FR3151396A1 - Capteur inductif de position angulaire disposé uniquement sur un secteur angulaire - Google Patents
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Abstract
Capteur de position inductif comportant : -une bobine primaire (10) et -au moins deux bobinages secondaires (201, 202, 203) d’au moins deux spires secondaires.Les bobinage primaire et secondaire (10, 201, 202, 203) s’étendent le long d’un arc de cercle, chaque bobinage secondaire (201, 202, 203) -s’étend sur un secteur angulaire de 360°/N-la surface des spires enroulées dans un sens correspond à la surface des spires enroulées dans un sens opposé, -comporte deux spires de compensation raccordées en série avec les spires du bobinage secondaire (201, 202, 203) correspondant telles que : -chaque spire de compensation est enroulée dans le sens inverse de l’enroulement de sa spire secondaire voisine ; -les deux spires de compensation d’un même bobinage secondaire (201, 202, 203) sont enroulées selon deux sens opposés et décalées angulairement d’un angle de 360°/N ; et -les spires de compensation enroulées selon un même sens sont superposées.
Figure de l’abrégé : Figure 11
Description
La présente divulgation concerne un capteur inductif de position angulaire disposé uniquement sur un secteur angulaire.
La présente divulgation relève du domaine des capteurs de position inductifs. Un tel capteur permet de déterminer une position d’une pièce mécanique, ou similaire, sans entrer en contact avec ladite pièce mécanique. Cette technologie est utilisée dans de nombreux domaines techniques et se retrouve dans le domaine automobile.
Le principe de fonctionnement d’un capteur inductif repose sur la variation de couplage entre un bobinage primaire et au moins deux bobinages secondaires, lesdits bobinages formant un transformateur fonctionnant à haute fréquence sans utiliser de circuit magnétique. Le bobinage primaire et les bobinages secondaires sont par exemple fixes et une pièce conductrice de l’électricité, appelée généralement « cible », est en mouvement avec la pièce mécanique considérée comme étant mobile (ou inversement). Le déplacement relatif de la cible, conductrice, avec les bobinages va faire varier le couplage entre le bobinage primaire et les bobinages secondaires. Des courants induits dans la cible viennent modifier les tensions induites dans les bobinages secondaires. Connaissant le courant circulant dans le bobinage primaire, il est alors possible en connaissant la géométrie de la cible et des bobinages de déterminer la position de la cible en analysant les signaux (la tension) aux bornes des bobinages secondaires.
La présente divulgation concerne plus particulièrement des capteurs inductifs de position angulaire, c’est-à-dire un capteur permettant de déterminer la position angulaire d’un arbre en rotation. La cible se présente par exemple sous la forme d’une dent qui tourne avec l’arbre. Le capteur inductif est réalisé sur une carte disposée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de l’arbre. La mesure de la position angulaire par le capteur inductif est alors sensible à la position relative du capteur et de la cible. Pour une bonne mesure, le capteur et la cible doivent être dans deux plans parallèles et tourner autour d’un même axe.
Outre la position relative du capteur et de la cible, la structure du capteur est importante aussi. Il existe deux principales familles de capteurs inductifs de position angulaire : des capteurs pour arbre traversant (l’arbre dont on mesure la position angulaire traverse le plan du capteur qui entoure l’arbre) et des capteurs s’étendant sur un secteur angulaire (ils sont disposés à la périphérie d’un arbre en ne l’entourant que partiellement).
Pour un capteur pour arbre traversant, les défauts de positionnement entre l’arbre et la cible se compensent de manière naturelle et l’erreur de mesure est donc relativement faible.
