CAPTEUR INDUCTIF DE POSITION ANGULAIRE
La présente invention concerne les capteurs inductifs de position angulaire, et plus particulièrement les capteurs inductifs différentiels, fréquemment désignés par l'abréviation anglo-saxonne RVDT (Rotary variable differential transformer).
Plus particulièrement, l'invention concerne un capteur inductif différentiel de position angulaire, comprenant : - un stator ayant une armature de révolution autour d'un axe, en matériau ferromagnétique, portant :
un bobinage primaire annulaire centré sur l'axe, prévu pour être alimenté par une tension alternative, de constitution telle qu'il génère un flux électromagnétique dans l'armature et une pluralité de bobinages secondaires répartis angulairement autour de l'axe et traversant l'armature par des encoches ménagées dans le sens axial, - un rotor en matériau ferromagnétique ayant, dans le sens axial, un premier tronçon, situé au droit du bobinage primaire, et un deuxième tronçon présentant, au droit des bobinages secondaires, un segment en forme de portion de cylindre, les premier et deuxième tronçons provoquant un couplage du bobinage primaire avec les bobinages secondaires qui varie en fonction de la position angulaire du rotor.
On connaît en particulier des capteurs de ce type comportant deux bobinages secondaires fournissant chacun une tension de sortie. Ces deux tensions de sorties sont linéaires sur 35 degrés de rotation du rotor. Les deux tensions de sortie délivrent deux informations complémentaires. La somme des deux tensions secondaires peut être considérée comme constante et la différence de ces deux tensions peut être considérée comme proportionnelle à l'angle de rotation du rotor.
Le principe de fonctionnement de ce type de capteur inductif différentiel de transformation d'angles, permet d'obtenir une précision de l'ordre de 0,3 degré d'angle, à la température ambiante, sur un débattement angulaire de 35 degrés, et une précision de l'ordre de 1,7 degré d'angle sur une plage de température de -55[deg]C à +170[deg]C sur le même débattement angulaire. Cette précision est très sensible aux charges capacitives installées sur les bobinages secondaires. Cette charge capacitive augmente la courbure de la courbe de précision sur les plages angulaires comprises entre -35 et 20 degrés et entre +20 et +35 degrés.
De plus, ce capteur a un déphasage entre les deux tensions de sortie qui varie de 5 à 25 degrés, à température ambiante, et de 5 à 32 degrés sur toute la plage de température comprise entre -55[deg]C et +170[deg]C.
Néanmoins, les utilisateurs de ce type de capteur ont souvent besoin d'une meilleure précision sur toute la plage de température et sur un plus grand débattement pour éliminer le réducteur mécanique qui sert d'interface et compense la faible plage angulaire du capteur. De plus les niveaux de déphasage limitent la technologie de l'électronique du calculateur.
La présente invention vise en particulier à fournir un capteur inductif de position angulaire répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment ayant un domaine angulaire d'utilisation important (ce qui permettra souvent d'éviter l'emploi d'un engrenage réducteur d'angle de rotation) et une linéarité de réponse élevée, tout en restant de constitution simple.
Dans ce but, l'invention propose notamment un capteur inductif du genre indiqué ci-dessus caractérisé par le fait qu'en outre les bobinages secondaires qui sont au nombre de deux, sont chacun respectivement disposés dans un groupe d'encoches et que chaque groupe d'encoches est symétrique de l'autre par rapport à un plan médian passant par l'axe.
Grâce à ces dispositions, on obtient : - une linéarité des tensions de sortie, sur un débattement de 85 degrés ; - un déphasage entre les tensions de sortie qui reste inférieur à 6 degrés à la température ambiante et 12 degrés sur toute la plage de température de -55[deg]C à +170[deg]C ; - une courbure de la courbe de précision qui ne dépend pas des charges sur les bobinages secondaires ; - une précision angulaire de 0,3 degré sur 75 degrés à température ambiante et une précision angulaire de 0,9 degré sur toute la plage de température de -55[deg]C à +170[deg]C ; - un encombrement qui reste similaire aux capteurs RVDT classiques ; et - une fiabilité identique à celle d'un capteur RVDT classique.
