FR3052249A1 - Capteur de position inductif destine a une mesure de position angulaire d'un arbre ou similaire - Google Patents

Abstract

Ce capteur de position inductif est destiné à une mesure de la position angulaire d'un arbre (12) ou similaire et comporte un support (24) sur lequel sont réalisés, d'une part, un bobinage primaire et, d'autre part, au moins deux bobinages secondaires en opposition de phase l'un par rapport à l'autre. Chaque bobinage secondaire est défini par un ensemble d'au moins deux boucles en phase les unes avec les autres. Les bobinages secondaires sont connectés en série et sont disposés chacun symétriquement par rapport à une ligne médiane de manière à former de part et d'autre de cette ligne médiane à chaque fois un motif, les deux motifs présentant une séparation entre eux au niveau de ladite ligne médiane. Ensemble comportant un tel capteur et une cible avec deux hélices de sens opposés.

Description

La présente invention concerne un capteur de position inductif destiné à une mesure de position angulaire d'un arbre ou similaire.

Ce type de capteur présente l'avantage de permettre de déterminer la position d'une pièce mécanique, ou de tout autre élément, sans nécessiter de contact avec la pièce dont on souhaite connaître la position. Cet avantage fait que les applications de tels capteurs sont très nombreuses dans tous types d'industries. De tels capteurs sont également utilisés dans des applications grand public comme par exemple le domaine de l'automobile au sein duquel la présente invention a été réalisée. Toutefois, elle peut être utilisée dans d'autres domaines divers et variés.

Le principe de fonctionnement d'un capteur inductif repose sur la variation de couplage entre un bobinage primaire et des bobinages secondaires d'un transformateur fonctionnant à haute fréquence et sans utiliser de circuit magnétique. Le couplage entre ces bobinages varie en fonction de la position d'une pièce conductrice (de l'électricité) mobile, appelée généralement « cible ». Des courants induits dans la cible viennent en effet modifier les courants induits dans les bobinages secondaires. En adaptant la configuration des bobinages et en connaissant le courant injecté dans le bobinage primaire, la mesure du courant induit dans les bobinages secondaires permet de déterminer la position de la cible.

Le document EP0182085 décrit le principe d'un tel capteur inductif.

Pour intégrer un tel capteur inductif dans un dispositif, notamment un dispositif électronique, il est connu de réaliser le transformateur évoqué plus haut sur une carte de circuit imprimé. Le bobinage primaire et les bobinages secondaires sont alors constitués de pistes tracées sur la carte de circuit imprimé. Le bobinage primaire est alors par exemple alimenté par une source externe haute fréquence et les bobinages secondaires sont alors le siège de courants induits par le champ magnétique créé par la circulation d'un courant dans le bobinage primaire. La cible, qui est une pièce conductrice, par exemple métallique, peut présenter une forme simple. Il peut par exemple s'agir d'une pièce découpée dans une tôle. Pour réaliser un capteur linéaire, la découpe pour réaliser la cible est par exemple rectangulaire tandis que pour un capteur rotatif, cette découpe sera par exemple en forme d'un secteur angulaire de rayon et d'angle adaptés au mouvement de la pièce. Généralement, deux ensembles de bobinages secondaires sont dessinés pour réaliser sur une course complète du capteur des fonctions sinus et cosinus de la position de la cible. De telles fonctions (cos et sin) sont bien connues et peuvent facilement être traitées par un système électronique. En faisant le rapport du sinus par le cosinus puis en appliquant une fonction arctangente, on obtient une image de la position de la cible. L'argument des fonctions sinus et cosinus est une fonction linéaire (ou affine) de la position de la cible dont la course représente alors une partie plus ou moins grande de la période spatiale de ces fonctions trigonométriques. D'un point de vue physique, la modification du couplage entre le circuit primaire et les circuits secondaires est réalisée grâce au phénomène d'effet de peau électromagnétique connu de l'homme du métier. Le circuit primaire étant alimenté par une source haute fréquence, les phénomènes survenant dans tout le capteur sont des phénomènes à haute fréquence. La cible, dont on souhaite connaître la position, est une pièce massive conductrice et est le siège de courants induits importants. La profondeur de pénétration de ces courants induits est relativement faible (d’où le nom effet de peau). Elle est par exemple de l'ordre de 50 μιτι dans le cas d'une cible en aluminium. L'induction ne pénètre donc pas dans la cible et le flux magnétique produit par le circuit primaire contourne donc la cible. De ce fait, les lignes de champ sont fortement modifiées. Cette modification est perçue par les circuits secondaires qui, en fonction de la position de la cible, reçoivent plus ou moins de flux. Ces flux qui sont variables en fonction de la position de la cible sont aussi variables en fonction du temps et génèrent de ce fait une tension aux bornes des circuits secondaires. En mesurant ces tensions, on obtient ainsi un signal qui après analyse permet de connaître la position de la cible.

