FR3055961A1 - Capteur d'angle de rotation et stator equipe d'un tel capteur - Google Patents
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Abstract
Capteur d'angle de rotation (10) comprenant un stator (12) avec un élément de compensation (1) à bobine émettrice (28) et bobine réceptrice (30, 31). Le rotor (14) a un premier segment conducteur (32), pour le couplage inductif entre les bobines (28, 30, 31) dépendant de la disposition radiale du stator (12) et du rotor (14) par rapport à l'axe (A). Le stator (12) a une bobine émettrice (22) et une bobine réceptrice de saisie angulaire (20). Le rotor (14) a un second segment conducteur (26), couplé à la bobine (20). Le rotor (14) comporte un second segment conducteur (26) de façon que la tension induite dans la bobine (20) dépende de l'angle de rotation entre le stator (12) et le rotor (14).
Description
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un capteur d’angle de rotation comprenant un élément de stator, un élément de rotor monté à rotation autour d’un axe par rapport à l’élément de stator et dont l’angle de rotation est saisi par le couplage inductif entre l’élément de rotor et l’élément de stator. L’invention se rapporte également à un élément de stator et un élément de rotor pour un tel capteur d’angle de rotation.
Etat de la technique
Des bobines d’émission et de réception sur le stator d’un capteur d’angle de rotation et qui sont couplées par induction à une cible portée par le rotor, font que l’émission d’un champ alternatif électromagnétique par la bobine émettrice vers la bobine réceptrice induit dans celle-ci une tension alternative qui permet de saisir l’angle de rotation en fonction de cette tension alternative induite.
Un tel capteur d’angle est par exemple décrit dans le document EP 0 909 955 Bl. Ce document donne notamment des détails sur le couplage inductif et son utilisation pour déterminer l’angle de rotation.
Dans le cas des capteurs réels, le jeu du palier ou les tolérances liées à la fabrication pour la position relative de l’élément de stator et de l’élément de rotor génèrent des erreurs qui peuvent être suffisamment importantes pour que le capteur ne puisse plus respecter les limites de précision imposées à l’angle de rotation mesuré.
But de l’invention
Il y a ainsi un besoin de développer un capteur d’angle de rotation qui en cas d’écart radial entre l’élément de stator ou le stator et l’élément de rotor ou le rotor, par rapport à la position idéale qui est la position centrée, puisse compenser les variations produites dans le signal de mesure servant à la saisie angulaire. L’invention a ainsi pour but de développer un tel capteur d’angle de rotation.
Exposé et avantages de l’invention A cet effet l’invention a pour objet un capteur d’angle de rotation du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l’élément de stator comporte un élément de compensation ayant une bobine émettrice de compensation pour émettre un champ alternatif électromagnétique de compensation et au moins une bobine réceptrice de compensation, pour recevoir le champ alternatif électromagnétique, l’élément de rotor ayant un premier segment électro-conducteur monté sur l’élément de rotor de façon à réaliser un couplage inductif avec la bobine émettrice de compensation et au moins une bobine réceptrice de compensation de l’élément de compensation, de sorte que le champ alternatif électromagnétique de compensation émis par la bobine émettrice de compensation induise dans la bobine réceptrice de compensation, une tension alternative de compensation dépendant principalement de la disposition radiale relative entre l’élément de stator et l’élément de rotor par rapport à l’axe de rotation, l’élément de stator ayant au moins une bobine émettrice de saisie angulaire pour émettre un champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire et au moins une bobine réceptrice de saisie angulaire pour saisir le champ alternatif électromagnétique, l’élément de rotor ayant au moins un second segment électro-conducteur, couplé de manière inductive à la bobine réceptrice de saisie angulaire de façon que l’émission du champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire par la bobine émettrice de saisie angulaire, induire une tension alternative de saisie angulaire dans la bobine réceptrice de saisie angulaire, le rotor comportant un second segment électro-conducteur de façon que la tension alternative de saisie angulaire induite dans la bobine réceptrice de saisie angulaire dépende notamment principalement de l’angle de rotation entre l’élément de stator et l’élément de rotor, le second segment électro-conducteur étant dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation à l’extérieur du premier segment électroconducteur sur l’élément de rotor et la bobine émettrice de saisie angulaire est dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation à l’extérieur de l’élément de compensation sur l’élément de stator.