Le bobinage primaire peut être formé par un seul bobinage. Il peut également être constituée de deux bobinages annulaires placés de part et d'autre des bobinages secondaires.
L'armature entoure le rotor. Elle comporte avantageusement une première partie annulaire, qui peut être en matériau massif, portant un support pour le bobinage primaire et une seconde partie en forme d'anneau, en matériau ferromagnétique feuilleté dans le sens axial, portant les bobinages secondaires.
La première partie peut notamment avoir une section droite en L.
Les deux bobinages secondaires peuvent traverser la seconde partie par des encoches communes situées à 180[deg] de l'une de l'autre.
On peut avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - la seconde partie de l'armature est en matériau ferromagnétique feuilleté dans le sens axial ; - les deux bobinages secondaires présentent le même nombre de spires ; - chaque bobinage secondaire comporte neuf bobines ; - chacune des neuf bobines appartient à un groupe choisi parmi cinq groupes se distinguant par un nombre de spires différent qui est respectivement de 60, 65, 85, 90 ou 100 spires par bobine ; - il comporte un amplificateur différentiel relié aux bobinages secondaires pour fournir un signal de sortie ; - les bobinages secondaires sont connectés en série pour fournir les harmoniques des signaux des bobinages secondaires ;et - le bobinage primaire est constitué de deux bobines annulaires placées de part et d'autre du plan médian et du segment en forme de portion de cylindre.
Un capteur de ce type a été réalisé, avec un stator dont la première partie est massive et dont la seconde partie est constituée par un empilement de tôles.
Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif.
La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 représente de manière simplifiée un capteur, partiellement en coupe suivant un plan médian passant par l'axe ; - la figure 2 est une vue en élévation d'une des tôles du stator, faisant apparaître les encoches de passage des bobinages secondaires portés par le stator ; - la figure 3 montre une répartition, sous forme développée, des bobinages secondaires ; - la figure 4 représente schématiquement en coupe une variante de réalisation du rotor ; - la figure 5 représente schématiquement en élévation latérale, le rotor représenté sur la figure 4 ; - la figure 6 est un schéma électrique de principe du capteur ;- la figure 7 montre l'allure de la variation des tensions de sortie des deux bobinages secondaires ou statoriques en fonction de l'angle du rotor par rapport à sa position médiane ; - la figure 8 représente schématiquement en coupe une autre variante de réalisation du rotor ; - la figure 9 représente schématiquement en élévation latérale, le rotor représenté sur la figure 8 ; - la figure 10 représente schématiquement en coupe encore une autre variante de réalisation du rotor ; et - la figure 11 représente schématiquement en élévation latérale, le rotor représenté sur la figure 10.
Le capteur représenté sur la figure 1 peut être regardé comme ayant un stator 2 et un rotor 4.
Le stator 2 comporte une armature 3 en matériau ferromagnétique, constituée d'une première 11 et d'une seconde 10 parties assemblées dans le cas illustré en figure 1.
La première partie 11, qui peut être notamment en matériau ferromagnétique massif, est de révolution avec une section droite en forme de L. Dans cette première partie 11 est pratiqué un logement annulaire de réception formant support 12 pour un bobinage primaire 13. Le bobinage primaire 13 est constitué par un enroulement de spires jointives. Ce bobinage primaire 13 a un montage et une constitution similaires à celles d'une bobine de transformateur tournant. Il est prévu pour être alimenté par un générateur sous une tension alternative constante. En général, la fréquence d'alimentation sera comprise entre 400 Hz et 10 KHz.
La seconde partie 10 de l'armature du stator est constituée par un anneau fixé à la première partie pour assurer la continuité du circuit magnétique, ayant une structure feuilletée dans le sens axial. On peut notamment utiliser des tôles 28 minces (par exemple de 0,35 mm d'épaisseur environ) en fer-nickel. Dans une variante de réalisation, utilisable notamment lorsque la fréquence d'alimentation est relativement basse, la partie 10 est en matériau ferromagnétique massif.
