FR3149377A1 - Offset compensated inductive position sensor - Google Patents
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Abstract
Capteur inductif de position à compensation d’offset L’invention concerne un capteur inductif de position comportant : une cible (3) mobile adaptée pour modifier un champ électromagnétique ;une plaque de circuit fixe (5) présentant une zone de rebouclage (R) pour le champ magnétique dans lequel est aménagé un bobinage primaire (7) entourant deux bobinages secondaires (8, 9);un générateur de courant (11) pour créer un couplage inductif modulé par la position de la cible ;un détecteur (13) de la position linéaire ou angulaire de la cible ;- et un système d’équilibrage du couplage entre le bobinage primaire (7) et les bobinages secondaires (8, 9) comportant au moins une zone conductrice de compensation (Z) aménagée dans la zone de rebouclage (R) permettant de compenser l’offset de mesure. Figure pour l’abrégé : Fig. 4. Inductive position sensor with offset compensation The invention relates to an inductive position sensor comprising: a mobile target (3) adapted to modify an electromagnetic field; a fixed circuit plate (5) having a loopback zone (R) for the magnetic field in which a primary winding (7) is arranged surrounding two secondary windings (8, 9); a current generator (11) for creating an inductive coupling modulated by the position of the target; a detector (13) of the linear or angular position of the target; and a system for balancing the coupling between the primary winding (7) and the secondary windings (8, 9) comprising at least one conductive compensation zone (Z) arranged in the loopback zone (R) for compensating the measurement offset. Figure for the abstract: Fig. 4.
Description
La présente invention concerne le domaine technique des capteurs inductifs de position par couplage par courants de Foucault.The present invention relates to the technical field of inductive position sensors by eddy current coupling.
La présente invention trouve des applications pour déterminer la position linéaire ou angulaire de pièces mobiles par exemple dans des véhicules automobiles, des moteurs ou des machines-outils.The present invention finds applications for determining the linear or angular position of moving parts for example in motor vehicles, engines or machine tools.
L’état de la technique a proposé diverses solutions de capteurs inductifs par couplage par courants de Foucault pour mesurer la position d’un mobile le long d’une trajectoire linéaire ou angulaire.The state of the art has proposed various solutions of inductive sensors by eddy current coupling to measure the position of a mobile along a linear or angular trajectory.
Pour déterminer la position linéaire d’un mobile, le brevet US 6 483 295 décrit un capteur de position comportant une cible montée mobile en déplacement par rapport à une carte ou une plaque de circuit imprimé fixe sur laquelle sont aménagées des pistes configurées pour constituer des enroulements ou des bobinages. Ainsi, la carte de circuit comporte un bobinage primaire relié à un générateur de courant alternatif permettant de générer un champ magnétique lors de la circulation du courant dans ledit bobinage primaire. Ce bobinage primaire entoure des bobinages secondaires. Le champ magnétique ainsi crée est perçu par les bobinages secondaires et induit un courant dans lesdits bobinages secondaires.To determine the linear position of a moving object, US patent 6,483,295 describes a position sensor comprising a target mounted so as to move relative to a fixed printed circuit board or plate on which tracks configured to form windings or coils are arranged. Thus, the circuit board comprises a primary winding connected to an alternating current generator for generating a magnetic field when current flows in said primary winding. This primary winding surrounds secondary windings. The magnetic field thus created is perceived by the secondary windings and induces a current in said secondary windings.
La cible est réalisée dans un matériau conducteur pour permettre la circulation de courants de Foucault. Cette cible est déplacée linéairement par rapport au bobinage primaire et aux bobinages secondaires. Le couplage inductif entre le bobinage primaire et les bobinages secondaires est modulé par la position de la cible. Les géométries des bobinages secondaires sont choisies de manière que les signaux induits délivrés par les bobinages secondaires dépendent de la position de la cible. Un détecteur connecté aux bobinages secondaires permet, à partir des signaux induits issus des bobinages secondaires, de déterminer la position de la cible.The target is made of a conductive material to allow the flow of eddy currents. This target is moved linearly relative to the primary winding and the secondary windings. The inductive coupling between the primary winding and the secondary windings is modulated by the position of the target. The geometries of the secondary windings are chosen so that the induced signals delivered by the secondary windings depend on the position of the target. A detector connected to the secondary windings makes it possible, from the induced signals from the secondary windings, to determine the position of the target.