Lorsqu'il n'est pas possible de disposer un capteur en bout d'arbre pour déterminer la position angulaire dudit arbre, il est connu de munir l'arbre d'une hélice qui est mise en vis-à-vis d'un capteur linéaire. En effet, lorsque l'on considère une hélice en rotation par rapport à un point fixe, on voit depuis ce point fixe une surface qui se déplace axialement. Ainsi, tout se passe comme si la cible se déplaçait linéairement en face du capteur.

Ainsi, un capteur linéaire peut donner une indication sur la position angulaire d'un arbre en adaptant la forme de la cible. Cependant, lorsque l'arbre dont on souhaite connaître la position angulaire se déplace axialement, même lorsqu'il s'agit de mouvements parasites, la mesure angulaire est faussée du fait de ce mouvement axial.

La présente invention a alors pour but de permettre de réaliser une mesure de la position angulaire d'un arbre ou similaire en technologie inductive (sans contact), en position radiale, c’est-à-dire en se positionnant à côté de l'arbre et non pas en bout, en étant insensible au jeu axial.

De préférence, le capteur permettant de réaliser cette mesure sera d'un encombrement réduit.

Avantageusement, un tel capteur permettra également de mesurer un déplacement longitudinal (le long de l'axe de rotation de l'arbre). Ceci permettra par exemple de mesurer à la fois une position angulaire et/ou une vitesse de rotation et un déplacement axial. Une telle mesure de déplacement longitudinal pourrait également être utilisée afin de quantifier un mouvement longitudinal parasite. À cet effet, la présente invention propose un capteur de position inductif destiné à une mesure de la position angulaire d'un arbre ou similaire comportant un support sur lequel sont réalisés, d'une part, un bobinage primaire et, d'autre part, au moins deux bobinages secondaires en opposition de phase l'un par rapport à l'autre, chaque bobinage secondaire étant défini par un ensemble d'au moins deux boucles en phase les unes avec les autres.

Selon la présente invention, les bobinages secondaires sont connectés en série et sont disposés chacun symétriquement par rapport à une ligne médiane de manière à former de part et d'autre de cette ligne médiane à chaque fois un motif, les deux motifs présentant une séparation entre eux au niveau de ladite ligne médiane.

Un tel capteur est destiné à fonctionner avec une double hélice présentant deux hélices l'une à côté de l'autre, les deux hélices étant de sens opposés et espacées l'une de l'autre. Les deux motifs définis ci-dessus sont séparés pour que, même si l'arbre portant la cible en forme de double hélice se déplace longitudinalement -par exemple vibrations parasites- chaque motif puisse rester face à une hélice sans être influencé par l'autre.

Le capteur proposé permet alors d'obtenir un signal dépendant uniquement de la position angulaire de l'arbre portant la cible en étant insensible à toute variation de position longitudinale, parasite ou souhaitée. En effet, il est possible d'annuler les variations de flux dues à des déplacements longitudinaux dans les boucles du circuit secondaire proposé.

Dans une première forme de réalisation, le capteur de position inductif décrit ci-dessus est tel que chaque motif est constitué d'un premier ensemble de boucles d'un premier bobinage adjacent à un second ensemble de boucles d'un second bobinage, les boucles du premier bobinage présentant une forme similaire aux boucles du second bobinage et le nombre de boucles du premier ensemble étant égal au nombre de boucle du second ensemble.

Dans une alternative de réalisation du capteur de position décrit ci-dessus, chaque motif est constitué d'un premier ensemble de boucles d'un premier bobinage adjacent à un deuxième ensemble de boucles d'un second bobinage et à un troisième ensemble de boucles du second bobinage, les boucles du premier bobinage présentant une surface double de celle des boucles du second bobinage, le nombre de boucles étant égal pour les trois ensembles et les boucles du premier ensemble de boucles étant disposées entre les boucles du deuxième ensemble de boucles et celles du troisième ensemble de boucles de manière à former un alignement de boucles perpendiculaire à la ligne médiane.