Chaque tôle 28 est, comme représenté sur la figure 2, percée de N encoches ou ouvertures 16. Dans le cas décrit ici, N=16. On a deux groupes de 8 encoches 16. Deux encoches, les encoches numérotées 1 et 9 sur la figure 2, sont communes au deux groupes. Les deux groupes sont disposés symétriquement de part et d'autre d'un plan médian 15 passant par un axe 17 et les encoches numéros 1 et 9.
La seconde partie 10 porte deux bobinages secondaires, 14a et 14b, disposés symétriquement par rapport au plan médian 15. Chaque bobinage 14a, 14b est réparti dans un groupe d'encoches.
Chaque bobinage secondaire 14a, 14b est composé de N+l bobines, donc neuf dans le cas décrit ici. Ces neuf bobines sont réalisées avec un même nombre de spires pour chaque bobinage secondaire 14a, 14b. Chacune des neuf bobines appartient à un groupe choisi parmi cinq groupes A, B, C, D et E se distinguant par un nombre de spires différent qui est respectivement de 65, 90, 60, 85 et 100 spires par bobine. La répartition des groupes A, B, C, D et E par rapport aux encoches 16 est illustrée par la figure 3.
La quantité de flux qui traverse ces bobines dépend essentiellement de la position du rotor 4 par rapport aux bobinages secondaires 14a, 14b.
Un mode de réalisation du rotor 4 est illustré par les figures 4 et 5.
Selon ce mode de réalisation, le rotor 4 comporte une partie centrale 24 et deux parties latérales 25. La partie centrale 24 est constituée de deux segments semicylindriques 20, 21, destinés à être placés entre le bobinage primaire 13 et les bobinages secondaires 14a et 14b. Le segment semi-cylindrique 20 est de révolution autour de l'axe 17. Le segment semi-cylindrique 21 est polygonal avec trois plans s'étendant parallèlement à l'axe 17. Le volume du segment semi-cylindrique 20 est supérieur à celui du segment semi-cylindrique 21.
De part et d'autre de la partie centrale 24, s'étendent des ailes 25. Chaque aile 25 s'étend sous la forme d'un demi-tube centré sur l'axe 17. Les ailes 25 sont positionnées au droit du bobinage primaire 13 pour l'une et au droit des bobinages secondaires 14a, 14b pour l'autre.
Les ailes 25 situées radialement au droit du bobinage primaire 13 et au droit des bobinages secondaires 14a, 14b délimitent un entrefer de faible dimension radiale et constant quelle que soit la position angulaire du rotor 4.
En particulier, l'aile au droit des bobinages secondaires 14a, 14b a un diamètre suffisamment supérieur à celui du reste du développement angulaire pour provoquer seul un couplage du bobinage primaire 13 avec les bobinages secondaires 14a et 14b.
Ce dernier couplage varie, pour chaque bobinage, en fonction de la position angulaire du rotor 4 et il est localement très serré, là où la valeur de l'entrefer est très faible.
L'aile 25 située sous les bobinages secondaires 14a, 14b est segmentée sur 180 degrés mais elle voit une section constante sur un débattement de 80 degrés. Dans ces conditions, quelle que soit la position du rotor 4, l'impédance du circuit magnétique reste constante. La position d'origine du capteur est définie au moment où le centre de l'aile 25 située sous les bobinages secondaires 14a, 14b, est lui-même situé face à l'ouverture de l'encoche n[deg] 9.
Tout le flux magnétique généré par les bobines passe dans le satellite, dans les tôles de la deuxième partie 10 et dans l'armature.
La partie centrale 24 du rotor est traversée, selon l'axe 17, d'un passage 23 permettant d'associer le rotor, conçu ici comme un satellite, à un arbre. Cet arbre est par exemple constitué d'un matériau magnétique tel que l'inox 303.