La présente divulgation concerne plus particulièrement les capteurs s’étendant sur un secteur angulaire. Un tel capteur est par exemple décrit dans le document WO2022/248221. D’après son abrégé, ce document concerne un capteur de position inductif comportant, d'une part, une bobine primaire et, d'autre part, au moins une bobine secondaire qui comporte au moins deux bobinages secondaires constitués chacun de plusieurs spires réalisées sur deux couches d'une carte de circuit imprimé. Chacune desdites spires présente une première partie globalement concave disposée sur une couche de la carte de circuit imprimé et une seconde partie globalement concave disposée sur une autre couche de la carte de circuit imprimé. Parmi les premières parties et deuxièmes parties des spires des deux bobinages secondaires, au moins certaines de ces premières et deuxièmes parties sont agencées selon une symétrie miroir de part et d'autre d'un plan de séparation transversal, ce plan de séparation transversal étant situé entre les deux bobinages secondaires et étant orthogonal à la direction longitudinale.
Avec un capteur inductif de type secteur angulaire par exemple, il convient de veiller à bien le disposer par rapport à l’arbre dont on souhaite connaitre la position angulaire. On suppose que la mesure de position angulaire concerne un arbre tournant autour d’un axe de rotation Oz et que le capteur inductif, idéalement, est disposé dans un plan Oxy en étant centré sur l’axe Oy. On suppose que la cible qui est liée à l’arbre présente une face en vis-à-vis du capteur dans le plan Oxy et tourne sans excentration autour de l’axe Oz.
Il y a quatre types de défauts pour le positionnement relatif de la cible et du capteur :
- le capteur peut être décalé (excentré) sur l’axe Oy : ce défaut a peu d’influence sur la mesure ;
- le capteur peut être décalé (excentré) sur l’axe Ox : ce défaut correspond à un décalage du capteur qui va se répercuter sur la valeur absolue mesurée et conduit à une erreur de position angulaire constante ;
- le capteur présente un tilt autour de l’axe Ox : ce défaut engendre uniquement une augmentation ou diminution constante de l’espace entre le capteur et sa cible. Il ne modifie pas sensiblement le résultat de la mesure ;
- le capteur présente un tilt autour de l’axe Oy : ce défaut a un effet important sur la mesure car le couplage entre les bobinages à une extrémité du capteur n’est pas le même qu’à l’autre extrémité du capteur.
- le capteur peut être décalé (excentré) sur l’axe Oy : ce défaut a peu d’influence sur la mesure ;
- le capteur peut être décalé (excentré) sur l’axe Ox : ce défaut correspond à un décalage du capteur qui va se répercuter sur la valeur absolue mesurée et conduit à une erreur de position angulaire constante ;
- le capteur présente un tilt autour de l’axe Ox : ce défaut engendre uniquement une augmentation ou diminution constante de l’espace entre le capteur et sa cible. Il ne modifie pas sensiblement le résultat de la mesure ;
- le capteur présente un tilt autour de l’axe Oy : ce défaut a un effet important sur la mesure car le couplage entre les bobinages à une extrémité du capteur n’est pas le même qu’à l’autre extrémité du capteur.
La présente divulgation vient améliorer la situation. Elle a pour but de fournir un capteur inductif de mesure de position angulaire se présentant sous la forme d’un secteur angulaire présentant une sensibilité réduite à un défaut de positionnement relatif entre une cible et le capteur, notamment en ce qui concerne un défaut d’inclinaison faisant que la cible est plus proche d’une extrémité du capteur que de son extrémité opposée.
Il est proposé un capteur de position inductif comportant :
- une bobine primaire avec au moins une spire primaire et
- une bobine secondaire présentant au moins deux bobinages secondaires constitués chacun d’au moins deux spires secondaires,
dans lequel :
chaque spire primaire vient entourer toutes les spires des bobinages secondaires,
le bobinage primaire et le bobinage secondaire s’étendent le long d’un arc de cercle,
chaque bobinage secondaire s’étend sur un secteur angulaire de 360°/N où N est un nombre entier,
les spires de chaque bobinage secondaire sont telles que la surface des spires enroulées dans un premier sens correspond à la surface des spires enroulées dans un second sens opposé au premier.