Dans une configuration optimale, le couplage entre le bobinage primaire et les bobinages secondaires en absence de la cible est nulle. La valeur non nulle de ce couplage en absence de la cible est appelée couplage direct ou offset de mesure. Il apparaît cependant qu’au moins l’un des bobinages secondaires ne présente pas une forme symétrique par rapport aux extrémités du bobinage primaire. Cette dissymétrie de configuration d’un bobinage secondaire entraine l’apparition du signal de mesure de décalage ou offset de mesure. Pour remédier à cet inconvénient, le brevet US 6 483 295 propose de réduire la taille d’un bobinage secondaire au niveau des extrémités du bobinage primaire. Cette solution présente l’inconvénient de réduire la portion linéaire de mesure pour un encombrement constant du capteur.In an optimal configuration, the coupling between the primary winding and the secondary windings in the absence of the target is zero. The non-zero value of this coupling in the absence of the target is called direct coupling or measurement offset. However, it appears that at least one of the secondary windings does not have a symmetrical shape relative to the ends of the primary winding. This asymmetry in the configuration of a secondary winding leads to the appearance of the measurement offset signal. To overcome this drawback, US patent 6,483,295 proposes reducing the size of a secondary winding at the ends of the primary winding. This solution has the drawback of reducing the linear measurement portion for a constant size of the sensor.
Dans le domaine des capteurs de mesure de position angulaire, le brevet FR 3 023 611 propose, afin de remédier au problème de la concentration des lignes de champ au niveau des extrémités du bobinage primaire, de réaliser notamment les bobinages secondaires par des pistes délimitant des mailles complètes. Cette solution présente l’inconvénient d’augmenter la taille du circuit dont le bobinage primaire vient entourer les deux bobinages secondaires.In the field of angular position measurement sensors, patent FR 3 023 611 proposes, in order to remedy the problem of the concentration of field lines at the ends of the primary winding, to produce the secondary windings in particular by tracks delimiting complete meshes. This solution has the disadvantage of increasing the size of the circuit whose primary winding surrounds the two secondary windings.
De même, le document GB 2 167 563 décrit un capteur de position ou de vitesse par couplage pour courants de Foucault. Selon des modes de réalisation, ce document propose de réaliser la cible en plusieurs parties afin d’obtenir un signal linéaire ou de mettre en œuvre plusieurs bobinages secondaires pour obtenir un signal univoque sur toute la course. De telles solutions ne permettent pas de compenser l’offset de mesure.Similarly, GB 2 167 563 describes a position or speed sensor by eddy current coupling. According to embodiments, this document proposes to produce the target in several parts in order to obtain a linear signal or to implement several secondary windings to obtain a univocal signal over the entire stroke. Such solutions do not allow the measurement offset to be compensated.
Le brevet US 5 886 519 décrit également un capteur de position proposant notamment pour compenser les tolérances de fabrication ou d’autres contraintes tendant à créer un décalage de signal, de modifier la taille et la forme des bobinages secondaires ou la distance entre le bobinage primaire et les bobinages secondaires qui est d’au moins une période. Cette solution entraîne une augmentation de la taille du capteur.US Patent 5,886,519 also describes a position sensor proposing in particular to compensate for manufacturing tolerances or other constraints tending to create a signal offset, to modify the size and shape of the secondary windings or the distance between the primary winding and the secondary windings which is at least one period. This solution results in an increase in the size of the sensor.
Il ressort de l’art antérieur que diverses solutions techniques visent à minimiser l’offset de mesure en changeant les configurations géométriques des bobinages. Il est à noter que l’offset de mesure d’une configuration de bobinage donnée peut être obtenu par des essais ou par simulation. Il s’avère toutefois que les changements géométriques présentent plusieurs inconvénients. Le premier concerne leur sensibilité car un déplacement des pistes de quelques centièmes de mm engendre une grande variation de l’offset de mesure. L’optimisation de l’offset de mesure par un déplacement des pistes demande en conséquence une très bonne résolution lors de la simulation. Par ailleurs, leur implémentation demande une reprise complète de la configuration des bobinages y compris un déplacement des vias (trous de raccordement). Il existe aussi un risque que la configuration résultante d’une optimisation automatisée ne soit pas physiquement réalisable en respectant notamment les distances d’isolation. Enfin, l’optimisation ne peut pas être réalisée par des essais successifs simples sur une carte de circuit imprimé donnée.It is apparent from the prior art that various technical solutions aim to minimize the measurement offset by changing the geometric configurations of the windings. It should be noted that the measurement offset of a given winding configuration can be obtained by testing or by simulation. However, it turns out that geometric changes have several drawbacks. The first concerns their sensitivity because a displacement of the tracks by a few hundredths of a mm causes a large variation in the measurement offset. Optimizing the measurement offset by moving the tracks therefore requires very good resolution during the simulation. Furthermore, their implementation requires a complete resumption of the configuration of the windings including a displacement of the vias (connection holes). There is also a risk that the configuration resulting from an automated optimization is not physically achievable, in particular while respecting the insulation distances. Finally, optimization cannot be carried out by simple successive tests on a given printed circuit board.