Le satellite représenté sur les figures 4 et 5 est constitué d'un matériau magnétique tel que FeNi 49. Le satellite et l'arbre sont solidarisés l'un à l'autre, par exemple grâce à un collage.
Dans un tel capteur, électriquement schématisé sur la figure 6, les tensions U14a et U14b qui apparaissent aux bornes des bobinages secondaires 14a, 14b, pour une tension Up donnée aux bornes du bobinage primaire 13, varient en fonction de la position angulaire du rotor 4. Le signal de sortie représentatif de l'angle du rotor par rapport à une position médiane peut être fourni par un amplificateur différentiel relié aux bobinages secondaires 14a, 14b.
En fonction de la position du rotor 4, le bobinage secondaire 14a (respectivement 14b) génère une tension alternative d'amplitude qui varie avec cette position (figure 7), proportionnelle et en phase (respectivement en opposition de phase) avec la tension Up aux bornes du bobinage primaire 13. La variation d'amplitude de la tension mesurée aux bornes du bobinage secondaire 14a (respectivement 14b) dépend du rapport des surfaces de chacune des ailes 25, à droite et à gauche (respectivement à gauche et à droite) du plan de symétrie des bobinages secondaires 14a, 14b, dans les encoches 16.
La variation des tensions est pratiquement linéaire sur une plage angulaire qui atteint 80[deg] et ne dépend pratiquement pas des charges sur les bobinages secondaires 14a, 14b. Les déphasages des tensions U14a et U14b, aux bornes des bobinages secondaires 14a, 14b, par rapport à la tension aux bornes du bobinage primaire 13 restent sensiblement constants quelle que soit la position du rotor 4.
Dans une variante de réalisation, le capteur permet de fournir un signal représentatif d'harmoniques en connectant en série les bobinages secondaires 14a et 14b. La connaissance de telles harmoniques est utilisée dans certains circuits d'asservissement.
Dans une variante, le rotor 4 est de constitution massive au lieu d'être en plusieurs pièces assemblées, comme indiqué ci-dessus.
Dans une autre variante, les bobinages secondaires 14a, 14b sont montés en série-opposition et fournissent directement un signal de sortie.
Selon encore une autre variante, les tôles de la seconde partie 10 peuvent comporter des encoches 16 ouvertes vers l'extérieur. Ces encoches s'ouvrent sur un angle de 10[deg] de part et d'autre du plan médian passant par deux encoches symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe 17.
Selon encore une autre variante illustrée par les figures 8 et 9, le rotor 4 ne comporte qu'une aile 25 destinée à être disposée au droit des bobinages secondaires 14a, 14b, tandis que la partie latérale destinée à être disposée au droit du bobinage primaire 13 est cylindrique de révolution et centrée sur l'axe 17.
Selon encore une autre variante illustrée par les figures 10 et 11, le rotor 4 est constitué de deux parties 30, 31. Une partie 30 comprend l'aile 25 destinée à être disposée au droit des bobinages secondaires 14a, 14b, ainsi qu'une portion de la partie centrale 24 telle que décrite ci-dessus. Une autre partie 31 comprend un tronçon cylindrique de révolution centré sur l'axe 17 et destiné à être disposé au droit du bobinage primaire 13 et une portion de la partie centrale 24 telle que décrite ci-dessus. Ces deux parties 30, 31 n'ont pas le même diamètre. Eventuellement, le demi-tube constitutif de l'aile 25 est décalé angulairement autour de l'axe 17, par rapport au plan représenté horizontalement sur la figure 10, c'est-à-dire par rapport au segment semi-cylindrique 21 polygonal.
De nombreuses autres variantes de l'invention peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, on pourra utiliser différentes combinaisons des différentes variantes mentionnées et décrites ci-dessus.
On peut aussi augmenter la zone de mesure angulaire pour une précision dégradée jusqu'à +/-90[deg].
On peut augmenter les tensions aux bornes des bobinages secondaires 14a, 14b en ajoutant un bobinage de compensation, pour chaque bobinage secondaire, dans le support du bobinage primaire 13.