En d’autres termes, l’invention a pour objet un capteur d’angle de rotation composé d’un élément de stator et d’un élément de rotor monté à rotation autour d’un axe de rotation par rapport à l’élément de stator ; l’angle de rotation est saisit par le couplage inductif entre l’élément de rotor et l’élément de stator. L’élément de stator est muni d’un élément de compensation ayant une bobine émettrice de compensation pour émettre un champ alternatif électromagnétique de compensation et une bobine réceptrice de compensation pour recevoir le champ alternatif électromagnétique ainsi émis. L’élément de rotor a un premier segment électro-conducteur installé sur l’élément de rotor et couplé à l’élément émetteur de compensation et à au moins une bobine réceptrice de compensation de l’élément de compensation à un couplage inductif de façon que l’émission d’un champ alternatif électromagnétique de compensation par la bobine émettrice de compensation induise une tension alternative de compensation dans au moins une bobine réceptrice de compensation, tension qui dépend principalement de la disposition radiale relative entre l’élément de stator et l’élément de rotor l’un par rapport à l’autre et par rapport à l’axe de rotation. L’élément de stator a au moins une bobine émettrice de saisie angulaire pour émettre un champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire et au moins une bobine réceptrice de saisie angulaire pour saisir le champ alternatif électromagnétique. L’élément de rotor a au moins deux segments électro-conducteur-conducteurs et au moins un second segment électroconducteur avec au moins une bobine réceptrice de saisie angulaire couplée par induction de façon que l’émission du champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire par la bobine émettrice de saisie angulaire induise dans une bobine réceptrice de saisie angulaire, une tension alternative de saisie angulaire. Le second segment électroconducteur est installé sur l’élément de rotor pour induire dans une bobine réceptrice de saisie angulaire une tension alternative de saisie angulaire, dépendant principalement de l’angle de rotation entre l’élément de stator et l’élément de rotor et au moins le second segment électro-conducteur qui, par rapport à l’axe de rotation, selon la direction radiale, se trouve à l’extérieur du premier segment électro-conducteur sur l’élément de rotor, notamment selon une forme de secteur d’anneau de cercle par rapport à l’axe de rotation et la bobine émettrice de saisie angulaire considérée dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation, se trouve à l’extérieur de l’élément de compensation sur l’élément de stator, notamment par rapport à l’axe de rotation, dans le segment en anneau de cercle de l’élément de stator.
Un segment "électro-conducteur" au sens de la présente invention est un segment conduisant l'électricité. Cela signifie que, de manière générale, les matières appelées isolants ou utilisées comme tels ne sont pas électro-conducteurs au sens de la présente invention. Ainsi, uniquement une tôle métallique est électro-conductrice. L’émission du champ alternatif électromagnétique de compensation induit la tension alternative de compensation dans au moins une première bobine réceptrice de compensation. Ainsi, le premier segment électro-conducteur de l’élément de rotor encore appelé cible, s’utilise pour le couplage inductif. Le couplage inductif dépend ainsi de la disposition radiale relative entre la cible et l’élément de compensation. La cible se trouve sur l’élément de rotor ; l’élément de compensation se trouve sur l’élément de stator. Ainsi, la disposition radiale relative de l’élément de rotor et de l’élément de stator influence la tension alternative induite de compensation en fonction du couplage inductif entre l’élément de compensation et la cible. En surveillant la tension alternative induite de compensation on surveille ainsi la disposition radiale relative de l’élément de rotor et de l’élément de stator. En surveillant on peut déceler l’apparition de tolérances dans le montage de l’élément de rotor et de l’élément de stator. Le chevauchement relatif d’au moins une bobine réceptrice de compensation par le premier segment électro-conducteur de l’élément de rotor ou par la cible, modifie l’amplitude de la tension induite par la bobine émettrice de compensation.
Cette disposition permet une forme particulièrement compacte pour le capteur d’angle de rotation. Cette forme compacte provient de ce que au moins le second segment électro-conducteur considéré dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation se trouve à l’extérieur du premier segment électro-conducteur sur l’élément de rotor et la bobine émettrice de saisie angulaire considérée dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation se trouve à l’extérieur de l’élément de compensation sur l’élément de stator. Cette forme de réalisation avantageuse fait que l’élément de compensation, par exemple, central, se trouve notamment dans la zone de saisie angulaire par ailleurs inutilisée, à proximité immédiate de l’axe de rotation.