La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients de l’art antérieur en proposant un nouveau capteur inductif pour déterminer la position linéaire ou angulaire d’un mobile, permettant de réduire l’offset de mesure indépendamment des changements de configuration des bobinages.The present invention therefore aims to remedy the drawbacks of the prior art by proposing a new inductive sensor for determining the linear or angular position of a moving part, making it possible to reduce the measurement offset independently of changes in the configuration of the windings.
Pour atteindre un tel objectif, le capteur inductif de position selon l’invention, pour déterminer la position d’un mobile le long d’une trajectoire linéaire ou rotative comporte :
- une cible mobile selon la trajectoire adaptée pour modifier un champ électromagnétique ;
- une plaque de circuit fixe s’étendant en relation de la trajectoire de la cible et présentant une zone de rebouclage pour le champ magnétique dans laquelle sont aménagés au moins un premier et un deuxième bobinages secondaires et un bobinage primaire entourant les deux bobinages secondaires , le premier bobinage secondaire étant adapté pour générer un premier signal lors de la détection d’une cible tandis que le deuxième bobinage secondaire est adapté pour générer un deuxième signal lors de la détection d’une cible, ce deuxième signal étant décalé par rapport au premier signal;
- un générateur de courant pour le bobinage primaire ou les bobinages secondaires pour créer entre le bobinage primaire et les bobinages secondaires un couplage inductif modulé par la position de la cible ;
- un détecteur de la position linéaire ou angulaire de la cible à partir des signaux induits issus des bobinages secondaires ou du bobinage primaire ;
- et un système d’équilibrage du couplage entre le bobinage primaire et les bobinages secondaires permettant de compenser un offset de mesure, ce système d’équilibrage du couplage comportant au moins une zone conductrice de compensation aménagée dans la zone de rebouclage.To achieve such an objective, the inductive position sensor according to the invention, for determining the position of a moving object along a linear or rotating trajectory, comprises:
- a moving target along the trajectory adapted to modify an electromagnetic field;
- a fixed circuit plate extending in relation to the trajectory of the target and having a loopback zone for the magnetic field in which are arranged at least a first and a second secondary winding and a primary winding surrounding the two secondary windings, the first secondary winding being adapted to generate a first signal upon detection of a target while the second secondary winding is adapted to generate a second signal upon detection of a target, this second signal being offset relative to the first signal;
- a current generator for the primary winding or the secondary windings to create between the primary winding and the secondary windings an inductive coupling modulated by the position of the target;
- a detector of the linear or angular position of the target from the induced signals from the secondary windings or the primary winding;
- and a coupling balancing system between the primary winding and the secondary windings making it possible to compensate for a measurement offset, this coupling balancing system comprising at least one conductive compensation zone arranged in the loopback zone.
Selon une variante de mise en œuvre, la zone de rebouclage s’étend à l’extérieur du bobinage primaire selon une bande périphérique et au moins une zone conductrice de compensation est aménagée dans cette bande périphérique.According to an implementation variant, the looping zone extends outside the primary winding along a peripheral strip and at least one conductive compensation zone is provided in this peripheral strip.
Typiquement, la zone de rebouclage s’étend à l’extérieur du bobinage primaire selon une bande périphérique de largeur égale à ½ de la largeur du bobinage primaire.Typically, the loopback zone extends outside the primary winding in a peripheral band of width equal to ½ the width of the primary winding.
Selon un mode de réalisation, la zone de rebouclage s’étend à l’extérieur du bobinage primaire selon une bande périphérique délimitée entre le bobinage primaire et un plan de masse.According to one embodiment, the looping zone extends outside the primary winding along a peripheral strip delimited between the primary winding and a ground plane.
Selon un autre mode de réalisation, la zone de rebouclage s’étend à l’extérieur du bobinage primaire selon une bande périphérique délimitée entre le bobinage primaire et un plan de masse et au moins une zone conductrice de compensation est aménagée dans cette bande périphérique en étant reliée au plan de masse.According to another embodiment, the looping zone extends outside the primary winding along a peripheral strip delimited between the primary winding and a ground plane and at least one conductive compensation zone is arranged in this peripheral strip while being connected to the ground plane.
