EP4630761A1 - Elément de couplage pour capteur de position amélioré - Google Patents

Elément de couplage pour capteur de position amélioré

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EP4630761A1
EP4630761A1 EP23818470.9A EP23818470A EP4630761A1 EP 4630761 A1 EP4630761 A1 EP 4630761A1 EP 23818470 A EP23818470 A EP 23818470A EP 4630761 A1 EP4630761 A1 EP 4630761A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling element
branches
openings
plane
position sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23818470.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Deepak Appukuttan
Albin LE-SERGENT
Julien Moulin
Olivier GUEGUEN
Adhish VINOD
Sundar KANAKARAJ
Prasath Madhavan
Balaji Ravichandran
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SC2N SAS
Original Assignee
SC2N SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by SC2N SAS filed Critical SC2N SAS
Publication of EP4630761A1 publication Critical patent/EP4630761A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2053—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable non-ferromagnetic conductive element

Definitions

  • Coupling element for improved position sensor The present invention relates to a coupling element for a position sensor.
  • This sensor is intended to measure the position of a rotating element, for example a shaft, and more precisely a rotor relative to a stator of an electric machine used in a mobility device such as an electric vehicle or electrically assisted bicycle.
  • the sensor accurately measures the angular position of the shaft to optimize machine operation. To do this, the sensor accurately detects the position of the coupling element placed on the shaft.
  • Eddy current position sensors are traditionally composed of an electronic card on which at least one transmitting antenna, at least one receiving element and at least one signal processing unit are arranged.
  • the transmitting antenna emits a magnetic field oscillating at a certain frequency.
  • a coupling element is positioned so as to modify this magnetic field.
  • the modified magnetic field generates an electromotive force in the receiving element.
  • This electromotive force is processed by the signal processing unit so as to provide output signals allowing measurement of the position of the coupling element.
  • the coupling element is a rotating element, for example with the rotor of the electric motor, made of sintered metal and/or machined at the end of the shaft.
  • the present invention aims to overcome one or more of the drawbacks of prior art assemblies by proposing a coupling element for an improved position sensor.
  • the present invention proposes a coupling element, for a position sensor with inductive technology for an electric machine, composed of a stamped metal part comprising openings.
  • the openings make it possible to optimize eddy currents and improve the performance of the sensor.
  • the openings are formed by cutting the piece of metal.
  • the coupling element comprises a closed tubular zone from which extend at least two branches meeting at the center of the area of the zone.
  • the openings make it possible to optimize the eddy currents in each branch of the coupling element when the position sensor with inductive technology is in operation. This operating mode allows an improvement in the performance of the sensor.
  • the junction of the branches forms a full circle.
  • the branches are formed from the closed tubular zone, extend in the plane of the zone, then are curved and meet.
  • the openings are formed by non-contiguous branches.
  • the coupling element has four branches, forming four openings.
  • the junction of the branches forms a first plane PI
  • the base of the openings forms a second plane P2 parallel to the first plane PI
  • the two planes PI and P2 being separated by a distance d of at least 1 minute.
  • the invention also relates to an electric machine comprising a coupling element according to the invention.
  • the invention also relates to the use of the coupling element according to the invention in a gearbox.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of the sensor with the coupling element according to the invention
  • FIG. 2 is an elevational view of the coupling element according to a variant of the invention.
  • FIG. 3 is an elevational view of the coupling element according to another variant of the invention.