- une bobine primaire avec au moins une spire primaire et
- une bobine secondaire présentant au moins deux bobinages secondaires constitués chacun d’au moins deux spires secondaires,
dans lequel :
chaque spire primaire vient entourer toutes les spires des bobinages secondaires,
le bobinage primaire et le bobinage secondaire s’étendent le long d’un arc de cercle,
chaque bobinage secondaire s’étend sur un secteur angulaire de 360°/N où N est un nombre entier,
les spires de chaque bobinage secondaire sont telles que la surface des spires enroulées dans un premier sens correspond à la surface des spires enroulées dans un second sens opposé au premier.
Selon la présente divulgation, chaque bobinage secondaire comporte deux bobinages de compensation avec chacun au moins une spire de compensation, tels que :
- chaque bobinage de compensation est raccordé en série avec les spires du bobinage secondaire correspondant, est voisin de spires secondaires enroulées dans un même sens et chaque spire dudit bobinage de compensation est enroulée dans le sens inverse de l’enroulement desdites spires secondaires voisines ;
- pour un même bobinage secondaire, les spires d’un bobinage de compensation sont enroulées dans le sens opposé des spires de l’autre bobinage de compensation ;
- les deux bobinages de compensation d’un même bobinage secondaire sont décalés angulairement d’un angle de 360°/N ; et
- pour l’ensemble des bobinages secondaires, les bobinages de compensation avec des spires enroulées selon un même sens sont superposés formant ainsi deux superpositions de bobinages de compensation.
- chaque bobinage de compensation est raccordé en série avec les spires du bobinage secondaire correspondant, est voisin de spires secondaires enroulées dans un même sens et chaque spire dudit bobinage de compensation est enroulée dans le sens inverse de l’enroulement desdites spires secondaires voisines ;
- pour un même bobinage secondaire, les spires d’un bobinage de compensation sont enroulées dans le sens opposé des spires de l’autre bobinage de compensation ;
- les deux bobinages de compensation d’un même bobinage secondaire sont décalés angulairement d’un angle de 360°/N ; et
- pour l’ensemble des bobinages secondaires, les bobinages de compensation avec des spires enroulées selon un même sens sont superposés formant ainsi deux superpositions de bobinages de compensation.
Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- les spires de compensation sont en surface plus petites que les spires secondaires ;
- la surface globale des spires de compensation d’un bobinage secondaire est comprise entre 15% et 1% de la surface globale des spires secondaires dudit bobinage secondaire ;
- les spires sont réalisées sur au moins deux couches d’une carte de circuit imprimé ; dans cette variante, chaque spire secondaire peut présenter une première partie de spire réalisée sur une couche du circuit imprimé et une deuxième partie de spire réalisée sur une autre couche du circuit imprimé, la première partie de spire et la deuxième partie de spire pouvant être reliées l’une à l’autre par un via.
Selon un autre aspect, il est proposé un moteur électrique comportant un rotor et un stator et présentant N paires de pôles électriques, caractérisé en ce qu’il comporte, d'une part, un capteur de position inductif tel que défini ci-dessus, disposé dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du stator, et, d'autre part, une pièce conductrice de l’électricité liée au rotor et présentant N cibles régulièrement réparties à la périphérie de ladite pièce conductrice et disposées de manière à passer en vis-à-vis du capteur de position de manière à faire varier le couplage entre la bobine primaire et la bobine secondaire du capteur inductif.
Pour un tel moteur, le bobinage primaire du capteur inductif peut être dimensionné de telle sorte qu’il est en permanence recouvert par une surface métallique correspondant à la surface de deux cibles. Ceci permet d’avoir un flux d’induction constant émis par la bobine primaire.