Selon une autre variante de mise en œuvre, la zone de rebouclage s’étend à l’intérieur du bobinage primaire par une zone interne et au moins une zone conductrice de compensation est aménagée dans cette zone interne.According to another implementation variant, the looping zone extends inside the primary winding by an internal zone and at least one conductive compensation zone is arranged in this internal zone.
Avantageusement, le premier bobinage secondaire et le deuxième bobinage secondaire comportent chacun des mailles orientées positivement et négativement en fonction du sens de circulation du courant circulant dans ces mailles et au moins une zone conductrice de compensation est positionnée pour réduire la contribution au signal d’une maille positive ou négative d’au moins un bobinage secondaire.Advantageously, the first secondary winding and the second secondary winding each comprise meshes oriented positively and negatively depending on the direction of flow of the current flowing in these meshes and at least one conductive compensation zone is positioned to reduce the contribution to the signal of a positive or negative mesh of at least one secondary winding.
Selon un exemple de réalisation, le premier bobinage secondaire et le deuxième bobinage secondaire comportent des mailles orientées positivement et négativement en fonction du sens de circulation du courant circulant dans ces mailles et au moins une zone conductrice de compensation est positionnée pour réduire la contribution d’une part au premier signal d’une maille positive ou négative du premier bobinage secondaire et d’autre part, au deuxième signal d’une maille positive ou d’une maille négative du deuxième bobinage secondaire.According to an exemplary embodiment, the first secondary winding and the second secondary winding comprise meshes oriented positively and negatively depending on the direction of flow of the current flowing in these meshes and at least one conductive compensation zone is positioned to reduce the contribution on the one hand to the first signal of a positive or negative mesh of the first secondary winding and on the other hand, to the second signal of a positive mesh or a negative mesh of the second secondary winding.
Selon un autre exemple de réalisation, le capteur comporte plusieurs zones conductrices de compensation.According to another exemplary embodiment, the sensor comprises several conductive compensation zones.
Par exemple, le capteur comporte plusieurs zones conductrices de compensation aménagées de manière symétrique.For example, the sensor has several symmetrically arranged conductive compensation zones.
De manière avantageuse, les bobinages secondaires présentent des longueurs sensiblement identiques.Advantageously, the secondary windings have substantially identical lengths.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.Various other features emerge from the description given below with reference to the attached drawings which show, by way of non-limiting examples, embodiments of the subject of the invention.
Tel que cela ressort plus précisément des figures, l’objet de l’invention concerne un capteur de position 1 pour un mobile au sens général non représenté et dont la position est à déterminer le long d’une trajectoire angulaire F selon les exemples illustrés aux figures 4 à 11 et d’une trajectoire linéaire F selon l’exemple illustré à la
En référence à la
Selon un exemple de réalisation, il est à noter qu’un plan de masse électrique M est aménagé sur une face de la plaque de circuit 5. Tel que cela ressort plus précisément des figures 4 à 12, ce plan de masse électrique M est réalisé sur la partie de la face située à l’extérieur du bobinage primaire 7 et à distance de ce bobinage primaire 7. Il est à noter qu’il peut être prévu que la plaque de circuit 5 ne comporte pas de plan de masse électrique M sur l’une de ses faces.According to an exemplary embodiment, it should be noted that an electrical ground plane M is provided on one face of the circuit board 5. As is more precisely shown in FIGS. 4 to 12, this electrical ground plane M is provided on the part of the face located outside the primary winding 7 and at a distance from this primary winding 7. It should be noted that it may be provided that the circuit board 5 does not have an electrical ground plane M on one of its faces.
Typiquement, un générateur de courant alternatif 11 est connecté au bobinage primaire 7 permettant de générer un champ magnétique lors de la circulation d’un courant dans ledit bobinage primaire. Le champ magnétique ainsi crée est perçu par les bobinages secondaires 8, 9 et induit une tension dans les dits bobinages secondaires. Par exemple, le générateur de courant 11 délivre un courant alternatif haute fréquence, permettant l’établissement des courants de Foucault dans la cible 3.Typically, an alternating current generator 11 is connected to the primary winding 7 to generate a magnetic field when a current flows in said primary winding. The magnetic field thus created is perceived by the secondary windings 8, 9 and induces a voltage in said secondary windings. For example, the current generator 11 delivers a high-frequency alternating current, allowing the establishment of eddy currents in the target 3.