Pour que le capteur de position inductif décrit puisse en outre réaliser une mesure de position longitudinale, ce capteur comporte avantageusement en outre au moins deux bobinages secondaires additionnels en opposition de phase l'un par rapport à l'autre et connectés en série l'un à l'autre ; chaque bobinage secondaire additionnel est défini par un ensemble d'au moins deux boucles en phase les unes avec les autres ; les boucles d'un bobinage secondaire additionnel sont disposées de manière symétrique aux boucles de l'autre bobinage secondaire additionnel par rapport à ladite ligne médiane, et les boucles d'un bobinage secondaire additionnel forment d'un côté de la ligne médiane avec les boucles de l'autre bobinage secondaire additionnel se trouvant du même côté de la ligne médiane un motif séparé du motif formé par les autres boucles des bobinages secondaires additionnels.

La présente invention concerne également un ensemble formé par un capteur de position inductif et une cible, remarquable en ce que le capteur de position est un capteur de position tel que décrit ci-dessus, en ce que la cible comporte deux hélices de pas opposés, et en ce que le capteur de position inductif est disposé face à la cible de telle sorte que, d'une part, un motif des bobinages secondaires se trouve face à une hélice et l'autre motif des bobinages secondaires se trouve face à l'autre hélice, et, d'autre part, que chaque hélice (18, 20) se trouve face à la fois à un premier bobinage secondaire et face à un second bobinage secondaire en opposition de phase avec le premier bobinage secondaire.

Enfin la présente invention concerne un procédé de mesure sans contact de la position angulaire d'un arbre, remarquable en ce qu'il comporte les étapes suivantes : • munir la surface extérieure de l'arbre de deux hélices de sens opposés, les hélices étant distantes l'une de l'autre, sur la plage de mesure angulaire, d'une distance prédéterminée en fonction du déplacement axial estimé de l'arbre, • fournir un capteur de position inductif avec un bobinage primaire et au moins deux bobinages secondaires, un bobinage secondaire étant défini par un ensemble d'au moins deux boucles en phase les unes avec les autres, • disposer les boucles de chaque bobinage secondaire face aux hélices de telle sorte que lorsque la position angulaire de l'arbre varie d'une valeur, alors, d'une part, pour un bobinage secondaire la variation de flux induit dans les boucles se trouvant face à une hélice est identique à celle du flux induit dans les boucles se trouvant face à l'autre hélice et, d'autre part, la variation de flux induit dans les boucles d'un bobinage secondaire se trouvant face à une hélice est identique à l'opposé de la variation de flux induit dans les boucles de l'autre bobinage secondaire, les boucles se trouvant face à une hélice étant séparées des boucles se trouvant face à l'autre hélice d'une distance correspondant à la distance séparant les hélices sur la plage de mesure angulaire, • excitation du bobinage primaire et mesure du signal sur les bobinages secondaires, • détermination de la position angulaire de l'arbre, le signal mesuré correspondant à une valeur angulaire de la position de l'arbre indépendante d'un déplacement axial de celui-ci.

Pour faciliter la mise en œuvre de ce procédé, on peut par exemple prévoir que les hélices sont disposées sur une surface cylindrique de l'arbre, symétriquement par rapport à un plan transversal de ladite surface cylindrique.

Avantageusement, un tel procédé permet également la mesure d'un déplacement axial de l'arbre. Il peut alors comporter à cet effet également les étapes suivantes : • munir le capteur d'au moins deux bobinages secondaires additionnels, • disposer les boucles de chaque bobinage secondaire additionnel face aux hélices de telle sorte que lorsque la position angulaire de l'arbre varie d'une valeur, alors, d'une part, pour un bobinage secondaire la variation de flux induit dans les boucles se trouvant face à une hélice est identique à l'opposé de celle du flux induit dans les boucles se trouvant face à l'autre hélice et, d'autre part, la variation de flux induit dans les boucles d'un bobinage secondaire se trouvant face à une hélice est identique à celle du flux induit dans les boucles de l'autre bobinage secondaire, les boucles se trouvant face à une hélice étant séparées des boucles se trouvant face à l'autre hélice d'une distance correspondant à la distance séparant les hélices sur la plage de mesure angulaire, • mesure du signal sur les bobinages secondaires additionnels, • détermination de la position axiale de l'arbre, le signal mesuré au niveau des bobinages secondaires additionnels correspondant à une position de l'arbre indépendante de la position angulaire de celui-ci.