De manière avantageuse, l’élément de compensation a une première bobine réceptrice de compensation et une seconde bobine réceptrice de compensation disposées l’une par rapport à l’autre et par rapport à l’axe de rotation de façon que le champ alternatif électromagnétique de compensation induise dans la première bobine réceptrice de compensation une première tension alternative de compensation et dans la seconde bobine réceptrice de compensation, une seconde tension alternative de compensation, la première tension alternative de compensation et la seconde tension alternative de compensation variant selon le décalage radial du premier segment électro-conducteur pour un déplacement radial du premier segment électro-conducteur par rapport à la disposition radiale prédéfinie du premier segment électroconducteur par rapport à l’axe de rotation, par comparaison à la première tension alternative de compensation et de la seconde valeur de la tension alternative de compensation prise lorsque le premier segment électro-conducteur se trouve en position radiale prédéfinie.
Il s’agit d’une disposition particulièrement avantageuse d’un capteur d’angle de rotation. Si, par exemple, on choisit un décalage de 90°, on peut définir un système d’axe de coordonnées cartésien avec une origine à l’axe de rotation de sorte que les tensions alternatives de compensation des deux bobines réceptrices de compensation puissent être interprétées comme des signaux correspondant à l’écart par rapport à une disposition radiale prédéfinie, dans la direction x et dans la direction y. Cela permet de mesurer les écarts radiaux de la disposition relative de l’élément de rotor par rapport à l’élément de stator comme combinaison linéaire des écarts le long de l’axe x et de l’axe y. Dans ce cas, on peut, par exemple, dans une position de repos de l’élément de rotor, avoir dans le capteur d’angle de rotation, deux bobines de compensation décalées de 90°. C’est ainsi qu’avec une mesure vectorielle on détermine directement le décalage horizontal et le décalage vertical. Cela permet de mesurer directement les tolérances en x et en y pour un décalage de 90° sans nécessiter une interruption.
De façon préférentielle, l’enroulement d’au moins une bobine réceptrice de compensation chevauche au moins partiellement le premier segment électro-conducteur radialement par rapport à l’axe de rotation et notamment l’extension radiale du premier segment électroconducteur est inférieure à l’extension radiale de la bobine réceptrice de compensation.
En cas de tolérances, le premier segment électroconducteur se déplace radialement par rapport à l’axe de rotation. Ce déplacement se fait dans le domaine dans lequel le premier segment électro-conducteur et une bobine réceptrice de compensation se chevauchent au moins partiellement. Ce mouvement génère des couplages inductifs très différents saisis comme des tensions alternatives de compensation différentes. Cette disposition permet de bien déceler les tolérances.
De façon préférentielle un enroulement d’au moins une bobine émettrice de compensation chevauche au moins partiellement le premier segment électro-conducteur dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation et au moins l’extension radiale du premier segment électro-conducteur est inférieure à l’extension radiale de la bobine émettrice de compensation.
Lorsqu'apparaissent des tolérances, le premier segment électro-conducteur se déplace radialement par rapport à l’axe de rotation. Ce mouvement se fait dans une zone dans laquelle le premier segment électro-conducteur et une bobine émettrice de compensation se chevauchent partiellement. Ce mouvement génère des couplages inductifs d’importance variable qui sont saisis comme des tensions alternatives de compensation, différentes. Cette disposition permet de reconnaître particulièrement bien les tolérances.
De façon avantageuse, au moins le premier segment électro-conducteur est un cercle ou un anneau de cercle électro-conducteur entourant la périphérie de l’élément de rotor. Ainsi, le premier segment électro-conducteur s’étend dans la plage angulaire sur 360° du capteur d’angle de rotation. Cette forme du premier segment électro-conducteur est notamment réalisable très simplement comme pièce emboutie.
De façon avantageuse, le premier segment électroconducteur s’étend radialement à partir de l’axe de rotation et le second segment électro-conducteur rejoint le premier segment électroconducteur en s’étendant radialement, c’est-à-dire, par exemple, en direction de l’axe de rotation. Le premier segment électro-conducteur considéré dans la direction radiale se situe entre l’axe de rotation et le second segment électro-conducteur ; selon la direction radiale, il se trouve entre le second segment électro-conducteur et le premier segment électro-conducteur, avec de préférence un intervalle ou une fente en forme de secteur d’anneau de cercle qui s’étend de préférence dans la direction périphérique. Cette disposition évite tout couplage inductif accidentel entre le second segment électro-conducteur et l’élément de compensation évitant ainsi une détection d’erreur. L’extension radiale de la bobine réceptrice de compensation plus grande vers l’axe de rotation fait que cette bobine chevauche complètement le premier segment électro-conducteur lorsque la disposition est centrée. Cela améliore le couplage inductif entre la bobine réceptrice de compensation et le premier segment électro-conducteur en position centrée de l’élément de rotor et de l’élément de stator.