  • the invention relates to a coupling element 20 for a position sensor 10 intended to be used with an electrical machine or a transmission element of a mobility device.
  • the position sensor 10 is an inductive technology sensor, for measuring the position of a rotating element, for example of a shaft of an electrical machine, and more precisely of a rotor mounted on a shaft relative to to a stator.
  • the sensor 10 is formed by at least one sensitive element formed by at least one printed circuit board 101 (PCB for Print Circuit Board according to English terminology).
  • the senor 10 is formed by a housing 100 in which is arranged a sensitive element formed by at least one printed circuit board 101 (PCB for Print Circuit Board according to English terminology).
  • PCB printed circuit board
  • the card 101 comprises at least one transmitting antenna 111 and at least one receiving element 121, of the receiving antenna type.
  • the card 101 comprising the antennas 111, 121 is thus placed opposite a movable coupling element 20 placed on a rotating element 30 so as to be able to determine the position of the rotating element 30 .
  • the rotating element is the shaft 30 of the electric machine.
  • the coupling element 20, illustrated [Fig. 2] and [Fig. 3], is arranged at one end 31 of the rotating shaft 30 of the electric machine.
  • the coupling element 20 is composed of a metal part stamped so as to have a shape allowing it to be placed at the end 31 of the shaft 30.
  • the coupling element 20 has the shape of a cap comprising openings 25.
  • the openings 25 are formed by cutting the piece of metal. More precisely, the coupling element comprises a closed tubular zone 21, for example a closed ring 21, from which extend at least two branches 23 meeting at the center of the area of the ring. The junction of the branches forms a solid zone 24.
  • the branches 23 are formed from the tubular zone 21, extend into the plane of the tubular zone or ring 21, then are curved and meet. The branches 23 are not contiguous, they are separated by a space 25 thus making it possible to form the openings 25.
  • the junction of the branches forms a first plane PI
  • the base of the openings forms a second plane P2 parallel to the first plane PI
  • the two planes PI and P2 are arranged one above the other and are separated by a distance of at least 1 mm.
  • the two planes are separated by at least 2 mm.
  • the two planes are separated by 2 mm. This allows for better eddy current distribution and improves sensor performance.
  • the coupling element 20 comprises four branches 23. These four branches 23 thus form four openings 25.
  • the openings 25 make it possible to optimize the eddy currents in each branch 23 of the coupling element 20 when the inductive technology position sensor 10 is in operation. This operating mode allows an improvement in the performance of the sensor.
  • the coupling element 20 has as many branches 23 as the electric motor has pairs of poles.
  • each branch 23 is identical to the void surface formed by the openings 25.
  • the coupling element 20 is pressed at the end of the shaft 30 to be held in place.
  • the diameter of the coupling element 20 is thus adapted to allow the positioning of the coupling element 20 on the shaft 30. More precisely, the diameter of the coupling element 20 is greater than that of the shaft to allow the end of the coupling element to be inserted onto the shaft 30.
  • the diameter of the coupling element 20 is less than the diameter of the shaft 30.
  • the coupling element is thus pressed to the end of the shaft, by its internal diameter.
  • the invention also relates to the use of the coupling element 20 for a position sensor 10 in an electric machine used in a mobility device of the electric vehicle, hybrid or electrically assisted bicycle type.
  • the transmitting antenna emits a magnetic field oscillating at a certain frequency.
  • the coupling element is positioned so as to modify this magnetic field.
  • the modified magnetic field generates an electromotive force in the receiving element.
  • This electromotive force is processed by a signal processing unit so as to provide output signals allowing measurement of the position of the coupling element.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un élément de couplage (20) pour capteur de position à technologie inductive pour machine électrique, composée d'une pièce métallique emboutie comportant des ouvertures (25). L'invention concerne également une machine électrique comportant un tel élément de couplage.