Des détails et avantages de la présente invention apparaîtront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel : - La figure 1 est une vue de côté d'un arbre sur lequel une mesure de position angulaire (et éventuellement de position axiale) doit être réalisée, - La figure 2 est une vue en coupe transversale de l'arbre de la figure 1 sur laquelle un capteur de position sans contact a été illustré, - La figure 3 illustre schématiquement un bobinage primaire pouvant être utilisé pour le capteur illustré sur la figure 2, - Les figures 4 à 7 illustrent schématiquement des bobinages secondaires pouvant être utilisés pour le capteur illustré sur la figure 2, - La figure 8 illustre très schématiquement des bobinages secondaires face à un arbre dont on mesure la position angulaire sur une plage donnée (moins de 360°), - La figure 9 illustre très schématiquement des bobinages secondaires face à un arbre dont on mesure la position angulaire sur une plage de 360°, et - Les figures 10 et 11 sont des vues similaires aux figures 8 et 9 pour des variantes de réalisation de l'arbre sur lequel la mesure de position angulaire est réalisée.

La figure 1 illustre un arbre 12 d'axe longitudinal 14. Cet arbre 12 est entraîné en rotation et sa position angulaire est donnée par un angle Θ.ΙΙ est susceptible de se déplacer dans une translation latérale β dans le sens longitudinal correspondant à l'axe longitudinal. Le déplacement de translation peut être un déplacement parasite (qui est alors par exemple de l'ordre du dixième de millimètre) et/ou un déplacement commandé.

Il peut s'agir par exemple d'un arbre à cames de véhicule automobile. Cet arbre 12 présente une zone cylindrique 16 sur laquelle sont réalisées une première hélice 18 et une seconde hélice 20. Ces deux hélices présentent dans la forme de réalisation préférée illustrée ici les mêmes caractéristiques et sont disposées symétriquement par rapport à un plan transversal de l'arbre 12. Ainsi, ces deux hélices présentent un même pas mais sont de sens opposés. On suppose ici qu'elles s'étendent sur 360“autour de la zone cylindrique 16. On suppose que le déplacement latéral maximal de l'arbre 12 le long de l'axe longitudinal 14 est δ. La première hélice 18 sera alors espacée de la seconde hélice 20 d'une distance au moins égale à 2δ.

La première hélice 18 et la seconde hélice 20 coopèrent avec un capteur de position 22 réalisé sur une plaque de circuit intégré, elle-même montée sur un support 24 associé à un connecteur 26. Le capteur de position 22 est monté dans un plan parallèle à l'axe longitudinal 14 de l'arbre 12 en face des hélices et à proximité de celles-ci sans toutefois être en contact avec elles. La figure 2 illustre en coupe transversale par rapport à l'arbre 12 la position du capteur de position 22 par rapport à l'arbre. Un espace libre de l'ordre du millimètre (de 0,5 à 5 mm) subsiste entre les hélices et le capteur de position 22.

Le capteur de position 22 est destiné tout d'abord à déterminer la position angulaire de l'arbre 12 indépendamment de sa position latérale, c’est-à-dire indépendamment de sa position le long de l'axe longitudinal 14. Il est prévu en outre, en option, de déterminer la position de l'arbre 12 également le long de son axe longitudinal 14.

Pour déterminer la position angulaire (angle Θ), le capteur de position 22 est un capteur inductif comportant un circuit primaire 28 (figure 3) associé à un circuit secondaire (figure 4 ou figure 5). De manière connue de l'homme du métier, le circuit primaire 28 est excité par un signal haute fréquence et une cible, ici les hélices (première hélice 18 et seconde hélice 20), réalisent un couplage avec le circuit secondaire correspondant. En mesurant la tension électrique (signal) aux bornes du circuit secondaire, il est possible de connaître la position des hélices par rapport au capteur de position 22 et donc la position angulaire de l'arbre 12.

De même que le circuit primaire, le circuit secondaire est imprimé sur une plaque, appelée aussi PCB (de l'anglais « Printed Circuit Board » soit en français plaque de circuit imprimé). Une première forme de circuit secondaire est illustrée sur la figure 4 et une variante de réalisation est illustrée sur la figure 5.

Dans la forme de réalisation de la figure 4, le circuit secondaire présente deux bobinages connectés en série et en opposition de phase l'un par rapport à l'autre. On remarque sur cette figure 4 la présence de quatre boucles numérotées de 1 à 4. Les boucles 1 et 4 forment un premier bobinage : elles sont connectées en série et sont en phase. De même, les boucles 2 et 3 forment un second bobinage : elles sont connectées en série et sont en phase. Le premier bobinage est connecté au second bobinage et est en opposition de phase avec le second bobinage.