On peut utiliser d'autres matériaux magnétiques pour réaliser le capteur selon l'invention. De même, le paquet de tôles peut être réalisé en massif.
Ce type de capteur inductif différentiel de transformation d'angles est très utilisé dans les vannes à air de réacteur, dans les servocommandes de profondeur d'avion ou dans les capteurs de train d'avion.
On peut utiliser le capteur selon l'invention en capteur dit Rotary Variable Transformer , en ne mesurant qu'une seule tension de sortie.INDUCTIVE ANGULAR POSITION SENSOR
The present invention relates to inductive angular position sensors, and more particularly differential inductive sensors, frequently designated by the Anglo-Saxon abbreviation RVDT (Rotary variable differential transformer).
More particularly, the invention relates to a differential inductive angular position sensor, comprising: - a stator having a frame of revolution about an axis, made of ferromagnetic material, carrying:
an annular primary winding centered on the axis, intended to be supplied by an alternating voltage, of a constitution such that it generates an electromagnetic flux in the armature and a plurality of secondary windings distributed angularly around the axis and passing through the reinforcement by notches arranged in the axial direction, - a ferromagnetic material rotor having, in the axial direction, a first section, located in line with the primary winding, and a second section having, in line with the secondary windings, a shaped segment cylinder portion, the first and second sections causing a coupling of the primary winding with the secondary windings which varies according to the angular position of the rotor.
In particular, sensors of this type are known comprising two secondary windings each supplying an output voltage. These two output voltages are linear over 35 degrees of rotation of the rotor. The two output voltages provide two additional pieces of information. The sum of the two secondary voltages can be considered constant and the difference between these two voltages can be considered proportional to the angle of rotation of the rotor.
The operating principle of this type of inductive differential angle transformation sensor makes it possible to obtain an accuracy of the order of 0.3 degrees of angle, at ambient temperature, over an angular displacement of 35 degrees, and an accuracy of the order of 1.7 degrees of angle over a temperature range of -55 [deg] C to +170 [deg] C over the same angular travel. This precision is very sensitive to the capacitive loads installed on the secondary windings. This capacitive load increases the curvature of the precision curve over the angular ranges between -35 and 20 degrees and between +20 and +35 degrees.
In addition, this sensor has a phase shift between the two output voltages which varies from 5 to 25 degrees, at room temperature, and from 5 to 32 degrees over the entire temperature range between -55 [deg] C and +170 [ deg] C.
However, users of this type of sensor often need better accuracy over the entire temperature range and greater travel to eliminate the mechanical reducer which acts as an interface and compensates for the small angular range of the sensor. In addition, the phase shift levels limit the electronics technology of the computer.
The present invention aims in particular to provide an inductive angular position sensor which responds better than those previously known to the requirements of practice, in particular having a wide angular range of use (which will often make it possible to avoid the use of a gear angle of rotation reducer) and a high linearity of response, while remaining simple.
To this end, the invention proposes in particular an inductive sensor of the kind indicated above, characterized in that in addition the secondary windings which are two in number, are each respectively arranged in a group of notches and that each group of notches is symmetrical to the other with respect to a median plane passing through the axis.
Thanks to these provisions, we obtain: - a linearity of the output voltages, on a deflection of 85 degrees; - a phase shift between the output voltages which remains below 6 degrees at room temperature and 12 degrees over the entire temperature range from -55 [deg] C to +170 [deg] C; - a curvature of the precision curve which does not depend on the loads on the secondary windings; - an angular precision of 0.3 degrees over 75 degrees at room temperature and an angular precision of 0.9 degrees over the entire temperature range from -55 [deg] C to +170 [deg] C; - footprint which remains similar to conventional RVDT sensors; and - reliability identical to that of a conventional RVDT sensor.
The primary winding can be formed by a single winding. It can also consist of two annular windings placed on either side of the secondary windings.
The frame surrounds the rotor. It advantageously comprises a first annular part, which can be of solid material, carrying a support for the primary winding and a second ring-shaped part, of ferromagnetic material laminated in the axial direction, carrying the secondary windings.