Description

Description
Titre de l'invention : Elément de couplage pour capteur de position amélioré La présente invention concerne un élément de couplage pour un capteur de position . Ce capteur est destiné à mesurer la position d'un élément tournant, par exemple un arbre, et plus précisément un rotor par rapport à un stator d'une machine électrique utilisée dans un engin de mobilité du type véhicule électrique ou vélo à assistance électrique.
Le capteur mesure avec précision la position angulaire de l'arbre pour optimiser le fonctionnement de la machine. Pour cela le capteur détecte avec précision la position de l'élément de couplage disposé sur l'arbre .
Les capteurs de position à courants de Foucault sont traditionnellement composés d'une carte électronique sur laquelle sont disposés au moins une antenne d'émission, au moins un élément de réception et au moins une unité de traitement du signal . L'antenne d'émission émet un champ magnétique oscillant à une certaine fréquence. Un élément de couplage est positionné de sorte à venir modifier ce champ magnétique. Le champ magnétique modifié génère une force électromotrice dans l'élément de réception. Cette force électromotrice est traitée par l'unité de traitement de signal de sorte à fournir des signaux de sortie permettant la mesure de la position de l'élément de couplage.
Habituellement, l'élément de couplage est un élément tournant, par exemple avec le rotor du moteur électrique, en métal frittées et / ou usinées au bout de l'arbre.
Ce type d'élément de couplage est lourd et le procédé d'installation sur l'arbre est coûteux. La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des ensembles de l'art antérieur en proposant un élément de couplage pour capteur de position amélioré.
Pour cela la présente invention propose un élément de couplage, pour capteur de position à technologie inductive pour machine électrique, composée d'une pièce métallique emboutie comportant des ouvertures.
Les ouvertures permettent d'optimiser les courants de Foucault et permettent une amélioration de la performance du capteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les ouvertures sont formées par découpage de la pièce de métal. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de couplage comporte une zone tubulaire fermée de laquelle s'étendent au moins deux branches se rejoignant au centre de l'aire de la zone.
Les ouvertures permettent d'optimiser les courants de Foucault dans chaque branche de l'élément de couplage lorsque le capteur de position à technologie inductive est en fonctionnement. Ce mode de fonctionnement permet une amélioration de la performance du capteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la jonction des branches forme un cercle plein. Selon un mode de réalisation de l'invention, les branches sont formées à partir de la zone tubulaire fermée, se prolongent dans le plan de la zone, puis sont courbées et se rejoignent. Selon un mode de réalisation de l'invention, les ouvertures sont formées par les branches non contiguës.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de couplage comporte quatre branches, formant quatre ouvertures.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la jonction des branches forme un premier plan PI, la base des ouvertures forme un deuxième plan P2 parallèle au premier plan PI, les deux plans PI et P2 étant séparés d'une distance d d'au moins 1 mn.
L'invention concerne également une machine électrique comportant un élément de couplage selon l'invention.
L'invention concerne également l'utilisation de l'élément de couplage selon l'invention dans une boîte de vitesse.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles:
- la [Fig. 1] est une illustration schématique du capteur avec l'élément de couplage selon l'invention,
- la [Fig. 2] est une vue en élévation de l'élément de couplage selon une variante de l'invention,
- la [Fig. 3] est une vue en élévation de l'élément de couplage selon une autre variante de l'invention. L'invention concerne un élément de couplage 20 pour un capteur 10 de position destiné à être utilisé avec une machine électrique ou un élément de la transmission d'un engin de mobilité.
Plus précisément, le capteur 10 de position est un capteur à technologie inductive, pour mesurer la position d'un élément tournant, par exemple d'un arbre d'une machine électrique, et plus précisément d'un rotor monté sur un arbre par rapport à un stator. Comme illustré [Fig. 1], le capteur 10 est formé par au moins un élément sensible formé par au moins une carte 101 de circuit imprimé (PCB pour Print Circuit Board selon la terminologie anglaise).
Selon un mode de réalisation de l'invention, le capteur 10 est formé par un boitier 100 dans lequel est disposé un élément sensible formé par au moins une carte 101 de circuit imprimé (PCB pour Print Circuit Board selon la terminologie anglaise).
La carte 101 comporte au moins une antenne 111 émettrice et au moins un élément 121 de réception, de type antenne de réception.
Lors de son utilisation, la carte 101 comportant les antennes 111, 121 est ainsi placée en vis- à-vis d'un élément de couplage 20 mobile disposée sur un élément 30 tournant de façon à pouvoir déterminer la position de l'élément 30 tournant.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément tournant est l'arbre 30 de la machine électrique.
Dans le cadre de l'invention, l'élément de couplage 20, illustrée [Fig. 2] et [Fig. 3], est disposée à une extrémité 31 de l'arbre 30 tournant de la machine électrique.
L'élément de couplage 20 est composé d'une pièce métallique emboutie de façon à avoir une forme lui permettant d'être disposée à l'extrémité 31 de l'arbre 30.
