FR2873807A1 - Capteur magnetique de position sans contact - Google Patents
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Abstract
Selon l'invention, le capteur magnétique de position est adapté pour détecter la position d'un mobile (2) se déplaçant sans contact le long d'un noyau magnétique (3) magnétisé par au moins une bobine d'excitation (4) alimentée en courant alternatif. Le mobile réalisé par un aimant crée un entrefer virtuel dans le noyau magnétique et influence, en fonction de sa position, le flux magnétique de fuite et, par suite, la tension délivrée par au moins une bobine de détection couplée au noyau magnétique. Selon l'invention, le noyau magnétique (3) possède une section droite transversale circulaire.
Description
La présente invention concerne le domaine technique des capteurs
magnétiques sans contact, permettant de déterminer la position linéaire d'un mobile, au sens général.
L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'automobile pour détecter la position linéaire, par exemple d'un embrayage ou de la fourchette d'une boîte de vitesses automatique ou robotisée.
Il est connu, dans l'état de la technique, de nombreuses formes de réalisation de capteurs magnétiques de position sans contact. Par exemple, le brevet EP 0 238 922 décrit un capteur magnétique adapté pour déterminer la position d'un mobile qui est déplacé sans contact le long d'un noyau magnétique réalisé sous la forme d'une bande allongée, magnétisée par des bobines excitatrices alimentées en courant alternatif.
Le mobile, qui est réalisé par un aimant permanent, crée, en fonction de sa position et au droit de cette position, un entrefer virtuel dans le noyau magnétique.
Ce mobile influence ainsi le flux magnétique de fuite et, par suite, la tension électrique délivrée par une bobine de détection couplée au noyau magnétique.
Dans l'exemple de réalisation illustré dans ce brevet EP 0 238 922, les bobines excitatrices sont placées aux extrémités du noyau magnétique, alors que la bobine de mesure est enroulée autour du noyau, entre les bobines excitatrices.
Dans le brevet EP 0 693 673, qui décrit également un capteur magnétique de position sans contact, la bobine d'excitation est enroulée autour d'un noyau magnétique constitué d'une bande allongée, à chaque extrémité de laquelle est couplée une bobine de mesure.
De tels capteurs, qui possèdent soit des bobines d'excitation différentielles, soit des bobines de mesure différentielle, fonctionnent de la même manière, dans la mesure où la tension, induite dans chaque bobine secondaire, dépend de la position du mobile et varie, de manière linéaire, avec son déplacement.
Il doit être considéré que le noyau magnétique est une bande allongée pour permettre sa saturation, par un champ magnétique, selon son épaisseur. Or, il apparaît que les opérations de bobinage autour d'un tel noyau ne constituent pas des opérations simples à mener à bien. Par ailleurs, un tel capteur présente un encombrement non négligeable, compte tenu de la forme aplatie du noyau et de l'aimant mobile se déplaçant à proximité. De plus, un tel capteur nécessite des moyens de guidage du mobile relativement précis, compte tenu de sa configuration asymétrique le rendant sensible aux mouvements, par exemple de basculement du mobile selon son axe ou du capteur autour de son axe.
L'objet de la présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un capteur magnétique sans contact, adapté pour détecter la position d'un mobile, présentant un faible encombrement, ainsi qu'une fabrication simple.
Pour atteindre cet objectif, l'objet de l'invention propose un capteur magnétique de position pour détecter la position d'un mobile se déplaçant sans contact le long d'un noyau magnétique magnétisé par au moins une bobine d'excitation alimentée en courant alternatif, le mobile réalisé par un aimant créant un entrefer virtuel dans le noyau magnétique et influençant, en fonction de sa position, le flux magnétique de fuite et, par suite, la tension délivrée par au moins une bobine de détection couplée au noyau magnétique. Conformément à l'invention, le noyau magnétique possède une section droite transversale circulaire.
La mise en oeuvre d'un noyau magnétique de forme cylindrique facilite les opérations de bobinage pour les bobines excitatrices et de détection. Un tel capteur présente, également, un encombrement limité, compte tenu de la forme de révolution qui, par ailleurs, présente une symétrie rendant le capteur peu sensible aux mouvements intempestifs du mobile par rapport au noyau magnétique.
De préférence, le capteur comporte deux bobines de détection bobinées chacune à une extrémité du noyau magnétique.
Selon cette variante de réalisation, la bobine d'excitation est enroulée autour du noyau magnétique, entre les deux bobines de détection situées aux extrémités du 25 noyau magnétique.
Il est à noter que la bobine d'excitation possède une section d'enroulement circulaire ou elliptique.
Selon un exemple préféré de réalisation, le capteur comporte une pièce polaire montée à distance et en relation de la bobine d'excitation pour permettre le rebouclage des lignes du flux magnétique créé par la bobine d'excitation.