Selon un autre aspect, il est proposé un véhicule muni d’un moteur électrique tel que décrit ci-dessus.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Il est maintenant fait référence à la . Cette figure illustre un capteur inductif 2 sectoriel de l’art antérieur comme par exemple un capteur décrit dans le document WO2022/248221 auquel il est fait référence ici (notamment page 6, ligne 25 à page 12, ligne 4), ainsi qu’aux documents FR3002034 et FR3068464 cités dans ce document WO’221. Ce capteur inductif 2 est destiné ici à déterminer la position angulaire d’un moteur électrique qui comporte N paires de pôles électriques. Il est formé d’un bobinage primaire et d’au moins deux bobinages secondaires. Pour connaitre la position angulaire du moteur, le capteur inductif 2 coopère avec une cible conductrice de l’électricité qui est liée au rotor et tourne avec lui en venant modifier le couplage entre le bobinage primaire et les bobinages secondaires. Le bobinage primaire est alimenté en un courant haute fréquence connu et en analysant les signaux (tensions) induits dans les bobinages secondaires lors du passage de la cible, il est possible de connaitre la position angulaire du moteur. Il convient qu’en permanence une cible recouvre un bobinage secondaire qui s’étend sur un secteur angulaire de 360°/N.
Une configuration de capteur sectoriel comme illustré sur la permet un gain de place par rapport à un capteur en forme de couronne qui serait disposé en extrémité d’arbre/rotor ou à la périphérie de cet arbre/rotor. Par contre, un capteur sectoriel est plus sensible à un défaut d’alignement avec la cible. On peut supposer que la cible est « parfaitement » montée sur l’arbre du rotor du moteur, c’est-à-dire que la cible a un mouvement de rotation autour de l’axe du moteur (sans excentricité ni désalignement angulaire) et présente une face en vis-à-vis du capteur perpendiculaire à son axe de rotation car un usinage assez précis peut être réalisé. On suppose dans la suite de la description que le capteur inductif présente un défaut de positionnement par rapport à la cible mais l’homme du métier comprendra qu’il s’agit en fait d’un défaut de positionnement relatif.
On suppose ici que la position idéale du capteur inductif 2 sectoriel est une position dans un plan Oxy, le rotor tournant autour d’un axe Oz et le capteur étant centré sur l’axe Oy.
Quatre défauts de positionnement peuvent apparaitre. Le capteur inductif 2 peut être décalé le long de l’axe Oy. Si le décalage n’est pas trop important, la cible viendra recouvrir normalement le capteur inductif 2 et les couplages entre le bobinage primaire et les bobinages secondaires ne seront pas affectés.
Si le capteur inductif est décalé par translation le long de l’axe OX, la position angulaire déterminée aura toujours un même décalage angulaire dont la valeur dépendra du décalage et du rayon sur lequel se trouve le capteur.
Si le capteur inductif est incliné par une rotation autour de l’axe Ox, alors on va venir modifier l’espace (appelé couramment « gap » ou « airgap ») entre la cible et le capteur inductif 2. Cela aura une influence sur l’intensité du signal enregistré en sortie de bobinage secondaire mais pas (ou très peu) sur la forme du signal si bien qu’il est encore possible de déterminer la position angulaire du rotor.
Par contre, si le capteur inductif est incliné par une rotation autour de l’axe OY, alors la cible sera plus proche, lorsqu’elle passe devant le capteur, d’une partie d’un bobinage secondaire que d’une partie opposée. La forme du signal est affectée.
La illustre dans le plan Oxz la position relative d’une cible 4 avec le capteur inductif 2. On voit que le capteur inductif 2 fait un angle « gamma » avec le plan Oxy si bien que la cible 4 qui se déplace le long de l’axe Ox (c’est-à-dire de gauche à droite ou inversement sur la ) s’éloigne (ou se rapproche) du capteur inductif 2 pendant son passage devant le capteur.