Le couplage inductif entre le bobinage primaire 7 et les bobinages secondaires 8, 9 est modulé par la position de la cible 3. La cible 3 modifie le couplage magnétique entre le bobinage primaire 7 et les bobinages secondaires 8, 9. La
Avantageusement, la zone de rebouclage R s’étend à l’extérieur du bobinage primaire 7 selon une bande périphérique B de largeur égale à ½ de la largeur l du bobinage primaire 7. Dans le cas d’un capteur rotatif, la largeur l du bobinage primaire 7 est la distance radiale prise entre le segment externe 7e et le segment interne 7i (
Selon une variante de réalisation pour laquelle le plan de masse M est présent, la zone de rebouclage R s’étend à l’extérieur du bobinage primaire 7 selon la bande périphérique B délimitée entre le bobinage primaire 7 et le plan de masse M. En d’autres termes, la zone de rebouclage R s’étend à l’extérieur du bobinage primaire 7 jusqu’au bord délimitant le plan de masse M.According to an alternative embodiment for which the ground plane M is present, the looping zone R extends outside the primary winding 7 along the peripheral strip B delimited between the primary winding 7 and the ground plane M. In other words, the looping zone R extends outside the primary winding 7 to the edge delimiting the ground plane M.
Ces bobinages secondaires 8, 9 sont reliés à un détecteur 13 qui en mesurant les tensions électriques induites aux bornes des bobinages secondaires 8, 9 permet de déduire la position précise de la cible 3. Par voie de conséquence, le détecteur 13 permet de déterminer la position du mobile.These secondary windings 8, 9 are connected to a detector 13 which, by measuring the electrical voltages induced at the terminals of the secondary windings 8, 9, makes it possible to deduce the precise position of the target 3. Consequently, the detector 13 makes it possible to determine the position of the mobile.
Selon cette configuration, le bobinage primaire 7 est désigné bobinage émetteur tandis que les bobinages secondaires 8, 9 sont désignés bobinages récepteurs. Il est à noter qu’il peut être envisagé un fonctionnement inverse pour lequel le générateur de courant 11 est relié aux bobinages secondaires 8, 9 qui sont émetteurs tandis que le bobinage primaire 7 est récepteur et auquel est connecté le détecteur 13 qui à partir de la phase du signal induit permet de déduire la position précise de la cible 3.According to this configuration, the primary winding 7 is designated as the transmitter winding while the secondary windings 8, 9 are designated as the receiver windings. It should be noted that a reverse operation can be envisaged for which the current generator 11 is connected to the secondary windings 8, 9 which are transmitters while the primary winding 7 is the receiver and to which the detector 13 is connected which, from the phase of the induced signal, makes it possible to deduce the precise position of the target 3.
Pour un souci de clarté des dessins, les entrées et les sorties des bobinages 7, 8, 9 ne sont pas représentées. De même, chaque bobinage est représenté par une piste aller et par une piste retour formant une boucle ou un enroulement. Bien entendu, chaque bobinage 7, 8, 9 peut comporter plusieurs pistes aller et plusieurs pistes retour. La piste aller et la piste retour de chaque bobinage possèdent des formes adaptées permettant de délimiter entre elles des mailles.For the sake of clarity of the drawings, the inputs and outputs of the windings 7, 8, 9 are not shown. Similarly, each winding is represented by a forward track and a return track forming a loop or a winding. Of course, each winding 7, 8, 9 may have several forward tracks and several return tracks. The forward track and the return track of each winding have suitable shapes making it possible to delimit meshes between them.
De manière connue, en présence de la cible 3 dans la fenêtre de mesure, les bobinages secondaires 8, 9 placés à proximité de ladite cible 3 voient une quantité de flux du champ magnétique plus faible que si la cible 3 était absente. Chaque bobinage secondaire 8, 9 est constitué de manière générale, de mailles d'orientations opposées de sorte que lorsque la cible 3 se déplace au-dessus de l'une puis de l'autre de ces mailles, le bobinage secondaire voit, par rapport à une valeur moyenne nulle, une augmentation relative puis une diminution relative de la quantité de flux du champ magnétique qui le traverse.In a known manner, in the presence of the target 3 in the measurement window, the secondary windings 8, 9 placed near said target 3 see a lower quantity of flux of the magnetic field than if the target 3 were absent. Each secondary winding 8, 9 is generally made up of meshes of opposite orientations so that when the target 3 moves above one then the other of these meshes, the secondary winding sees, compared to a zero average value, a relative increase then a relative decrease in the quantity of flux of the magnetic field passing through it.