La pièce polaire possède une section droite transversale circulaire ou parallélépipédique.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un ensemble de détection comportant deux capteurs magnétiques de détection conformes à l'invention, montés côte à côte, de sorte que les noyaux magnétiques sont parallèles et les mobiles se déplacent parallèlement entre eux.
Selon une première variante de réalisation, les mobiles, les noyaux magnétiques et éventuellement les pièces polaires sont placés en symétrie miroir par rapport à un plan de symétrie passant entre les deux capteurs.
Selon une autre variante de réalisation, les mobiles, les noyaux magnétiques et éventuellement les pièces polaires sont placés en symétrie miroir inversée par rapport à un plan de symétrie passant entre les deux capteurs.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique en coupe élévation d'un premier exemple de réalisation d'un capteur conforme à l'invention.
La fig. 2 est une vue, en coupe transversale, prise sensiblement selon la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue, en coupe élévation, montrant un autre exemple de réalisation d'un capteur conforme à l'invention.
La fig. 4 est une vue en coupe transversale prise sensiblement selon la ligne IV-IV de la fig. 3.
Les fig. 5 et 6 illustrent, en coupe transversale, deux variantes de réalisation d'un ensemble de détection comportant deux capteurs conformes à l'invention.
L'objet de l'invention concerne, comme illustré aux fig. 1 et 2, un capteur magnétique 1 permettant de détecter la position d'un mobile 2 se déplaçant, sans contact, selon une direction linéaire, schématisée L. Ce capteur 1 comporte un noyau à haute perméabilité magnétique 3. De manière classique, le noyau magnétique 3 est réalisé avec un matériau magnétique doux et à faible champ de saturation.
Un tel noyau magnétique 3 est magnétisé par au moins une et, dans l'exemple illustré, une bobine d'excitation 4, alimentée en courant alternatif par une source, non représentée mais connue en soi. Le capteur 1 selon l'invention comporte également au moins un et, dans l'exemple illustré, deux bobines de détection 6, couplées au noyau magnétique 3 et enroulées, dans l'exemple illustré, sur chacune des extrémités du noyau magnétique 3.
De manière classique, le mobile 2 est un aimant créant un entrefer virtuel 7 dans le noyau magnétique à l'endroit où est placé un tel mobile.
Le fonctionnement d'un tel capteur magnétique de position sans contact est bien connu de l'homme de l'art. La bobine d'excitation 4, qui est alimentée par un courant alternatif, crée un champ magnétique alternatif dans le noyau magnétique 3. Une partie des lignes de flux magnétique se propage dans le noyau magnétique 3 pour traverser les bobines de détection 6 qui délivrent chacune une tension électrique alternative.
Une autre partie des lignes de flux, dite ligne de fuite, sort du noyau magnétique 3 sans traverser les bobines de détection 6. En l'absence du mobile 2, la répartition des lignes de flux est symétrique par rapport au centre du noyau magnétique 3 et les tensions induites dans les deux bobines de détection 6 sont identiques.
En présence du mobile 2 situé à proximité du noyau magnétique 3, le champ magnétique du mobile 2 passant à l'intérieur du noyau magnétique 3, crée une zone de saturation ayant un effet comparable à un entrefer virtuel. Il apparaît donc de nombreuses lignes de fuites au niveau de la position mobile 2, de sorte qu'il peut être considéré que le circuit magnétique est divisé en deux parties. Ainsi, l'une des bobines de détection 6 voit le champ magnétique, créé par les spires de la bobine d'excitation 4 situées entre cette bobine de détection et le mobile 2, tandis que l'autre bobine de détection 6 voit les lignes de champ créées par les spires de la bobine d'excitation 4, situées entre cette autre bobine de détection et le mobile 2. Il doit donc être compris que la tension, induite dans chaque bobine de détection 6, dépend de la position du mobile 2 et varie ainsi, de manière linéaire, avec son déplacement. De manière connue, il est prévu d'utiliser le signal différentiel entre les deux bobines de détection 6, en vue de réduire la sensibilité aux champs magnétiques extérieurs, en vue d'améliorer la linéarité de réponse du capteur.
Conformément à l'invention et tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, le noyau magnétique 3 possède une section droite transversale circulaire. Le noyau magnétique 3 présente ainsi une forme cylindrique permettant de faciliter les opérations de bobinage des bobines d'excitation 4 et de détection 6. Cette forme cylindrique du noyau magnétique 3 permet aussi de réduire l'encombrement du capteur, aussi bien au niveau du noyau magnétique 3 que du mobile 2. Il s'ensuit une réduction du coût, notamment au niveau du mobile 2 réalisé sous la forme d'un aimant de dimension réduite par rapport au mobile de l'état de la technique.
II est à noter que les bobines d'excitation 4 et de détection 6 possèdent chacune une section d'enroulement circulaire, voire elliptique.