Les quatre boucles 1, 2, 3 et 4 sont alignées selon un axe parallèle à l'axe longitudinal 14 de l'arbre 12. Elles présentent chacune sensiblement la même surface de sorte que le flux induit par le circuit primaire dans chacune d'elle en l'absence de cible présente une même valeur absolue. Les boucles 1 et 2 sont destinées à venir face à la première hélice 18 tandis que les boucles 3 et 4 sont destinées à venir face à la seconde hélice 20. Les boucles 1 et 2 forment un motif M qui est le symétrique du motif M formé par les boucles 3 et 4 par rapport à une ligne médiane AA’. Dans un même motif M (1 et 2 ou 3 et 4) on a à chaque fois au moins une boucle en opposition de phase avec une autre boucle du même motif. On remarque en outre que les deux motifs M sont séparés. La distance de séparation entre les deux motifs (qui correspond sur la figure 4 à la distance de séparation entre la boucle 2 et la boucle 3) est la même que la distance qui sépare la première hélice 18 de la seconde hélice 20, par exemple 28.

La figure 5 illustre une variante de réalisation du circuit secondaire illustré sur la figure 4. On trouve ici six boucles numérotées de 5 à 10. Le circuit secondaire est formé de deux bobinages connectés en série et en opposition de phase l'un par rapport à l'autre. Les boucles 5, 7, 8 et 10 forment un premier bobinage : elles sont connectées en série et sont en phase. Les boucles 6 et 9 forment un second bobinage. Elles sont connectées en série et sont en phase mais en opposition de phase avec les boucles 5, 7, 8 et 10.

Ici aussi, les boucles du circuit secondaire sont alignées selon un axe parallèle à l'axe longitudinal 14 de l'arbre 12. Les boucles 5, 6 et 7 forment un premier motif M’ symétrique d'un second motif M’formé par les boucles 8, 9 et 10, selon la ligne médiane AA’. Ces deux motifs sont symétriques par rapport à la ligne médiane AA’ et sont séparés l'un de l'autre d'une distance qui correspond ici aussi à la distance séparant la première hélice 18 de la seconde hélice 20, soit 2δ.

Dans chacun des motifs, la surface des boucles d'un bobinage est égale à la surface des boucles de l'autre bobinage. On a ainsi ici dans le premier motif les boucles 5 et 7 qui présentent chacune une surface sensiblement égale à la moitié de la surface de la boucle 6. Ainsi, le flux induit dans les boucles d'un bobinage dans un motif par le circuit primaire est, en valeur absolue, le même que celui induit par le circuit primaire dans les boucles de l'autre bobinage.

Le principe de mesure de la position angulaire Θ de l'arbre 12 à l'aide du capteur de position 22 est expliqué en référence à la figure 8. Sur cette figure, on suppose que le capteur de position 22 comporte le circuit primaire 28 de la figure 3 superposé au circuit secondaire de la figure 4.

Sur la figurée, qui est une figure très schématique, on a représenté la première hélice 18, la seconde hélice 20 et uniquement le circuit secondaire de la figure 4 avec ses quatre boucles 1,2, 3 et 4. On a représenté sur cette figure un axe des abscisses Z et l'axe des ordonnées correspond à la position angulaire Θ. On suppose que le circuit secondaire (boucles 1,2, 3 et 4) est fixe. Les hélices sont représentées chacune par une bande inclinée : ceci correspond à ce que perçoit le capteur (circuit secondaire) des hélices 18, 20 lorsque l'arbre 12 tourne devant lui.

La figure 8 correspond à une position angulaire et à une position axiale de l'arbre 12. Si l'arbre 12 tourne, alors les bandes inclinées représentant les hélices montent ou descendent selon l'axe des ordonnées sur la figurée. Si l'arbre 12 se déplace axialement, alors les bandes inclinées se déplacent par rapport au capteur selon l'axe des abscisses.

Dans le cas de figure de la figure 8, on suppose que la mesure de la position angulaire se fait sur une plage prédéterminée, inférieure à 360°.

Quand l'arbre 12 tourne et que Θ augmente, la surface libre de la boucle 1 diminue. Quand l'arbre 12 se déplace vers les Z croissants, la surface libre de la boucle 1 augmente. Soit alors φ1 le flux induit dans la boucle 1. Ce flux sera inversement proportionnel à l'angle Θ et proportionnel à la position longitudinale Z. La boucle 1 étant supposée en opposition de phase avec le circuit primaire, on choisit une constante négative (-φΟ) pour déterminer φ1.