Le fait d'utiliser un procédé d'emboutissage pour obtenir l'élément de couplage permet un gain financier au niveau du procédé de fabrication par rapport au procédé de frittage ou usinage de l'art antérieur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de couplage 20 a la forme d'un capuchon comportant des ouvertures 25. Les ouvertures 25 sont formées par un découpage de la pièce de métal. Plus précisément, l'élément de couplage comporte une zone tubulaire 21 fermée, par exemple un anneau 21 fermé, de laquelle s'étendent au moins deux branches 23 se rejoignant au centre de l'aire de l'anneau. La jonction des branches forme une zone 24 pleine. Les branches 23 sont formées à partir de la zone tubulaire 21, se prolongent dans le plan de de la zone tubulaire ou anneau 21, puis sont courbées et se rejoignent. Les branches 23 ne sont pas contiguës, elles sont séparées par un espace 25 permettant ainsi de former les ouvertures 25.
Plus précisément, la jonction des branches forme un premier plan PI, la base des ouvertures forme un deuxième plan P2 parallèle au premier plan PI, les deux plans PI et P2 sont disposés l'un au-dessus de l'autre et sont séparés d'une distance d d'au moins 1 mm. Selon un mode de réalisation de l'invention, les deux plans sont séparés par au moins 2 mm. Selon un mode de réalisation de l'invention, les deux plans sont séparés par 2 mm. Cela permet une meilleure distribution des courants de Foucault et améliore les performances du capteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de couplage 20 comporte quatre branches 23. Ces quatre branches 23 forment ainsi quatre ouvertures 25.
Les ouvertures 25 permettent d'optimiser les courants de Foucault dans chaque branche 23 de l'élément de couplage 20 lorsque le capteur de position à technologie inductive 10 est en fonctionnement. Ce mode de fonctionnement permet une amélioration de la performance du capteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de couplage 20 comporte autant de branches 23 que le moteur électrique comporte de paires de pôles.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface formée par chaque branche 23 est identique à la surface de vide formée par les ouvertures 25.
Selon un mode de réalisation d'invention, l'élément de couplage 20 est pressée au bout de l'arbre 30 pour être maintenue en place. Le diamètre de l'élément de couplage 20 est ainsi adapté pour permettre le positionnement de l'élément de couplage 20 sur l'arbre 30. Plus précisément, le diamètre de l'élément de couplage 20 est supérieur à celui de l'arbre pour permettre l'insertion de l'extrémité de l'élément de couplage sur l'arbre 30.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le diamètre de l'élément de couplage 20 est inférieur au diamètre de l'arbre 30. L'élément de couplage est ainsi pressé au bout de l'arbre, par son diamètre intérieur.
L'invention concerne également l'utilisation de l'élément de couplage 20 pour capteur 10 de position dans une machine électrique utilisée dans un engin de mobilité du type véhicule électrique, hybride ou vélo à assistance électrique. Lors de l'utilisation, l'antenne d'émission émet un champ magnétique oscillant à une certaine fréquence. L'élément de couplage est positionné de sorte à venir modifier ce champ magnétique. Le champ magnétique modifié génère une force électromotrice dans l'élément de réception. Cette force électromotrice est traitée par une unité de traitement de signal de sorte à fournir des signaux de sortie permettant la mesure de la position de l'élément de couplage. La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Élément de couplage (20), pour capteur (10) de position à technologie inductive pour machine électrique, composée d'une pièce métallique emboutie comportant des ouvertures (25).
2. Élément de couplage (20) selon la revendication 1, dans laquelle les ouvertures (25) sont formées par découpage de la pièce de métal.
3. Elément de couplage (20) selon l'une des revendications 1 ou 2, comportant une zone tubulaire (21) fermée de laquelle s'étendent au moins deux branches (23) se rejoignant au centre de l'aire de la zone.
4. Elément de couplage (20) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle la jonction des branches forme un cercle (24) plein.
5. Elément de couplage (20) selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle les branches (23) sont formées à partir de la zone tubulaire (21) fermée, se prolongent dans le plan de la zone (21), puis sont courbées et se rejoignent.
6. Elément de couplage (20) selon l'une des revendications 2 à 5, dans laquelle les ouvertures (25) sont formées par les branches (23) non contiguës.
7. Elément de couplage (20) selon l'une des revendications 2 à 6, comportant quatre branches (23), formant quatre ouvertures (25).
8. Elément de couplage (20) selon l'une des revendications 2 à 7, dans lequel la jonction des branches forme un premier plan PI, la base des ouvertures forme un deuxième plan P2 parallèle au premier plan PI, les deux plans PI et P2 étant séparés d'une distance d d'au moins 1 mn.
9. Machine électrique comportant un élément de couplage selon une des revendications 1 à 8.
10. Utilisation de l'élément de couplage selon une des revendications 1 à 9 dans une boite de vitesse.
EP23818470.9A 2022-12-08 2023-12-06 Elément de couplage pour capteur de position amélioré Pending EP4630761A1 (fr)

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FR3143109A1 (fr) 2024-06-14
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WO2024121232A1 (fr) 2024-06-13

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