Selon un exemple préféré connu de réalisation, le capteur inductif met en œuvre deux bobinages secondaires décalés de 90°. Selon cet exemple, on distingue, d'une part, un premier bobinage secondaire 8 possédant une forme d’une fonction sinus dit « sinus » 8 adapté pour délivrer un signal sinus lors d'un passage d'une cible 3 dans la fenêtre de mesure et un deuxième bobinage secondaire 9 possédant une forme d’une fonction cosinus dit « cosinus » 9 adapté pour délivrer un signal cosinus lors du passage d'une cible 3 dans la fenêtre de mesure. Les signaux sinus/cosinus qui sont transmis au détecteur 13 permettent de déterminer la position angulaire ou linéaire précise de la cible par le calcul de l'arc tangente. Ainsi, selon les exemples de réalisation illustrés sur les dessins, le capteur de position 1 comporte deux bobinages secondaires 8, 9 décalés de 90° (sinus et cosinus). Bien entendu, le capteur de position peut comporter un nombre plus importants de bobinages secondaires comme trois bobinages secondaires décalés deux à deux de 120°.According to a known preferred embodiment, the inductive sensor implements two secondary windings offset by 90°. According to this example, there is, on the one hand, a first secondary winding 8 having a form of a sine function called "sine" 8 adapted to deliver a sine signal when a target 3 passes through the measurement window and a second secondary winding 9 having a form of a cosine function called "cosine" 9 adapted to deliver a cosine signal when a target 3 passes through the measurement window. The sine/cosine signals which are transmitted to the detector 13 make it possible to determine the precise angular or linear position of the target by calculating the arc tangent. Thus, according to the embodiments illustrated in the drawings, the position sensor 1 comprises two secondary windings 8, 9 offset by 90° (sine and cosine). Of course, the position sensor can have a larger number of secondary windings, such as three secondary windings offset two by two by 120°.
De manière classique, le premier bobinage secondaire 8 qui possède la forme d’une fonction sinus, est constitué d’une piste aller 8a et d’une piste retour 8r délimitant entre elles des mailles orientées positivement Ms+ (
Il est à noter que selon ce mode de réalisation, les bobinages secondaires 8, 9 ont les formes exactes respectivement des fonctions sinus et cosinus. Pour le capteur de type rotatif, les bobinages secondaires 8, 9 sont aménagés selon une direction circulaire pour une trajectoire angulaire ou plus précisément tournante de la cible.It should be noted that according to this embodiment, the secondary windings 8, 9 have the exact shapes of the sine and cosine functions respectively. For the rotary type sensor, the secondary windings 8, 9 are arranged in a circular direction for an angular or more precisely rotating trajectory of the target.
Selon l’exemple de réalisation de la
Avantageusement, les deux bobinages secondaires 8, 9 sont aménagés de manière que leurs deux extrémités se trouvent situées sur deux lignes perpendiculaires à la trajectoire F et séparées d’une distance C. Ainsi, les deux bobinages secondaires 8, 9 présentent une longueur sensiblement identique C, prise selon une direction parallèle à la trajectoire F et correspondant à la fenêtre de mesure du capteur de position 1. Il est à noter que les deux bobinages secondaires 8, 9 présentent également une longueur sensiblement identique C pour le cas d’un capteur rotatif.Advantageously, the two secondary windings 8, 9 are arranged so that their two ends are located on two lines perpendicular to the trajectory F and separated by a distance C. Thus, the two secondary windings 8, 9 have a substantially identical length C, taken in a direction parallel to the trajectory F and corresponding to the measurement window of the position sensor 1. It should be noted that the two secondary windings 8, 9 also have a substantially identical length C for the case of a rotary sensor.
Comme rappelé dans le préambule de la présente demande de brevet, le couplage entre le bobinage primaire 7 et les bobinages secondaires 8, 9, en absence de la cible 3, est nul si la configuration ou le dessin des enroulements est optimal. Etant donné la difficulté pour réaliser une telle configuration, le couplage entre le bobinage primaire 7 et les bobinages secondaires 8, 9, en absence de la cible 3, conduit à un offset de mesure.As recalled in the preamble of the present patent application, the coupling between the primary winding 7 and the secondary windings 8, 9, in the absence of the target 3, is zero if the configuration or design of the windings is optimal. Given the difficulty in achieving such a configuration, the coupling between the primary winding 7 and the secondary windings 8, 9, in the absence of the target 3, leads to a measurement offset.