La illustre alors un bobinage secondaire 20 comportant une première spire 22 et une deuxième spire 24. On suppose qu’en vue de dessus (c’est-à-dire perpendiculairement au plan du capteur inductif 2 qui est réalisé sur une carte de circuit imprimé) la surface de la première spire 22 égale la surface de la deuxième spire 24. Toutefois, la première spire 22 est enroulée dans le sens opposé au sens d’enroulement de la deuxième spire 24. Un courant circulant dans un bobinage primaire 10 (figures 8 à 12) produira des flux magnétiques (ou forces électromotrices) opposé(e)s dans la première spire 22 et dans la deuxième spire 24, ce qui est illustré par les symboles + et – (arbitraires) sur la . Sur cette figure, les spires sont symétriques. On remarque sur la que lors du passage de la cible 4 devant le capteur inductif 2 la cible est plus proche de la première spire 22 (distance a) que de la deuxième spire 24 (distance b avec b>a). De ce fait, alors que les spires sont dimensionnées pour que le flux global à travers les deux spires (première spire 22 et deuxième spire 24) soit nul lorsqu’il n’y a pas de cible. Quand il y a une cible 4, le flux total dans le bobinage secondaire 20 (spire 22 ou 24) dépend de la position de la cible par rapport au bobinage (spire). Sur une période mécanique (360°/N) de rotation de la cible 4, le flux total vu par le bobinage secondaire 20 est de forme sinusoïdale en fonction de la position angulaire de la cible. Toutefois, du fait de l’inclinaison illustrée, on a ici un flux dont la forme n’est plus sinusoïdale comme illustré sur la sur laquelle des surfaces A et B illustrées représentatives du flux magnétique à travers une spire sont différentes.
La solution proposée par la présente divulgation est de rajouter un premier bobinage de compensation et un deuxième bobinage de compensation avec chacun au moins une spire. Pour la description du principe de la présente divulgation, on suppose que le bobinage secondaire considéré ne comporte que deux spires (première spire 22 et deuxième spire 24) et que le premier bobinage de compensation comporte une seule première spire de compensation 220 et le deuxième bobinage de compensation comporte une seule deuxième spire de compensation 240 en série avec la première spire 22 et la deuxième spire 24. La illustre le bobinage secondaire de la et les deux spires/bobinages de compensation. Il est à noter que le fait de rajouter des spires/bobinages supplémentaires à un jeu de spires secondaires produit un ajout de flux supplémentaire au flux vu par le jeu de spires secondaires.
La première spire de compensation 220 et la deuxième spire de compensation 240 doivent produire un flux nul quand le capteur inductif est bien parallèle à la cible (angle « gamma » valant 0°), quelle que soit la position de la cible 4. La première spire de compensation 220 est donc décalée de 360°/N par rapport à la deuxième spire de compensation 240 et ces deux spires de compensation sont de même surface mais enroulées en sens contraire de telle sorte que si un flux induit est positif dans l’une des deux spires de compensation alors le flux induit dans l’autre spire de compensation sera négatif. Les deux spires de compensation pour le bobinage secondaire 20 sont ainsi de signes opposés et de taille identique. Elles sont de préférence symétriques par rapport à une position angulaire médiane.
La illustre un schéma permettant d’intégrer la première spire de compensation 220 et la deuxième spire de compensation 240 au bobinage secondaire 20 de manière à être en séries avec la première spire 22 et la deuxième spire 24. Pour réaliser ce montage en série sur un circuit imprimé, il convient de prévoir au moins deux couches sur le circuit imprimé et des vias reliant lesdites couches. La montre une variante de réalisation pour une première spire de compensation 2200.