De manière avantageuse, l’extension de l’intervalle ou de la fente dans la direction radiale représente au moins 50% de la différence entre l’extension radiale d’au moins une bobine réceptrice de compensation et l’extension radiale du premier segment électroconducteur. Même en cas de tolérances, il subsiste radialement par rapport à l’axe de rotation, une distance suffisante entre le second segment électro-conducteur et la bobine réceptrice de compensation pour éviter tout couplage inductif non voulu entre le second segment électroconducteur et la bobine réceptrice de compensation. L’extension radiale du premier segment électro-conducteur peut représenter au plus 90%, voire au plus 80% de l’extension radiale d’au moins une bobine réceptrice de compensation.
De façon avantageuse, au moins une bobine réceptrice de compensation a un nombre identique de premiers enroulements partiels et de seconds enroulements partiels qui sont disposés les uns par rapport aux autres et par rapport à l’axe de rotation de façon que le champ alternatif électromagnétique de compensation induise dans le premier enroulement, une première composante de tension alternative et dans le second enroulement partiel une seconde composante de tension alternative de signes algébriques opposés, la première composante de tension alternative et la seconde composante de tension alternative se compensant pour une disposition radiale prédéfinie du premier segment électro-conducteur par rapport à Taxe de rotation. La tension induite est ainsi égale à OV dans cette disposition radiale prédéfinie, ce qui permet de détecter facilement cette disposition radiale.
De manière préférentielle, le premier segment électroconducteur est symétrique par rapport à l’axe de rotation lorsque le premier segment électro-conducteur se trouve dans une disposition radiale prédéfinie par rapport à l’axe de rotation.
La disposition symétrique, notamment symétrique par rapport à un point fait que dans la position centrée du premier segment électro-conducteur par rapport à l’axe de rotation, la tension induite dans la bobine réceptrice de compensation est égale à OV. Cela permet de saisir très simplement la position centrée de l’élément de rotor et de l’élément de stator. L’invention s’applique également à un élément de stator et à un élément de rotor tels que définis ci-dessus pour réaliser un capteur d’angle de rotation.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide d’exemples de capteurs d’angle de rotation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en vue de côté d’une partie d’un capteur d’angle de rotation, la figure 2 est une vue de dessus schématique d’une partie du capteur d’angle de rotation, la figure 3 montre deux vues de détail schématiques du capteur d’angle de rotation pour une première disposition de l’élément de stator et de l’élément de rotor dans le capteur, la figure 4 montre deux vues de détail schématiques du capteur d’angle de rotation pour une seconde disposition de l’élément de stator et de l’élément de rotor du capteur, la figure 5 montre deux vues de détail schématiques du capteur d’angle de rotation pour une troisième disposition de l’élément de stator et de l’élément de rotor du capteur.
Description de modes de réalisation
La figure 1 montre schématiquement une vue de côté d’un capteur d’angle de rotation 10 comprenant un élément de stator 12 et un élément de rotor 14 monté à rotation autour d’un axe de rotation A par rapport à l’élément de stator 12. L’angle de rotation se saisit par le couplage inductif entre l’élément de rotor 14 et l’élément de stator 12. L’élément de stator 12 comporte, par exemple, selon la figure 1, au moins une bobine émettrice de saisie angulaire 22 pour émettre un champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire et au moins une bobine réceptrice de saisie angulaire 20 pour saisir le champ alternatif électromagnétique. La bobine réceptrice de saisie angulaire 20 s’étend de préférence dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A, dans la direction radiale à l’intérieur de la bobine émettrice de saisie angulaire 22. De façon préférentielle, la bobine réceptrice de saisie angulaire 20 est dans le même plan que la plaque du circuit de capteur d’angle de rotation 10, dans laquelle se trouve la bobine émettrice de saisie angulaire 22.
Les expressions « radial » ou « disposition radiale » correspondent à une orientation selon un rayon partant de l’axe de rotation A. Les expressions « périphérique » ou « direction périphérique » correspondent à la direction circulaire, pratiquement dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A. L’expression « direction axiale » correspond, dans la description, à la direction selon l’axe de rotation A.