The first part can in particular have a cross section in L.
The two secondary windings can cross the second part by common notches located 180 [deg] from one another.
One and / or the other of the following arrangements may also be used: - the second part of the armature is made of ferromagnetic material laminated in the axial direction; - the two secondary windings have the same number of turns; - each secondary winding has nine coils; each of the nine coils belongs to a group chosen from five groups distinguished by a different number of turns which is respectively 60, 65, 85, 90 or 100 turns per coil; - It includes a differential amplifier connected to the secondary windings to provide an output signal; - the secondary windings are connected in series to provide the harmonics of the signals of the secondary windings; and - the primary winding consists of two annular coils placed on either side of the median plane and of the segment in the form of a cylinder portion.
A sensor of this type has been produced, with a stator the first part of which is massive and the second part of which consists of a stack of sheets.
The above characteristics as well as others will appear better on reading the following description of a particular embodiment of the invention, given by way of nonlimiting example.
The description refers to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 shows a simplified sensor, partially in section along a median plane passing through the axis; - Figure 2 is an elevational view of one of the sheets of the stator, showing the notches for passage of the secondary windings carried by the stator; - Figure 3 shows a distribution, in developed form, of the secondary windings; - Figure 4 shows schematically in section an alternative embodiment of the rotor; - Figure 5 shows schematically in side elevation, the rotor shown in Figure 4; - Figure 6 is an electrical schematic diagram of the sensor; - Figure 7 shows the shape of the variation of the output voltages of the two secondary or stator windings as a function of the angle of the rotor relative to its median position; - Figure 8 shows schematically in section another alternative embodiment of the rotor; - Figure 9 shows schematically in side elevation, the rotor shown in Figure 8; - Figure 10 shows schematically in section yet another alternative embodiment of the rotor; and FIG. 11 shows diagrammatically in lateral elevation, the rotor represented in FIG. 10.
The sensor shown in FIG. 1 can be viewed as having a stator 2 and a rotor 4.
The stator 2 comprises a frame 3 made of ferromagnetic material, consisting of a first 11 and a second 10 parts assembled in the case illustrated in FIG. 1.
The first part 11, which may in particular be made of solid ferromagnetic material, is of revolution with a cross section in the shape of an L. In this first part 11, an annular receiving housing forming a support 12 is made for a primary winding 13. The primary winding 13 is constituted by a winding of contiguous turns. This primary winding 13 has an assembly and a constitution similar to that of a rotating transformer coil. It is designed to be supplied by a generator at a constant alternating voltage. In general, the supply frequency will be between 400 Hz and 10 KHz.
The second part 10 of the stator frame consists of a ring fixed to the first part to ensure the continuity of the magnetic circuit, having a laminated structure in the axial direction. One can in particular use thin sheets 28 (for example about 0.35 mm thick) of iron-nickel. In an alternative embodiment, usable in particular when the supply frequency is relatively low, the part 10 is made of solid ferromagnetic material.
Each sheet 28 is, as shown in FIG. 2, pierced with N notches or openings 16. In the case described here, N = 16. There are two groups of 8 notches 16. Two notches, the notches numbered 1 and 9 in FIG. 2, are common to the two groups. The two groups are arranged symmetrically on either side of a median plane 15 passing through an axis 17 and the notches 1 and 9.
The second part 10 carries two secondary windings, 14a and 14b, arranged symmetrically with respect to the median plane 15. Each winding 14a, 14b is distributed in a group of notches.
Each secondary winding 14a, 14b is composed of N + 1 coils, therefore nine in the case described here. These nine coils are produced with the same number of turns for each secondary winding 14a, 14b. Each of the nine coils belongs to a group chosen from five groups A, B, C, D and E, distinguished by a different number of turns which is respectively 65, 90, 60, 85 and 100 turns per coil. The distribution of groups A, B, C, D and E with respect to the notches 16 is illustrated in FIG. 3.