Pour réaliser un capteur inductif, il est nécessaire de prévoir un bobinage primaire 10 et au moins deux bobinages secondaires. La forme de réalisation retenue ici prévoit une forme de réalisation d’un capteur avec trois bobinages secondaires. Lorsque deux bobinages secondaires sont utilisés, le signal aux bornes d’un bobinage correspond à la fonction sinus de la position angulaire du moteur et celui aux bornes de l’autre bobinage à la fonction cosinus et les deux signaux permettent alors de connaitre la position du moteur sur 360° (électrique soit 360°/N mécanique). Avec trois bobinages secondaires, un premier bobinage secondaire 201 correspond par exemple à la fonction sinus(x), tandis que le deuxième bobinage secondaire 202 est décalé par rapport au premier bobinage secondaire pour correspondre à la fonction sinus(x+120°) et le troisième bobinage secondaire 203 correspond alors à la fonction sinus(x+240°). Les règles de trigonométrie permettent ici aussi de retrouver la position angulaire x du moteur à partir des trois signaux induits dans les bobinages secondaires.
La illustre un exemple de premier bobinage secondaire 201 pour réaliser un capteur selon la présente divulgation. On remarque que les spires de ce premier bobinage secondaire 201 est formé sur au moins deux couches du circuit imprimé. Ce premier bobinage secondaire 201 comporte une première spire de compensation 221 et une seconde spire de compensation 241, ces deux spires de compensation étant disposées symétriquement par rapport à l’axe Oy (quand le capteur ne présente pas de décalage par rapport à sa position nominale).
De même les figures 9 et 10 illustrent respectivement un deuxième bobinage secondaire 202 et un troisième bobinage secondaire 203. Le deuxième bobinage secondaire 202 comporte une première spire de compensation 222 et une seconde spire de compensation 242 tandis que le troisième bobinage secondaire 203 comporte une première spire de compensation 223 et une seconde spire de compensation 243.
À chaque fois, les spires de compensation présentent la même surface. Deux spires de compensation d’un même bobinage secondaire sont décalées l’une par rapport à l’autre de 360°/N et sont enroulées en sens inverse. On remarque que dans ces exemples des figures 8 à 10, chacun des bobinages secondaires présente plusieurs spires secondaires enroulées dans un premier sens et le même nombre de spires secondaires enroulées dans le sens opposé. Par contre, chaque bobinage de compensation ne présente qu’une seule spire. Toutefois, il peut être envisagé d’avoir un bobinage secondaire avec deux spires (une dans chaque sens) et/ou des bobinages de compensation avec plusieurs spires (toutes dans le même sens) chacun.
Les figures 11 et 12 illustrent un capteur obtenu en réunissant le bobinage primaire 10 (comportant ici quatre spires avec un circuit imprimé utilisé présente par exemple quatre couches pour optimiser le flux d’induction). On remarque que les spires des bobinages secondaires sont décalées d’un bobinage à l’autre (de 120°/N) mais les premières spires de compensation 221, 222, et 223 sont superposées ainsi que les secondes spires de compensation 241, 242, et 243.
On remarque que les spires de compensation par rapport aux spires des bobinages secondaires sont de taille réduite, par exemple leur surface globale est de l’ordre de quelques pourcents de la surface globale des autres spires, de préférence moins de 15%. On entend ici par surface globale la somme des surfaces de toutes les spires en considérant un bobinage secondaire. La surface d’une spire correspond en vue de dessus à la surface délimitée par la spire considérée. On considère alors la surface de chacune des spires secondaires, d'une part, et la surface de chacune des spires de compensation, d'autre part. La taille de chacune des spires de compensation est calculée lors de la conception du capteur en fonction de la géométrie du moteur, des spires, des cibles et des tolérances d’usinage et de montage. Généralement ces tolérances sont limitées et de ce fait la taille des spires de compensation reste limitée elle aussi, par exemple de l’ordre de 1% des tailles des spires du bobinages. En d’autres termes, dans un bobinage secondaire, le flux induit passant par les spires de compensation peut être de l’ordre de 10%, le plus souvent inférieur à 5% et de préférence de l’ordre de 0,5 à 2% du flux traversant les autres spires du bobinage secondaire considéré. En prenant l’exemple de la , si le bobinage secondaire 20 comporte une spire 22 de surface 100 unités et une spire 24 de surface 100 unités également (pour que le flux global soit nul), alors la surface de la spire de compensation 220 sera inférieure à 15 unités, de l’ordre de 10 unités mais plutôt inférieure à 5 unités, voire à 2 unités. La surface de la spire de compensation 240 sera la même que celle de la spire de compensation 220. À titre d’autre exemple numérique illustratif et non limitatif, si le bobinage secondaire comportait deux spires secondaires chacune de surface 100 unités enroulées dans un sens et deux spires secondaires chacune de surface 100 unités enroulées dans l’autre sens, on aurait une surface globale de bobinage secondaire de 400 unités. Si les bobinages de compensation devaient représenter 5% de la surface globale du bobinage secondaire considéré, soit une surface de 20 unités, d’après les calculs effectués, alors on pourrait par exemple avoir un bobinage de compensation avec une spire de surface 10 unités enroulée dans un sens et un autre bobinage de compensation avec une spire de surface 10 unités enroulée dans l’autre sens. On pourrait aussi avoir deux bobinages de compensation avec chacun deux spires de compensation d’une surface 5 unités.
