondre approximativement à la longueur de la partie fixe 1 du capteur 1 à 3 dans laquelle s’étendent les circuits primaire 6 et secondaires 7, 8. Comme il peut être vu aux figures 1 et 2, les première et seconde extrémités 2a de la spirale 2 peuvent ne pas être alignées radialement bien qu’elles peuvent l’être aussi. Dans le premier cas, la distance radiale est donc prise entre un premier point se trouvant sur le cercle concentrique à la couronne 3 passant par une extrémité 2a de la spirale 2 et un second point se trouvant sur le cercle concentrique à la couronne 3 passant par une extrémité 2a de la spirale 2, les premier et deuxième points étant alignés radialement donc portés par un même rayon de la couronne 3.

La partie fixe 1 peut être disposée en vis-à-vis et à distance de la surface circulaire de la couronne 3 portant la spirale 2, la partie fixe 1 s’étendant parallèlement à un rayon de la couronne 3, donc radialement à la couronne 3. Il existe un intervalle entre la partie fixe 1 et la spirale 2. Plus cet intervalle entre partie fixe 1 du capteur 1 à 3 et cible 2 est grand, plus l’épaisseur de la spirale 2 peut être grande, celle-ci étant prise dans la direction de saillie de la spirale 2 de la couronne 3. Il peut en aller de même pour sa largeur I. La largeur I de la spirale 2 se réfère à la largeur de branche de spirale 2 et non à la largeur totale qu’occupe la spirale 2 sur la couronne 3, cette largeur totale pouvant contenir plusieurs branches de spirale 2 ainsi que l’écartement entre des branches.

La spirale 2 peut présenter une portion de travail apte à coopérer avec la partie fixe 1 pour la mesure angulaire de la pièce mécanique. Cette portion de travail 2b peut s’étendre sur la majeure partie de la longueur de la spirale à l’exception de deux portions d’extrémité 2a, ces deux portions d’extrémité étant avantageusement effilées.

Comme il est possible de choisir la spirale 2 portée par la face circulaire de la couronne 3 entre différents types de spirale, la largeur maximale de la portion de travail 2b d’une spirale 2 apte à être portée par la face circulaire de la couronne 3, c’est-à-dire la largeur maximale qu’occupe une branche de spirale dans la portion de travail 2b, peut être au plus égale à la moitié de la longueur de la partie fixe 1 du capteur 1 à 3. La largeur minimale de la portion de travail 2b d’une spirale 2 apte à être portée par la face circulaire de la couronne 3 peut être au moins égale à un peu moins du quart de la longueur de la partie fixe 1.

Il peut donc être envisagé de sélectionner une spirale 2 à solidariser sur une couronne 3 pour former une cible parmi des spirales avec des portions de travail 2b de différentes largeurs pour les spirales les unes par rapport aux autres, sous réserve de respecter cette condition avantageuse.

Pour une même spirale 2 sélectionnée, la portion de travail 2b de la spirale 2 portée par la face circulaire de la couronne 3 peut présenter une largeur I constante, c’est-à-dire la largeur qu’occupe une branche de spirale 2 dans cette portion de travail 2b. En alternative, la portion de travail 2b de la spirale 2 portée par la face circulaire de la couronne 3 peut présenter une largeur I variant sur cette portion de travail 2b entre la moitié de la longueur de la partie fixe 1 du capteur et jusqu’à un peu moins du quart de cette longueur. A la figure 2, la spirale 2 peut être considérée comme étant de largeur constante sur la majeure partie de sa longueur. La majeure partie de la spirale 2 est destinée à se trouver en vis-à-vis de la partie fixe 1 du capteur 1 à 3 inductif. Les extrémités 2a de la spirale 2 sont fréquemment en dehors de la surface utile du capteur 1 à 3.

La spirale 2 est en un matériau bon conducteur de l’électricité. Parmi ces matériaux, l’aluminium est préféré. La solidarisation de la spirale 2 avec la couronne 3 requiert une grande précision. Plusieurs modes de fabrication peuvent être mis en oeuvre, par exemple par usinage ou moulage. Le fait de munir la spirale 2 d’une partie débordante 5 de la couronne 3 peut être avantageux pour son positionnement sur la couronne 3.

Pour ordre d’idée, la course de la spirale 2 prise entre ses deux extrémités 2a peut être de 24 mm, la partie fixe 1 du capteur 1 à 3 peut être de 326 mm de long et de 10 à 15 mm d’épaisseur. L’invention concerne aussi un ensemble d’une pièce mécanique et d’un capteur inductif 1 à 3 linéaire, la pièce mécanique effectuant un mouvement en rotation autour d'un axe central et le capteur inductif 1 à 3 linéaire mesurant angulairement le mouvement en rotation de la pièce. Le capteur inductif 1 à 3 linéaire est tel que précédemment mentionné, la couronne 3 de la partie mobile du capteur 1 à 3 étant fixée sur la pièce mécanique en étant radiale et concentrique à la pièce mécanique, la pièce mécanique traversant la couronne 3 par l’évidement 4 central de la couronne 3. La dimension de l’évidement 4 central est donc sélectionnée en fonction de la pièce mécanique.