La plaque de circuit du capteur d’angle de rotation 10 comporte, par exemple, une bobine émettrice de saisie angulaire 22, disposée de manière périphérique, et ayant une ou plusieurs spires et de préférence une réalisation sous forme de bobine planaire. Les spires peuvent être réalisées avantageusement dans plusieurs plans d’une plaque de circuit à plusieurs couches, pour générer un champ alternatif électromagnétique suffisamment intense. La bobine émettrice de saisie angulaire 22 reçoit une tension alternative d’amplitude comprise entre 0,5 V et 10 V et de préférence égale à 1,5 V pour des fréquences de l’ordre de quelques MHz, de préférence 5 MHz. L’élément de stator 12 comporte un élément de compensation 1. L’élément de compensation 1 comporte une bobine émettrice de compensation 28 pour émettre un champ alternatif électromagnétique de compensation ainsi qu’au moins une bobine réceptrice de compensation 30, 31 pour recevoir le champ alternatif électromagnétique. La bobine réceptrice de compensation 30, 31 s’étend de préférence dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A, dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation A à l’intérieur de la bobine émettrice de compensation 28. De façon préférentielle, la bobine réceptrice de compensation 30, 31 est dans le même plan de la plaque de circuit du capteur angulaire 10 que celui de la bobine émettrice de compensation 28. L’élément de rotor 14 a un premier segment électroconducteur 32.
Le premier segment électro-conducteur 32 installé sur l’élément de rotor 14 est couplé à la bobine émettrice de compensation 28 et à la bobine réceptrice de compensation 30, 31 de l’élément de compensation 1 de manière inductive de sorte que l’émission du champ alternatif électromagnétique de compensation par la bobine émettrice de compensation 28 génère une tension alternative de compensation induite dans la bobine réceptrice de compensation 30, 31 qui dépend principalement de la disposition radiale de l’élément de stator 12 et de l’élément de rotor 14 l’un par rapport à l’autre selon l’axe de rotation. L’élément de rotor 14 a au moins un second segment électro-conducteur 26. Ce second segment électro-conducteur 26 est couplé de manière inductive à la bobine réceptrice de saisie angulaire 20 de façon que l’émission du champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire par la bobine émettrice de saisie angulaire 22 induise dans la bobine réceptrice de saisie angulaire 20 au moins une tension alternative de saisie angulaire.
Le second segment électro-conducteur 26 est installé sur l’élément de rotor 14 pour que la tension alternative de saisie angulaire induite dans la bobine réceptrice de saisie angulaire 20 dépende notamment principalement de l’angle de rotation entre l’élément de stator 12 et l’élément de rotor 14.
Le second segment électro-conducteur 26 dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation A est à l’extérieur du premier segment électro-conducteur 32 de l’élément de rotor 14.
La bobine émettrice de saisie angulaire 22 considérée dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation A est à l’extérieur de l’élément de compensation 1 sur l’élément de stator 12.
La figure 2 est une vue de dessus du capteur d’angle de rotation 10 dans un système de coordonnées cartésiennes à deux dimensions dont l’axe x et l’axe y sont perpendiculaires à l’axe de rotation A et dont l’origine est sur l’axe de rotation A.
La bobine émettrice de saisie angulaire 22 comporte au moins un chemin conducteur que parcourt la bobine réceptrice de saisie angulaire 20. De façon préférentielle, la bobine émettrice de saisie angulaire 22 se situe dans une surface en forme d’anneau de cercle ou de secteur d’anneau délimité par un rayon intérieur ri et un rayon extérieur ra. Pour un capteur de segment angulaire de rotation qui a une plage de mesure inférieure à 360°, l’angle au centre M du secteur d’anneau circulaire est, par exemple, plus grand de 5° à 10° que la plage de mesure du capteur de segment angulaire. Si le capteur de segment angulaire a, par exemple, une plage de mesure de 120°, alors l’angle au centre M du secteur d’anneau circulaire est, par exemple, M = 130°.
Le rayon extérieur ra est, par exemple limité par la place disponible et correspond à quelques 10 mm et de préférence il est égal à 25 mm. Le rayon intérieur ri est suffisamment grand pour pouvoir installer les bobines de compensation et obtenir un signal suffisamment fort. Pour augmenter l’intensité du champ, on peut réaliser la bobine émettrice de saisie angulaire 22 dans plusieurs plans de la plaque de circuit du capteur.
La bobine réceptrice de saisie angulaire 20 est également placée entre le rayon intérieur ri et le rayon extérieur ra comme le montre la figure 2. La bobine réceptrice de saisie angulaire 20 est, par exemple formée de deux parties d’enroulement 20a, 20b traversées par un courant dans des directions différentes (dans le sens contraire des aiguilles d’une montre et dans le sens des aiguilles d’une montre). Les deux parties d’enroulement 20a, 20b peuvent se trouver dans des plans différents de la plaque de circuit.