The amount of flux passing through these coils essentially depends on the position of the rotor 4 relative to the secondary windings 14a, 14b.
An embodiment of the rotor 4 is illustrated in FIGS. 4 and 5.
According to this embodiment, the rotor 4 has a central part 24 and two lateral parts 25. The central part 24 consists of two semi-cylindrical segments 20, 21, intended to be placed between the primary winding 13 and the secondary windings 14a and 14b . The semi-cylindrical segment 20 is of revolution about the axis 17. The semi-cylindrical segment 21 is polygonal with three planes extending parallel to the axis 17. The volume of the semi-cylindrical segment 20 is greater than that of the semi-cylindrical segment 21.
On either side of the central part 24, wings 25 extend. Each wing 25 extends in the form of a half-tube centered on the axis 17. The wings 25 are positioned in line with the winding primary 13 for one and in line with the secondary windings 14a, 14b for the other.
The wings 25 located radially to the right of the primary winding 13 and to the right of the secondary windings 14a, 14b delimit an air gap of small radial and constant dimension whatever the angular position of the rotor 4.
In particular, the wing in line with the secondary windings 14a, 14b has a diameter sufficiently greater than that of the rest of the angular development to cause only coupling of the primary winding 13 with the secondary windings 14a and 14b.
This latter coupling varies, for each winding, as a function of the angular position of the rotor 4 and is locally very tight, where the value of the air gap is very low.
The wing 25 located under the secondary windings 14a, 14b is segmented over 180 degrees but it sees a constant section over a clearance of 80 degrees. Under these conditions, whatever the position of the rotor 4, the impedance of the magnetic circuit remains constant. The original position of the sensor is defined at the moment when the center of the wing 25 situated under the secondary windings 14a, 14b, is itself situated opposite the opening of the notch n [deg] 9.
All the magnetic flux generated by the coils passes through the satellite, into the sheets of the second part 10 and into the armature.
The central part 24 of the rotor is crossed, along the axis 17, a passage 23 allowing the rotor, designed here as a satellite, to be associated with a shaft. This tree is for example made of a magnetic material such as stainless steel 303.
The satellite shown in Figures 4 and 5 is made of a magnetic material such as FeNi 49. The satellite and the tree are secured to each other, for example by bonding.
In such a sensor, electrically shown diagrammatically in FIG. 6, the voltages U14a and U14b which appear at the terminals of the secondary windings 14a, 14b, for a voltage Up given at the terminals of the primary winding 13, vary as a function of the angular position of the rotor 4 The output signal representative of the angle of the rotor relative to a central position can be supplied by a differential amplifier connected to the secondary windings 14a, 14b.
Depending on the position of the rotor 4, the secondary winding 14a (respectively 14b) generates an alternating voltage of amplitude which varies with this position (FIG. 7), proportional and in phase (respectively in phase opposition) with the voltage Up aux terminals of the primary winding 13. The amplitude variation of the voltage measured at the terminals of the secondary winding 14a (respectively 14b) depends on the ratio of the surfaces of each of the wings 25, to the right and to the left (respectively to the left and to the right) of the plane of symmetry of the secondary windings 14a, 14b, in the notches 16.
The variation of the voltages is practically linear over an angular range which reaches 80 [deg] and practically does not depend on the loads on the secondary windings 14a, 14b. The phase shifts of the voltages U14a and U14b, at the terminals of the secondary windings 14a, 14b, with respect to the voltage at the terminals of the primary winding 13 remain substantially constant whatever the position of the rotor 4.
In an alternative embodiment, the sensor makes it possible to supply a signal representative of harmonics by connecting the secondary windings 14a and 14b in series. Knowledge of such harmonics is used in certain control circuits.
In a variant, the rotor 4 is of massive constitution instead of being in several assembled parts, as indicated above.
In another variant, the secondary windings 14a, 14b are mounted in series-opposition and directly provide an output signal.
According to yet another variant, the sheets of the second part 10 may include notches 16 open towards the outside. These notches open at an angle of 10 [deg] on either side of the median plane passing through two notches symmetrical to each other with respect to the axis 17.