Comme précédemment mentionné, il peut être utilisé une partie en forme de couronne de la pièce mécanique, quand existante, comme support de la cible en forme de spirale pour réaliser la partie mobile du capteur inductif 1 à 3.

La pièce mécanique est fréquemment de forme cylindrique en présentant deux extrémités circulaires séparées par une surface latérale courbe, cette pièce mécanique pouvant être un axe ou un arbre de transmission, ceci notamment mais pas uniquement dans le domaine automobile.

Dans le cas d’une pièce mécanique cylindrique, la couronne 3 peut être fixée sur la surface latérale courbe de la pièce mécanique à distance des deux extrémités circulaires. La partie fixe 1 du capteur 1 à 3 est alors insérée dans l’espace délimité par la face circulaire de la couronne 3 portant la spirale 2 et une extrémité circulaire de la pièce cylindrique, la partie fixe 1 du capteur 1 à 3 s’étendant radialement à la pièce mécanique et à distance de la pièce mécanique de manière à laisser un intervalle entre la partie fixe 1 et la spirale 2 formant cible.

Dans une restriction au domaine des moyens de locomotion, ce qui n’est pas limitatif, cette pièce mécanique peut être un élément embarqué à bord d’un véhicule automobile ou plus généralement de tout moyen de transport. Dans ce cas, les signaux générés par les circuits secondaires 7, 8 sont fournis par le capteur inductif 1 à 3 à un calculateur du véhicule, par exemple un contrôle moteur, afin de permettre notamment un asservissement de la pièce mécanique si la pièce mécanique est entraînée par un moteur électrique.

La figure 3 montre un mode de réalisation d’une partie fixe 1 avec un circuit primaire 6 ou circuit émetteur et deux circuits secondaires 7, 8 ou circuits récepteurs. La partie fixe 1 du capteur inductif 1 à 3 loge une carte de circuit imprimé comportant un circuit primaire 6 et deux circuits secondaires 7, 8 couplés au circuit primaire 6. Les circuits primaire et secondaires 6, 7, 8 sont reliés à un module électronique de commande et d’exploitation des données fournies en retour par les circuits primaire 6 et secondaires 7, 8.

De manière connue, le circuit primaire 6 permet de générer un champ magnétique lors de la circulation de courant en son intérieur. Le champ magnétique ainsi créé induit un courant dans les circuits secondaires 7, 8. Lors de la rotation de la pièce, la cible en forme de spirale portée par la couronne solidarisée à la pièce, la cible, la couronne et la pièce mécanique étant non visibles à la figure 3, se déplace relativement aux circuits primaire et secondaires. La cible modifie le couplage magnétique entre le circuit primaire 6 et les deux circuits secondaires 7, 8. Aussi, en mesurant les tensions électriques aux bornes des circuits secondaires 7, 8, on peut déduire la position précise de la cible et donc la position angulaire de la pièce mécanique.

En présence de la cible, les circuits secondaires 7, 8 placés à proximité de la cible voient une quantité de flux du champ magnétique plus faible que si la cible était absente. Les circuits secondaires 7, 8 sont dissemblables. Un premier circuit secondaire 7 est apte à générer un signal cosinus lors du passage de la cible et un deuxième circuit secondaire 8 est apte à générer un signal sinus lors d'un passage de la cible.

Le premier circuit secondaire 7 générant un signal cosinus présente au moins une unité de trois mailles 70, 71 avec une maille de grande dimension 70 centrale entourée de deux petites mailles 71 latérales, les deux petites mailles 71 étant montées en opposition de phase à la grande maille 70, la grande maille 70 présentant une longueur double de celle de chaque petite maille 71.

Le deuxième circuit secondaire 8 générant un signal sinus présente au moins une unité de deux mailles 80 aux dimensions équivalentes et montées en opposition de phase. Les signaux sinus/cosinus sont corrélés temporellement par le calcul de l'arctangente afin de déterminer de manière précise la position de la cible.

Ladite au moins une unité de deux mailles 80 d’un circuit secondaire 8 générant un signal sinus et ladite au moins une unité de trois mailles 70, 71 d’un autre circuit secondaire 7 générant un signal cosinus peuvent s’étendre en longueur dans la longueur de la partie fixe 1. Le circuit primaire 6 et lesdits au moins deux circuits secondaires 7, 8 peuvent être superposés les uns par rapport aux autres.

Les deux circuits secondaires 7, 8 ou plus peuvent présenter plusieurs unités de mailles, les unités de mailles d’un même circuit étant alignées dans la longueur de la partie fixe 1 avec à chaque fois un décalage longitudinal.