De façon préférentielle, l’élément de rotor 14 a au moins un segment électro-conducteur 26 en forme de secteur d’anneau de cercle. Dans l’exemple de réalisation de la figure 2, on a trois segments électro-conducteurs 26 en forme de secteur d’anneau de cercle. L’anneau de cercle (non représenté) dans lequel se situe le secteur respectif du segment électro-conducteur 26 présente, par rapport à l’axe de rotation A, un rayon intérieur de préférence légèrement inférieur au rayon intérieur ri. L’anneau de cercle dans lequel se situe le secteur respectif du segment électro-conducteur 26 a, par rapport à l’axe de rotation A, un rayon extérieur, de préférence légèrement supérieur au rayon extérieur ra. L’angle d’ouverture (non représenté) des secteurs dans lesquels se situent les trois segments électro-conducteurs 26 comme cela est représenté schématiquement à la figure 2 est, de préférence égal à 60°. L’écart angulaire entre les segments électro-conducteurs 26 est, dans ce cas, de préférence égal à 60°. L’angle d’ouverture d’un segment en forme de secteur circulaire est de préférence égal à M/2. L’élément de compensation 1 de cet exemple a une première bobine réceptrice de compensation 30 et une seconde bobine réceptrice de compensation 31. Ces bobines sont disposées l’une par rapport à l’autre et par rapport à l’axe de rotation A de façon que le champ alternatif électromagnétique de compensation induise, dans la première bobine réceptrice de compensation 30, une première tension alternative de compensation U1 et dans la seconde bobine réceptrice de compensation 31 une seconde tension alternative de compensation U2.
Comme le montre schématiquement la figure 2, la première bobine réceptrice de compensation 30 est située à l’extérieur de la seconde bobine réceptrice de compensation 31 dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation A. La bobine émettrice de compensation 28 est située à l’extérieur de la première bobine réceptrice de compensation 30 dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation A. La forme géométrique de la première bobine réceptrice de compensation 30 et de la seconde bobine réceptrice de compensation 31 est la même. La première bobine réceptrice de compensation 30 et la seconde bobine réceptrice de compensation 31 sont, de préférence, tournées de 90° l’une par rapport à l’autre sur l’élément de stator 12. La première bobine réceptrice de compensation 30 et la seconde bobine réceptrice de compensation 31 sont centrées par rapport à l’axe de rotation A sur l’élément de stator 12.
Les dimensions de la première bobine réceptrice de compensation 30 et de la seconde bobine réceptrice de compensation 31 ainsi que du premier segment électro-conducteur 32 sont choisies pour que l’enroulement de la première bobine réceptrice de compensation 30 et l’enroulement de la seconde bobine réceptrice de compensation 31 chevauchent au moins partiellement le premier segment électroconducteur 32 par rapport à l’axe de rotation A. L’extension radiale du premier segment électro-conducteur 32 est de préférence inférieure à l’extension radiale de la première bobine réceptrice de compensation 30 et de la seconde bobine réceptrice de compensation 31.
Les dimensions de la bobine émettrice de compensation 28 et du premier segment électro-conducteur-conducteur 32 sont dimensionnées pour que la bobine émettrice de compensation 28 chevauche au moins partiellement radialement par rapport à l’axe de rotation A, le premier segment électro-conducteur 32. L’extension radiale du premier segment électro-conducteur 32 est de préférence inférieure à l’extension radiale de la bobine émettrice de compensation 28.
La première bobine réceptrice de compensation 30 est formée de deux parties d’enroulement 30a, 30b qui, pour des raisons de clarté de la figure, ne portent des références qu’aux figures 3-5. La seconde bobine réceptrice de compensation 31 est formée de préférence par deux parties d’enroulement 31a, 31b qui, comme indiqué précédemment, pour des raisons de clarté du dessin ne sont référencées qu’aux figures 3-5. Les deux parties d’enroulement 30a, 30b sont traversées par un courant électrique dans des directions différentes (dans le sens contraire des aiguilles d’une montre et dans le sens des aiguilles d’une montre). Les deux parties d’enroulement 31a, 31b sont traversées par un courant électrique passant également dans des directions différentes (dans le sens contraire des aiguilles d’une montre et dans le sens des aiguilles d’une montre). Les deux parties d’enroulement 30a, 30b ou 31a, 31b peuvent être réalisées dans les plans différents de la plaque de circuit.