Le signal mesuré aux bornes du circuit secondaire sera proportionnel à la somme des flux circulant dans les boucles 1,2, 3 et 4.

Il ressort donc que le signal aux bornes du circuit secondaire est proportionnel à la position angulaire de l'arbre 12 et est insensible à un déplacement axial Z de l'arbre 12.

Une démonstration similaire peut être faite avec le circuit secondaire illustré sur la figure 5. Elle conduit au même résultat : le signal est proportionnel à l'angle de rotation de l'arbre et insensible à une variation de position axiale Z de cet arbre 12.

Dans le calcul qui précède, on a supposé qu'il n'y avait à chaque fois qu'une seule boucle 1, une seule boucle 2, une seule boucle 3 et une seule boucle 4. Pour obtenir une sensibilité plus grande, il est clair que l'on peut à chaque fois superposer plusieurs boucles pour augmenter le flux induit et obtenir ainsi une meilleure sensibilité.

Il ressort aussi du calcul qui précède qu'il convient d'avoir en permanence chaque hélice face simultanément aux deux bobinages (1,4 et 2, 3 dans la forme de réalisation des figures 4 et 8) de manière à obtenir la compensation de flux calculée plus haut concernant un déplacement en translation. Il suffit ici d'adapter la géométrie des bobinages à celle des hélices. La taille, et la position, des boucles sont adaptées au pas des hélices, à leur largeur, à leur position et à leur déplacement en translation maximal sur la plage de mesure considérée. Ainsi chaque hélice se trouve sur la plage de mesure angulaire à la fois face à un premier bobinage secondaire et face à un second bobinage secondaire en opposition de phase avec le premier bobinage secondaire.

La figure 9 illustre une mesure de la position angulaire sur 360°. Le principe de mesure reste ici le même. La forme des extrémités des hélices est adaptée pour que la variation de flux induit reste la même pour une même variation angulaire sur toute la plage de mesure, c’est-à-dire 360°. On prévoit doncici que les hélices s'étendent sur 360° autour de l'arbre 2 et que leurs extrémités des hélices se situent dans un plan radial par rapport à l'arbre 12. Il convient également de veiller que la zone cylindrique 16 ne présente pas de bossage ou similaire formant une cible à une distance inférieure à δ aux extrémités des hélices.

Comme illustré sur la figure 10, il est possible de se faire rejoindre les hélices pour former un chevron. Pour une mesure réalisée pour plusieurs pôles, par exemple pour un arbre d'un moteur à plusieurs pôles, il est possible de prévoir plusieurs hélices ou chevrons au niveau de la zone cylindrique 16 prévue pour la mesure de position.

Le déplacement transversal le long de l'axe longitudinal 14 de l'arbre 12 peut être un mouvement parasite. Il peut toutefois s'agir d'un mouvement commandé et il est alors intéressant de pouvoir également mesurer le déplacement de l'arbre 12 le long de son axe longitudinal Z.

Grâce à la présence des deux hélices, de sens opposé, on peut également mesurer le déplacement longitudinal de l'arbre 12. Il est proposé ici de superposer un circuit secondaire additionnel au circuit secondaire utilisé pour la mesure de la position angulaire et au circuit primaire 28.

Il est proposé ici d'utiliser un circuit secondaire additionnel tel celui illustré sur la figure 6 ou sur la figure 7.

Les circuits secondaires additionnels proposés ici sont proches des circuits secondaires des figures 4 et 5. On retrouve ici deux bobinages en opposition de phase et deux motifs avec chacun des boucles d'un bobinage et des boucles de l'autre bobinage de telle sorte que dans un motif la surface des boucles d'un bobinage correspond à la surface des boucles de l'autre bobinage. Par rapport aux circuits secondaires des figures 4 et 5, les circuits secondaires additionnels des figures 6 et 7 reprennent d'un côté le même motif mais l'autre motif, également séparé du premier motif d'une distance correspondant à la distance séparant les hélices, est en opposition de phase. On peut aussi définir ici le second motif comme étant le même motif que le premier motif mais décalé selon l'axe longitudinal d'une distance correspondant à la longueur du motif augmentée de la distance séparant les deux hélices. Décrit encore différemment, on peut considérer qu'une boucle d'un bobinage d'un motif est la symétrique d'une boucle de l'autre bobinage de l'autre motif.