Les fig. 3 et 4 illustrent une autre variante de réalisation du capteur conforme à l'invention, pourvu d'une pièce polaire 10 montée à distance et en relation de la bobine d'excitation 4, pour permettre le rebouclage des lignes du flux magnétique créé par la bobine d'excitation 4. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 3, cette pièce polaire 10 s'étend sur au moins une partie de la longueur du noyau magnétique 3 en étant située du côté opposé de celui pourvu du mobile 2. Cette pièce polaire 10 possède une section droite transversale circulaire ou parallélépipédique.
Dans certaines applications, il peut être avantageux de constituer un ensemble de détection comportant deux capteurs magnétiques de détection 1, conformes à l'invention, montés côte à côte. Dans l'exemple de réalisation illustré à la fig. 5, il est réalisé un ensemble de détection 12 constitué de deux capteurs 1 conformes à l'invention montés côte à côte, de manière à déterminer la position de deux mobiles 2 se déplaçant parallèlement entre eux. En conséquence, les noyaux magnétiques 3 et, éventuellement, les pièces polaires 10 sont placés parallèlement entre eux.
Les mobiles 2, les noyaux magnétiques 3 et les pièces polaires 10 dans l'exemple illustré, sont placés en symétrie miroir par rapport à un plan de symétrie S passant entre les deux capteurs. Dans cet exemple, les deux mobiles 2 se trouvent placés sensiblement dans un même plan parallèle au plan passant par le centre des deux noyaux magnétiques 3. Il doit être considéré que la mise en oeuvre de deux capteurs 1 conformes à l'invention permet d'obtenir un ensemble de détection présentant un encombrement limité par rapport à un ensemble de détection équipé de deux capteurs de l'état de la technique. Par ailleurs, compte tenu de la forme de révolution, notamment des noyaux magnétiques, la distance, entre un noyau 3 magnétique d'un capteur et le mobile 2 appartenant à l'autre capteur, est augmentée, à entre axe identique, de sorte que la perturbation d'un mobile 2 sur le noyau magnétique 3 de l'autre capteur est limitée par la mise en oeuvre de capteurs 1 conformes à l'invention.
La fig. 6 illustre un autre exemple de réalisation d'un ensemble de détection 12 à deux capteurs 1, dans lequel les mobiles 2, les moyens magnétiques 3 et les pièces polaires 10 dans l'exemple illustré, sont placés en symétrie miroir inversée par rapport à un plan de symétrie S passant entre les deux capteurs 1. Dans cet exemple de réalisation, les deux capteurs 1 sont placés tête-bêche, de sorte que les mobiles 2 se trouvent situés de part et d'autre de l'ensemble de détection ainsi réalisé.
Il est à noter que dans ce dernier exemple de réalisation illustré, chaque pièce polaire 10 présente une section droite transversale parallélépipédique. Aussi, les deux pièces polaires 10 des deux capteurs forment une sorte d'écran permettant d'éviter qu'un mobile 2 d'un capteur interfère avec le noyau magnétique 3 de l'autre capteur.
L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
Claims (8)
1 - Capteur magnétique de position pour détecter la position d'un mobile (2) se déplaçant sans contact le long d'un noyau magnétique (3) magnétisé par au moins une bobine d'excitation (4) alimentée en courant alternatif, le mobile réalisé par un aimant créant un entrefer virtuel (7) dans le noyau magnétique et influençant, en fonction de sa position, le flux magnétique de fuite et, par suite, la tension délivrée par au moins une bobine de détection (6) couplée au noyau magnétique, caractérisé en ce que le noyau magnétique (3) possède une section droite transversale circulaire.
2 - Capteur magnétique de position selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux bobines de détection (6), bobinées chacune à une extrémité du noyau magnétique (3).
3 - Capteur magnétique de position selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bobine d'excitation (4) est enroulée autour du noyau magnétique (3), entre les deux bobines de détection (6) situées aux extrémités du noyau magnétique.
4 - Capteur magnétique de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bobine d'excitation (4) possède une section d'enroulement circulaire ou elliptique.
- Capteur magnétique de détection selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce polaire (10) montée à distance et en relation de la bobine d'excitation (4), pour permettre le rebouclage des lignes du flux magnétique créé par la bobine d'excitation.
6 - Capteur magnétique de détection selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce polaire (10) possède une section droite transversale circulaire ou parallélépipédique.
7 - Ensemble de détection, caractérisé en ce qu'il comporte deux capteurs magnétiques de détection (1) conformes à l'une des revendications 1 à 6, montés côte à côte, de sorte que les noyaux magnétiques (3) sont parallèles et les mobiles (2) se déplacent parallèlement entre eux.
8 - Ensemble de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce que les mobiles (2), les noyaux magnétiques et éventuellement les pièces polaires (10) sont placés en symétrie miroir par rapport à un plan de symétrie (S) passant entre les deux capteurs.
9 - Ensemble de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce que les mobiles (2), les noyaux magnétiques et éventuellement les pièces polaires (10) sont placés en symétrie miroir inversée par rapport à un plan de symétrie (S) passant entre les deux capteurs.
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