Conformément à l’invention, le capteur inductif de position 1 comporte un système d’équilibrage du couplage entre le bobinage primaire 7 et les bobinages secondaires 8, 9, adapté pour compenser l’offset de mesure. Conformément à l’invention, le système d’équilibrage du couplage comporte au moins une zone conductrice de compensation Z aménagée dans la zone de rebouclage R. En d’autres termes, le capteur inductif de position 1 comporte une ou plusieurs zones conductrices de compensation Z aménagées de manière à compenser l’offset de mesure.According to the invention, the inductive position sensor 1 comprises a system for balancing the coupling between the primary winding 7 and the secondary windings 8, 9, adapted to compensate for the measurement offset. According to the invention, the coupling balancing system comprises at least one conductive compensation zone Z arranged in the loopback zone R. In other words, the inductive position sensor 1 comprises one or more conductive compensation zones Z arranged so as to compensate for the measurement offset.
Chaque zone conductrice de compensation Z correspond à une surface d’un matériau conducteur électrique aménagée sur ou dans la plaque de circuit 5. Dans l’exemple de réalisation illustré à la
La présence d’une ou de plusieurs zones conductrices de compensation Z dans la zone de rebouclage R a un impact sur l’offset de mesure car le couplage entre le bobinage primaire 7 et les bobinages secondaires 8, 9 est affaibli dans la zone à proximité de chacune de ces zones conductrices de compensation Z. La taille et la position de la ou des zones conductrices de compensation Z sont optimisées pour minimiser l’offset de mesure. Une telle optimisation peut être réalisée à l’aide de simulations numériques ou à l’aide d’essais de positionnement de zones conductrices de compensation avec des surfaces différentes ou non. La ou les zones conductrices de compensation Z sont aménagées dans la zone de rebouclage R sans être en contact avec le bobinage primaire et les bobinages secondaires. La ou les zones conductrices de compensation Z sont donc aménagées à proximité du bobinage primaire 7 et des bobinages secondaires 8, 9, en étant superposés ou non par rapport à ces bobinages. Dans l’exemple illustré à la
Il doit donc être compris que la ou les zones conductrices de compensation Z sont aménagées à l’extérieur du bobinage primaire 7 et/ou à l’intérieur du bobinage primaire 7 puisque la zone de rebouclage R s’étend sur toute la zone située à l’intérieur du bobinage primaire 7 mais également sur toute la bande périphérique B bordant extérieurement le bobinage primaire 7. De même, au moins une zone conductrice de compensation Z est positionnée pour réduire la contribution au signal d’une maille positive et/ou négative d’au moins un bobinage secondaire 8, 9.It must therefore be understood that the conductive compensation zone(s) Z are arranged outside the primary winding 7 and/or inside the primary winding 7 since the loopback zone R extends over the entire zone located inside the primary winding 7 but also over the entire peripheral strip B externally bordering the primary winding 7. Similarly, at least one conductive compensation zone Z is positioned to reduce the contribution to the signal of a positive and/or negative mesh of at least one secondary winding 8, 9.
Selon une variante de réalisation, au moins une zone conductrice de compensation Z est aménagée dans la bande périphérique B, comme cela est illustré par les figures 7 et 8. Dans l’exemple illustré à la
Selon une autre variante de réalisation, au moins une zone conductrice de compensation Z est aménagée dans la partie de la zone de rebouclage R située à l’intérieur du bobinage primaire 7. A l’intérieur de cette zone interne du bobinage primaire, tous les positionnements de la ou des zones conductrices de compensation Z par rapport aux mailles des bobinages secondaires 8, 9 sont possibles en vue de compenser l’offset de mesure.According to another variant embodiment, at least one conductive compensation zone Z is arranged in the part of the loopback zone R located inside the primary winding 7. Inside this internal zone of the primary winding, all the positions of the conductive compensation zone(s) Z relative to the meshes of the secondary windings 8, 9 are possible in order to compensate for the measurement offset.