En bref, comme il apparaît clairement en comparant la figure 4 avec la figure6 que les boucles du circuit secondaire additionnel de la figure 6 reprennent la même forme que les boucles du circuit secondaire de la figure 4 mais la connexion entre les deux motifs est inversée. On appelle donc les boucles de la figure 6 :1,2, 3' et 4'. De même, sur la figure 7, on aura des boucles 5, 6, 7, 8', 9' et 10'.

Le signal aux bornes du circuit secondaire additionnel correspond au flux induit par le circuit primaire 28 dans les boucles de ce circuit. Comme déjà fait plus haut, on calcule les flux dans chacune des boucles du circuit secondaire additionnel. Comme il ressort de ce qui précède, on retrouvera le même flux pour les boucles 1 et 2 et un flux inversé pour les boucles 3' et 4' (par rapport aux boucles 3 et 4). On a donc :

Le signal mesuré aux bornes du circuit secondaire additionnel sera proportionnel à la somme des flux circulant dans les boucles 1,2, 3' et 4'.

Il ressort donc que le signal aux bornes du circuit secondaire additionnel est proportionnel à la position longitudinale de l'arbre 12 et est insensible à un déplacement en rotation Θ de l'arbre 12.

Ainsi, en superposant sur le capteur de position 22 un circuit primaire 28 avec un circuit secondaire tel qu'illustré sur la figure 4 ou sur la figure 5 et en plus un circuit secondaire additionnel tel qu'illustré sur la figure 6 ou sur la figure 7, il est possible de mesurer avec précision, d'une part, la position angulaire Θ de l'arbre 12 et, d'autre part, sa position axiale Z.

La forme de réalisation ci-dessus permet donc à la fois une mesure de la position angulaire Θ d'un arbre sans être influencé par la position axiale Z de celui-ci tout en permettant également une mesure de la position axiale Z de cet arbre. Ainsi un même capteur de position permet de faire deux mesures de position (angulaire et longitudinale). Une telle double mesure avec un seul capteur n'était pas encore réalisée à la connaissance des inventeurs au moment du dépôt de la demande de brevet.

Le capteur de position (angulaire et/ou longitudinale) proposé est d'un encombrement réduit. Il peut aussi être utilisé pour réaliser un capteur de vitesse angulaire de l'arbre (appelé aussi « resolver »).

La forme de réalisation préférée proposée prévoit d'avoir des cibles formées en forme d'hélices, les deux hélices présentant un même pas mais étant de sens inversé. Il pourrait être envisagé d'avoir un pas différent pour les deux hélices en adaptant alors les boucles.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS

   1. Ensemble formé par un capteur de position (22) inductif et une cible (18, 20), caractérisé en ce que le capteur de position est un capteur de position (22) destiné à une mesure de la position angulaire d'un arbre (12) ou similaire comportant un support (24) sur lequel sont réalisés, d'une part, un bobinage primaire (28) et, d'autre part, au moins deux bobinages secondaires (1,4 ; 2, 3 ; 5, 7, 8,10 ; 6, 9) en opposition de phase l'un par rapport à l'autre, chaque bobinage secondaire étant défini par un ensemble d'au moins deux boucles en phase les unes avec les autres, l’ensemble étant caractérisé en ce que les bobinages secondaires (1,4 ; 2, 3 ; 5, 7, 8,10 ; 6, 9) sont connectés en série et sont disposés chacun symétriquement par rapport à une ligne médiane (A, A’) de manière à former de part et d'autre de cette ligne médiane à chaque fois un motif (Μ, M’), les deux motifs présentant une séparation entre eux au niveau de ladite ligne médiane, et en ce que la cible (18, 20) comporte deux hélices (18, 20) de pas opposés, et en ce que le capteur de position (22) inductif est disposé face à la cible de telle sorte que, d'une part, un motif (M) des bobinages secondaires se trouve face à une hélice (18) et l'autre motif (M) des bobinages secondaires se trouve face à l'autre hélice (20), et, d'autre part, que chaque hélice (18, 20) se trouve face à la fois à un premier bobinage secondaire et face à un second bobinage secondaire en opposition de phase avec le premier bobinage secondaire.
2. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque motif (M) est constitué d'un premier ensemble de boucles d'un premier bobinage adjacent à un second ensemble de boucles d'un second bobinage, les boucles du premier bobinage présentant une forme similaire aux boucles du second bobinage et le nombre de boucles du premier ensemble étant égal au nombre de boucle du second ensemble.
3. 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque motif (M’) est constitué d'un premier ensemble de boucles d'un premier bobinage adjacent à un deuxième ensemble de boucles d'un second bobinage et à un troisième ensemble de boucles du second bobinage, les boucles du premier bobinage présentant une surface double de celle des boucles du second bobinage, le nombre de boucles étant égal pour les trois ensembles et les boucles du premier ensemble de boucles étant disposées entre les boucles du deuxième ensemble de boucles et celles du troisième ensemble de boucles de manière à former un alignement de boucles perpendiculaire à la ligne médiane.
4. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur (22) comporte en outre au moins deux bobinages secondaires additionnels en opposition de phase l'un par rapport à l'autre et connectés en série l'un à l'autre, en ce que chaque bobinage secondaire additionnel est défini par un ensemble d'au moins deux boucles en phase les unes avec les autres, en ce que les boucles d'un bobinage secondaire additionnel sont disposées de manière symétrique aux boucles de l'autre bobinage secondaire additionnel par rapport à ladite ligne médiane (AA’), et en ce que les boucles d'un bobinage secondaire additionnel forment d'un côté de la ligne médiane avec les boucles de l'autre bobinage secondaire additionnel se trouvant du même côté de la ligne médiane un motif séparé du motif formé par les autres boucles des bobinages secondaires additionnels.
5. 5. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les hélices (18,20) sont disposées sur une surface cylindrique de l'arbre (12), symétriquement par rapport à un plan transversal de ladite surface cylindrique.
6. 6. Procédé de mesure sans contact de la position angulaire d'un arbre (12), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : • munir la surface extérieure de l'arbre (12) de deux hélices (18, 20) de sens opposés, les hélices étant distantes l'une de l'autre, sur la plage de mesure angulaire, d'une distance prédéterminée en fonction du déplacement axial estimé de l'arbre (12), • fournir un capteur de position (22) inductif avec un bobinage primaire (28) et au moins deux bobinages secondaires (1,4 ; 2, 3 ; 5, 7, 8,10 ; 6, 9), un bobinage secondaire étant défini par un ensemble d'au moins deux boucles en phase les unes avec les autres, • disposer les boucles de chaque bobinage secondaire (1, 4 ; 2, 3 ; 5,7,8,10 ; 6, 9), face aux hélices (18, 20) de telle sorte que lorsque la position angulaire de l'arbre (12) varie d'une valeur, alors, d'une part, pour un bobinage secondaire la variation de flux induit dans les boucles se trouvant face à une hélice est identique à celle du flux induit dans les boucles se trouvant face à l'autre hélice et, d'autre part, la variation de flux induit dans les boucles d'un bobinage secondaire se trouvant face à une hélice est identique à l'opposé de la variation de flux induit dans les boucles de l'autre bobinage secondaire, les boucles se trouvant face à une hélice étant séparées des boucles se trouvant face à l'autre hélice d'une distance correspondant à la distance séparant les hélices sur la plage de mesure angulaire, • excitation du bobinage primaire et mesure du signal sur les bobinages secondaires, • détermination de la position angulaire (Θ) de l'arbre, le signal mesuré correspondant à une valeur angulaire de la position de l'arbre indépendante d'un déplacement axial (Z) de celui-ci.
7. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il permet également la mesure d'un déplacement axial (Z) de l'arbre et en ce qu'il comporte à cet effet également les étapes suivantes : • munir le capteur d'au moins deux bobinages secondaires additionnels, • disposer les boucles de chaque bobinage secondaire additionnel face aux hélices de telle sorte que lorsque la position angulaire de l'arbre varie d'une valeur, alors, d'une part, pour un bobinage secondaire la variation de flux induit dans les boucles se trouvant face à une hélice est identique à l'opposé de celle du flux induit dans les boucles se trouvant face à l'autre hélice et, d'autre part, la variation de flux induit dans les boucles d'un bobinage secondaire se trouvant face à une hélice est identique à celle du flux induit dans les boucles de l'autre bobinage secondaire, les boucles se trouvant face à une hélice étant séparées des boucles se trouvant face à l'autre hélice d'une distance correspondant à la distance séparant les hélices sur la plage de mesure angulaire, • mesure du signal sur les bobinages secondaires additionnels, • détermination de la position axiale (Z) de l'arbre (12), le signal mesuré au niveau des bobinages secondaires additionnels correspondant à une position de l'arbre indépendante de la position angulaire de celui-ci.