La enfin illustre le capteur inductif des figures 11 et 12 en situation et coopérant avec des cibles liées à une pièce conductrice montée sur un rotor de moteur électrique.
Sur cette , deux cibles 4 voisines viennent recouvrir les premières spires (ou bobinages) de compensation pour l’une et les secondes spires (ou bobinages) de compensation pour l’autre. Le décalage angulaire entre deux cibles 4 étant lui aussi de 360°/N, cette figure illustre le décalage de 360°/N entre les deux empilements de spires/bobinages de compensation.
La taille (surface) du bobinage primaire 10 peut être telle qu’elle s’étend sur un secteur angulaire de 360°/N augmentée de la taille d’une cible, la géométrie des spires primaires (avec des bords radiaux) et des cibles 4 (avec également des bords radiaux) étant adaptée pour que le bobinage primaire 10 soit toujours recouvert par deux cibles 4 permettant ainsi d’avoir un flux primaire constant.
Les présentes solutions techniques peuvent trouver à s’appliquer notamment pour réduire les effets des défauts mécaniques sur les performances d’un capteur inductif de position angulaire. Les capteurs de type sectoriel (ne s’étendant que sur une partie de la périphérie d’un arbre) sont plus particulièrement visés ici car les problèmes de performances sont moins importants sur un capteur disposé en bout d’arbre ou sur un capteur traversant car une compensation « naturelle » (ou physique) s’établit alors.
La solution proposée ici présente l’avantage de compenser des défauts d’alignement, notamment d’inclinaison entre une cible et un capteur inductif. La compensation est réalisée dans le capteur lui-même sans engendrer de surcout pour celui-ci.
La solution proposée peut s’adapter à de très nombreuses situations. Elle fonctionne quel que soit le nombre de pôles du moteur électrique. Elle peut être adaptée à tout type de capteur inductif, avec deux ou trois (ou plus) bobinages secondaires et avec des structures de spires de bobinages secondaires quelconque. Les formes de réalisation préférées utilisent des spires sur plusieurs couches comme décrites dans les documents FR3002034 et/ou FR3068464 et ou WO2022/248221 précités mais aussi avec des structures de bobinages élémentaires comme illustré schématiquement sur la .
La présente divulgation ne se limite pas à l’exemple de réalisation décrit et aux variantes évoquées ci-avant, seulement à titre d’exemples, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée.