La présente invention s’applique à toute mesure de position angulaire nécessitant une technologie inductive par exemple en présence d’un champ magnétique d’un moteur à aimant à proximité.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Capteur inductif (1 à 3) linéaire comportant, d’une part, une partie fixe (1) de type transformateur avec un circuit primaire (6) et au moins deux circuits secondaires (7, 8), le circuit primaire (6) étant parcouru par un courant alternatif à haute fréquence apte à induire une tension électrique dans chacun desdits au moins deux circuits secondaires (7, 8) et, d’autre part, une partie mobile (2,3) comportant une cible (2) métallique destinée à être fixée sur une pièce mécanique effectuant un mouvement en rotation autour d'un axe central que le capteur inductif (1 à 3) mesure angulairement, caractérisé en ce que la cible est sous forme d’une spirale (2) métallique portée par une face circulaire d’une couronne (3) présentant un évidement (4) central, la couronne (3) étant destinée à être fixée sur la pièce mécanique en étant concentrique à la pièce mécanique, la spirale (2) métallique faisant saillie axialement de la couronne (3) en faisant au moins un tour autour de l’évidement (4) central en s’éloignant de l’évidement (4) central.
2. 2. Capteur inductif (1 à 3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la spirale (2) présente une première extrémité (2a) proche de l’évidement (4) central de la couronne (3), la spirale (2) se terminant par une seconde extrémité (2a) la plus éloignée de l’évidement (4) central, une distance radiale entre les première et seconde extrémités (2a) de la spirale (2) correspondant approximativement à la longueur de la partie fixe(1) du capteur (1 à 3) dans laquelle s’étendent les circuits primaire (6) et secondaires (7, 8).
3. 3. Capteur inductif (1 à 3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie fixe (1) est disposée en vis-à-vis et à distance de la surface circulaire de la couronne (3) portant la spirale (2), la partie fixe (1) s’étendant parallèlement à un rayon de la couronne (3).
4. 4. Capteur inductif (1 à 3) selon l’une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que la spirale (2) présente une portion de travail (2b) apte à coopérer avec la partie fixe (1) pour la mesure angulaire de la pièce mécanique, cette portion de travail (2b) s’étendant sur la majeure partie de la longueur de la spirale (2) à l’exception de deux portions d’extrémité (2a), la largeur maximale de la portion de travail (2b) d’une spirale (2) apte à être portée par la face circulaire de la couronne (3) étant au plus égale à la moitié de la longueur de la partie fixe (1) du capteur (1 à 3) et la largeur minimale de la portion de travail (2b) d’une spirale (2) apte à être portée par la face circulaire de la couronne (3) étant au moins égale à un peu moins du quart de la longueur de la partie fixe (1).
5. 5. Capteur inductif (1 à 3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la portion de travail (2b) de la spirale (2) portée par la face circulaire de la couronne (3) présente une largeur (I) constante ou une largeur (I) variant sur cette portion de travail (2b) entre la moitié de la longueur de la partie fixe (1) du capteur et jusqu’à un peu moins du quart de cette longueur.
6. 6. Capteur inductif (1 à 3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un circuit secondaire (7) desdits au moins deux circuits secondaires (7, 8) génère un signal cosinus en présentant au moins une unité de trois mailles (70, 71) avec une maille de grande dimension (70) centrale entourée de deux petites mailles (71) latérales, les deux petites mailles (71) étant montées en opposition de phase à la grande maille (70), la grande maille (70) présentant une longueur double de celle de chaque petite maille (71) et un autre circuit secondaire (8) desdits au moins deux circuits secondaires (7, 8) génère un signal sinus en présentant au moins une unité de deux mailles (80) aux dimensions équivalentes et montées en opposition de phase.
7. 7. Capteur inductif (1 à 3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite au moins une unité de deux mailles (80) d’un circuit secondaire (8) et ladite au moins une unité de trois mailles (70, 71) d’un autre circuit secondaire (7) s’étendent en longueur dans la longueur de la partie fixe (1), le circuit primaire (6) et lesdits au moins deux circuits secondaires (7, 8) étant superposés les uns par rapport aux autres.
8. 8. Capteur inductif (1 à 3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la spirale (2) est en aluminium usiné ou moulé.
9. 9. Ensemble d’une pièce mécanique et d’un capteur inductif (1 à 3) linéaire, la pièce mécanique effectuant un mouvement en rotation autour d’un axe central et le capteur inductif (1 à 3) linéaire mesurant angulairement le mouvement en rotation de la pièce, caractérisé en ce que le capteur inductif (1 à 3) linéaire est selon l’une quelconque des revendications précédentes, la couronne (3) portant la spirale (2) étant fixée sur la pièce mécanique en étant radiale et concentrique à la pièce mécanique, la pièce mécanique traversant la couronne (3) par l’évidement (4) central de la couronne (3).
10. 10. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pièce mécanique est de forme cylindrique en présentant deux extrémités circulaires séparées par une surface latérale courbe, la couronne (3) étant fixée sur la surface latérale courbe à distance des deux extrémités circulaires, la partie fixe(1) du capteur (1 à 3) étant insérée dans l’espace délimité par la face circulaire de la couronne (3) portant la spirale (2) et une extrémité circulaire de la pièce cylindrique, la partie fixe(1) du capteur (1 à 3) s’étendant radialement à la pièce mécanique et à distance de la pièce mécanique.