According to yet another variant illustrated by FIGS. 8 and 9, the rotor 4 has only one wing 25 intended to be arranged in line with the secondary windings 14a, 14b, while the lateral part intended to be disposed in line with the primary winding 13 is cylindrical of revolution and centered on the axis 17.
According to yet another variant illustrated by FIGS. 10 and 11, the rotor 4 is made up of two parts 30, 31. A part 30 comprises the wing 25 intended to be arranged in line with the secondary windings 14a, 14b, as well as a portion of the central part 24 as described above. Another part 31 comprises a cylindrical section of revolution centered on the axis 17 and intended to be disposed in line with the primary winding 13 and a portion of the central part 24 as described above. These two parts 30, 31 do not have the same diameter. Optionally, the half-tube constituting the wing 25 is angularly offset about the axis 17, relative to the plane shown horizontally in Figure 10, that is to say relative to the polygonal semi-cylindrical segment 21.
Many other variants of the invention can be envisaged without departing from the scope of the invention. In particular, different combinations of the different variants mentioned and described above can be used.
You can also increase the angular measurement area for degraded accuracy up to +/- 90 [deg].
The voltages at the terminals of the secondary windings 14a, 14b can be increased by adding a compensation winding, for each secondary winding, in the support of the primary winding 13.
Other magnetic materials can be used to make the sensor according to the invention. Likewise, the package of sheets can be made in solid.
This type of differential inductive angle transformation sensor is widely used in reactor air valves, in aircraft depth servos or in aircraft train sensors.
The sensor according to the invention can be used as a so-called Rotary Variable Transformer sensor, by measuring only one output voltage.
REVENDICATIONS
1. Capteur inductif différentiel de position angulaire, comprenant : - un stator (3) ayant une armature (10,11) de révolution autour d'un axe (17), en matériau ferromagnétique, portant :
un bobinage primaire annulaire (13) centré sur l'axe (17), prévu pour être alimenté par une tension alternative, de constitution telle qu'il génère un flux électromagnétique dans l'armature (10,11) et . une pluralité de bobinages secondaires (14a,14b) répartis angulairement autour de l'axe (17) et traversant l'armature par des encoches ménagées dans le sens axial, - un rotor (4) en matériau ferromagnétique ayant, dans le sens axial, un premier tronçon, situé au droit du bobinage primaire (13), et un deuxième tronçon présentant, au droit des bobinages secondaires (14a,14b), un segment en forme de portion de cylindre, les premier et deuxième tronçons provoquant un couplage du bobinage primaire (13) avec les bobinages secondaires (14a,14b) qui varie en fonction de la position angulaire du rotor (4), caractérisé par le fait que les bobinages secondaires (14a,14b)sont au nombre de deux, que chaque bobinage (14a ou 14b) est disposé dans un groupe d'encoches (16) et que chaque groupe d'encoches (16) est symétrique de l'autre par rapport à un plan médian (15) passant par l'axe (17). 1. Differential inductive angular position sensor, comprising: - a stator (3) having a frame (10,11) of revolution about an axis (17), made of ferromagnetic material, carrying:
an annular primary winding (13) centered on the axis (17), designed to be supplied by an alternating voltage, of a constitution such that it generates an electromagnetic flux in the armature (10,11) and. a plurality of secondary windings (14a, 14b) angularly distributed around the axis (17) and passing through the armature by notches arranged in the axial direction, - a rotor (4) made of ferromagnetic material having, in the axial direction, a first section, located in line with the primary winding (13), and a second section having, in line with the secondary windings (14a, 14b), a segment in the form of a cylinder portion, the first and second sections causing coupling of the winding primary (13) with the secondary windings (14a, 14b) which varies according to the angular position of the rotor (4), characterized in that the secondary windings (14a, 14b) are two in number, that each winding ( 14a or 14b) is arranged in a group of notches (16) and that each group of notches (16) is symmetrical with the other with respect to a median plane (15) passing through the axis (17).