Claims (8)
- Capteur de position inductif comportant :
- une bobine primaire (10) avec au moins une spire primaire et
- une bobine secondaire présentant au moins deux bobinages secondaires (20 ; 201, 202, 203) constitués chacun d’au moins deux spires secondaires (22, 24),
dans lequel :
chaque spire primaire vient entourer toutes les spires des bobinages secondaires (20 ; 201, 202, 203),
le bobinage primaire (10) et le bobinage secondaire (20 ; 201, 202, 203) s’étendent le long d’un arc de cercle,
chaque bobinage secondaire (20 ; 201, 202, 203) s’étend sur un secteur angulaire de 360°/N où N est un nombre entier,
les spires de chaque bobinage secondaire sont telles que la surface des spires enroulées dans un premier sens correspond à la surface des spires enroulées dans un second sens opposé au premier,
caractérisé en ce que
chaque bobinage secondaire (20 ; 201, 202, 203) comporte deux bobinages de compensation (220, 240 ; 221, 222, 223, 241, 242, 243) avec chacun au moins une spire de compensation, tels que :
- chaque bobinage de compensation (220, 240 ; 221, 222, 223, 241, 242, 243) est raccordé en série avec les spires du bobinage secondaire (20 ; 201, 202, 203) correspondant, est voisin de spires secondaires enroulées dans un même sens et chaque spire dudit bobinage de compensation est enroulée dans le sens inverse de l’enroulement desdites spires secondaires voisines ;
- pour un même bobinage secondaire (20 ; 201, 202, 203), les spires d’un bobinage de compensation (220, 240 ; 221, 222, 223, 241, 242, 243) sont enroulées selon le sens opposé des spires de l’autre bobinage de compensation ;
- les deux bobinages de compensation (220, 240 ; 221, 222, 223, 241, 242, 243) d’un même bobinage secondaire (20 ; 201, 202, 203) sont décalés angulairement d’un angle de 360°/N ; et
- pour l’ensemble des bobinages secondaires, les bobinages de compensation (221, 222, 223, 241, 242, 243) avec des spires enroulées selon un même sens sont superposés, formant ainsi deux superpositions de bobinages de compensation. - Capteur de position inductif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les spires de compensation (220, 240 ; 221, 222, 223, 241, 242, 243) sont en surface plus petites que les spires secondaires.
- Capteur de position inductif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface globale des spires de compensation (220, 240 ; 221, 222, 223, 241, 242, 243) d’un bobinage secondaire est comprise entre 15% et 1% de la surface globale des spires secondaires dudit bobinage secondaire (20 ; 201, 202, 203).
- Capteur de position inductif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les spires sont réalisées sur au moins deux couches d’une carte de circuit imprimé.
- Capteur de position inductif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque spire secondaire présente une première partie de spire réalisée sur une couche du circuit imprimé et une deuxième partie de spire réalisée sur une autre couche du circuit imprimé, la première partie de spire et la deuxième partie de spire étant reliées l’une à l’autre par un via.
- Moteur électrique comportant un rotor et un stator et présentant N paires de pôles électriques, caractérisé en ce qu’il comporte, d'une part, un capteur de position inductif selon l'une des revendications 1 à 5 disposé dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du stator, et, d'autre part, une pièce conductrice de l’électricité liée au rotor et présentant N cibles (4) régulièrement réparties à la périphérie de ladite pièce conductrice et disposées de manière à passer en vis-à-vis du capteur de position de manière à faire varier le couplage entre la bobine primaire (10) et la bobine secondaire (20 ; 201, 202, 203) du capteur inductif.
- Moteur électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bobinage primaire (10) du capteur inductif est dimensionné de telle sorte qu’il est en permanence recouvert par une surface métallique correspondant à la surface de deux cibles (4).
- Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte un moteur électrique selon l'une des revendications 6 ou 7.
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| FR2307605 | 2023-07-17 | ||
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Citations (6)
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| FR3068464A1 (fr) | 2017-06-30 | 2019-01-04 | Continental Automotive France | Capteur de position inductif avec spires secondaires traversant une carte de circuit imprime |
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- 2023-07-17 FR FR2307605A patent/FR3151396A1/fr active Pending
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- 2024-07-12 WO PCT/EP2024/069823 patent/WO2025016904A1/fr unknown
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