La figure 3 montre schématiquement dans le système de coordonnées cartésiennes de la figure 2, chacune des deux bobines réceptrices de compensation 30, 31 dans la disposition dans le capteur d’angle de rotation 10. La figure 3 montre la disposition des deux bobines réceptrices de compensation 30, 31 pour la position centrée prédéfinie de l’élément de stator 12 et de l’élément de rotor 14 du capteur d’angle de rotation 10. L’élément de stator 12 et l’élément de rotor 14 sont centrés par rapport à l’axe de rotation A. Cela signifie qu’il n’y a pas de tolérance ni dans la direction x, ni dans la direction y. En d’autres termes, l’élément de stator 12 et l’élément de rotor 14 sont dans une position de consigne respective sans écart.
Le premier segment électro-conducteur 32 a une forme circulaire comme le montre la figure 3. Le premier segment électroconducteur 32 peut également être sous la forme d’un anneau de cercle. Le premier segment électro-conducteur 32 est, de préférence formé par un cercle ou un anneau de cercle électro-conducteur dans la direction périphérique de l’élément de rotor 14. En principe, on peut également envisager d’autres formes symétrique par rapport à l’axe de rotation A.
De façon préférentielle, le premier segment électroconducteur 32 est symétrique notamment symétrique par rapport à l’axe de rotation A dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A.
Dans la position centrée prédéfinie de l’élément de stator 12 et de l’élément de rotor 14, la première bobine réceptrice de compensation 30 et la seconde bobine réceptrice de compensation 31 ainsi que le premier segment électro-conducteur 32 sont également en position centrée par rapport à l’axe de rotation A.
La première bobine réceptrice de compensation 30 a, de préférence, un nombre de premiers et de seconds enroulements partiels 30a et 30b identiques. Ainsi, ces enroulements sont disposés l’un par rapport à l’autre et par rapport à l’axe de rotation A pour que le champ alternatif électromagnétique de compensation induise dans la première partie d’enroulement 30a une première partie de tension alternative et dans la seconde partie d’enroulement 30b, une seconde partie de tension alternative de signes opposés.
La seconde bobine réceptrice de compensation 31 a, de préférence, un nombre identique de premiers enroulements partiels 31a et de seconds enroulements partiels 31b. Ces enroulements sont disposés l’un par rapport à l’autre et par rapport à l’axe de rotation A de façon que le champ alternatif électromagnétique de compensation induise dans le premier enroulement partiel 31a une première partie de tension alternative et dans le second enroulement partiel 31b, une seconde partie de tension alternative de signes opposés.
Ainsi, les tensions induites dans les enroulements partiels 30a et 30b se compensent et la première tension alternative de compensation U1 sera 0V. Les tensions induites dans les enroulements partiels 30a, 30b se compensent et la seconde tension alternative de compensation U2 est également égale à OV. Cela permet de saisir simplement la position centrée.
Le premier segment électro-conducteur 32 s’étend à partir de l’axe de rotation A dans la direction radiale. Le second segment électro-conducteur 26 rejoint radialement, de préférence, le premier segment électro-conducteur 32. Le premier segment électro-conducteur 32 considéré dans la direction radiale se situe entre l’axe de rotation A et le second segment électro-conducteur 26.
Dans la direction radiale il subsiste un intervalle 34 ou une fente 34 de préférence en forme de secteur d’anneau de cercle entre le second segment électro-conducteur 26 et le premier segment électroconducteur 32 ; cet intervalle ou fente 34 s’étend, de préférence dans la direction périphérique. L’intervalle 34 (ou fente 34) sépare ainsi le premier segment électro-conducteur 32 et le second segment électro-conducteur 26. La fente 34 ou l’intervalle 34 peuvent avoir des formes géométriques différentes ; l’intervalle est de préférence défini par la plus petite distance radiale dans laquelle se trouvent le premier segment électroconducteur 32 et le second segment électro-conducteur 26 sur l’élément de rotor 14. L’intervalle 34 ou la fente 34 sont, par exemple, en forme d’anneau de cercle. L’extension radiale D1 de la première bobine réceptrice de compensation 30 ou de la seconde bobine réceptrice de compensation 31 est, comme le montre la figure 3, plus grande que l’extension radiale D2 du premier segment électro-conducteur 32. L’extension D3 de l’intervalle 34 ou de la fente 34 dans la direction radiale représente, de préférence 50% de la différence entre l’extension radiale DI de la première bobine réceptrice de compensation 30 et l’extension radiale D2 du premier segment électro-conducteur 32.