Ainsi, au moins une zone conductrice de compensation Z peut être positionnée pour réduire la contribution au signal d’une maille positive ou négative du premier bobinage secondaire 8. De même, au moins une zone conductrice de compensation Z peut être positionnée pour réduire la contribution au signal d’une maille positive ou négative du deuxième bobinage secondaire 9. Selon une autre variante de réalisation, au moins une zone conductrice de compensation Z est positionnée pour réduire la contribution d’une part au premier signal d’une maille positive ou négative du premier bobinage secondaire 8 et d’autre part, au deuxième signal d’une maille positive ou d’une maille négative du deuxième bobinage secondaire 9.Thus, at least one conductive compensation zone Z can be positioned to reduce the contribution to the signal of a positive or negative mesh of the first secondary winding 8. Similarly, at least one conductive compensation zone Z can be positioned to reduce the contribution to the signal of a positive or negative mesh of the second secondary winding 9. According to another variant embodiment, at least one conductive compensation zone Z is positioned to reduce the contribution on the one hand to the first signal of a positive or negative mesh of the first secondary winding 8 and on the other hand, to the second signal of a positive mesh or a negative mesh of the second secondary winding 9.
Selon l’exemple de réalisation illustré à la
Dans l’exemple de réalisation illustré à la
Selon l’exemple de réalisation illustré à la
Selon l’exemple de réalisation illustré à la
Dans les exemples qui précédent, une seule zone conductrice de compensation Z est aménagée. Bien entendu, plusieurs zones conductrices de compensation peuvent être réalisées. La
La
L’objet de l’invention permet de minimiser l’offset de mesure par une optimisation de la taille et de la position de la ou des zones conductrices de compensation Z. Une telle optimisation réalisée par simulation numérique ou par des essais est simple et rapide. Typiquement, cette optimisation qui se caractérise par la mise en place d’une ou de plusieurs zones conductrices de compensation Z conduit à une réduction de l’offset de mesure d’au moins 50% par rapport à un capteur ne comportant pas de telles zones conductrices de compensation Z.The subject of the invention makes it possible to minimize the measurement offset by optimizing the size and position of the Z compensation conductive zone(s). Such optimization carried out by numerical simulation or by tests is simple and rapid. Typically, this optimization, which is characterized by the implementation of one or more Z compensation conductive zones, leads to a reduction in the measurement offset of at least 50% compared to a sensor not comprising such Z compensation conductive zones.
Claims (11)
- une cible (3) mobile selon la trajectoire adaptée pour modifier un champ électromagnétique ;
- une plaque de circuit fixe (5) s’étendant en relation de la trajectoire de la cible et présentant une zone de rebouclage (R) pour le champ magnétique dans laquelle sont aménagés au moins un premier et un deuxième bobinages secondaires (8, 9) et un bobinage primaire (7) entourant les deux bobinages secondaires (8, 9), le premier bobinage secondaire (8) étant adapté pour générer un premier signal lors de la détection d’une cible tandis que le deuxième bobinage secondaire est adapté pour générer un deuxième signal lors de la détection d’une cible, ce deuxième signal étant décalé par rapport au premier signal;
- un générateur de courant (11) pour le bobinage primaire ou les bobinages secondaires pour créer entre le bobinage primaire (7) et les bobinages secondaires (8, 9) un couplage inductif modulé par la position de la cible ;
- un détecteur (13) de la position linéaire ou angulaire de la cible à partir des signaux induits issus des bobinages secondaires ou du bobinage primaire ;
- et un système d’équilibrage du couplage entre le bobinage primaire (7) et les bobinages secondaires (8, 9) permettant de compenser un offset de mesure, le système d’équilibrage du couplage comportant au moins une zone conductrice de compensation (Z) aménagée dans la zone de rebouclage (R).Inductive position sensor for determining the position of a moving object along a linear or rotating trajectory (F), comprising:
- a target (3) moving along the trajectory adapted to modify an electromagnetic field;
- a fixed circuit plate (5) extending in relation to the trajectory of the target and having a loopback zone (R) for the magnetic field in which are arranged at least a first and a second secondary winding (8, 9) and a primary winding (7) surrounding the two secondary windings (8, 9), the first secondary winding (8) being adapted to generate a first signal upon detection of a target while the second secondary winding is adapted to generate a second signal upon detection of a target, this second signal being offset relative to the first signal;
- a current generator (11) for the primary winding or the secondary windings to create between the primary winding (7) and the secondary windings (8, 9) an inductive coupling modulated by the position of the target;
- a detector (13) of the linear or angular position of the target from the induced signals from the secondary windings or the primary winding;
- and a coupling balancing system between the primary winding (7) and the secondary windings (8, 9) making it possible to compensate for a measurement offset, the coupling balancing system comprising at least one conductive compensation zone (Z) arranged in the loopback zone (R).
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- 2023-05-29 FR FR2305315A patent/FR3149377A1/en active Pending
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2024
- 2024-05-28 WO PCT/FR2024/050683 patent/WO2024246464A1/en unknown
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Also Published As
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