Cette distance évite les couplages inductifs entre le premier segment électro-conducteur 32 et la bobine réceptrice de saisie angulaire 20 ou le second segment électro-conducteur 26 et la première bobine réceptrice de compensation 30 ou la seconde bobine réceptrice de compensation 31 en cas de décalage radial. En principe, il suffit d’une disposition ou d’une forme symétrique par rapport à un point entre le premier segment électro-conducteur 32 et le second segment électro-conducteur 26.
La première tension alternative de compensation U1 et la seconde tension alternative de compensation U2 diffèrent en cas de décalage radial du premier segment électro-conducteur 32 par rapport à la disposition radiale prédéfinie du premier segment électro-conducteur 32 par rapport à l’axe de rotation A. Cela sera décrit ci-après dans un système de coordonnées cartésiennes de la figure 2 à l’aide de la figure 4 et de la figure 5.
La figure 4 montre schématiquement deux vues de détail du capteur d’angle de rotation 10 pour une disposition de l’élément de stator 12 et de l’élément de rotor 14 dans le capteur d’angle de rotation 10, avec un décalage radial seulement dans la direction x. En d’autres termes, le premier segment conducteur 32 reste symétrique plan par rapport à l’axe x, mais le premier segment conducteur 32 n’est plus symétrique plan par rapport à l’axe y.
Dans la première bobine réceptrice de compensation 30 on aura, dans les deux enroulements partiels 30a et 30b, une tension induite de même amplitude, mais de signes opposés. Ainsi, dans les deux enroulements partiels 30a, 30b, les tensions induites se compensent et la première tension alternative de compensation U1 sera égale à OV.
En revanche, dans la seconde bobine réceptrice de compensation 31, dans les deux enroulements partiels 31a et 31b on aura une tension d’amplitude différente et de signes algébriques opposés. Les tensions induites dans les deux enroulements partiels 31a et 31b ne compensent pas et on aura une seconde tension alternative de compensation U2 différente de OV.
La figure 5 montre schématiquement deux vues de détail du capteur d’angle de rotation 10 pour l’élément de stator 12 et l’élément de rotor 14 du capteur d’angle de rotation 10 qui ont un décalage radial seulement dans la direction y. En d’autres termes, le premier segment électro-conducteur 32 conserve sa symétrie plane par rapport à l’axe y, mais en revanche le premier segment électro-conducteur 32 ne sera plus symétrique plan par rapport à l’axe x.
Ainsi, dans les deux enroulements partiels 30a et 30b de la bobine réceptrice de compensation 30 on aura une tension d’amplitude différente et de signes algébriques opposés. Les tensions induites dans les deux enroulements partiels 30a, 30b ne se compensent pas et la première tension alternative de compensation U1 sera différente de OV.
En revanche, dans la seconde bobine réceptrice de compensation 31, on aura dans les deux enroulements partiels 31a et 31b une tension de même amplitude et signes opposés de sorte que les tensions induites dans les enroulements partiels 31a, 31b se compensent si bien que la seconde tension alternative de compensation U2 sera égale à OV.
La première bobine réceptrice de compensation 30 et la seconde bobine réceptrice de compensation 31 sont disposées de façon générale que pour décalage (radial) du premier segment électroconducteur 32, la première tension alternative de compensation U1 et la seconde tension alternative de compensation U2 varient par rapport aux valeurs de la première tension alternative de compensation U1 et de la seconde tension alternative de compensation U2 prises lorsque le premier segment électro-conducteur 32 se trouve dans la position radiale prédéfinie, c’est-à-dire la position de consigne. De manière préférentielle, la première tension alternative de compensation U1 et la seconde tension alternative de compensation U2 se trouvent dans la position radiale prédéfinie, c’est-à-dire la position de consigne avec OV.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Elément de compensation 10 Capteur d’angle de rotation 12 Elément de stator 14 Elément de rotor 20 Bobine réceptrice de saisie angulaire 20a, 20b Enroulements partiels 22 Bobine émettrice de saisie angulaire 26 Second segment électro-conducteur-conducteur 28 Bobine émettrice de compensation 30 Bobine réceptrice de compensation 30a, 30b Enroulements partiels de la bobine réceptrice de compensation 31 Bobine réceptrice de compensation 31a, 31b Enroulements de la bobine réceptrice de compensation 31 32 Premier segment électro-conducteur 34 Intervalle / fente A Axe de rotation du rotor D1 Extension radiale de la bobine réceptrice D2 Extension radiale du premier segment électro-conducteur D3 Extension de l’intervalle 34 dans la direction radiale X, Y Système de coordonnées cartésiennes, centré sur l’axe de rotation A dans un plan perpendiculaire à celui-ci
Claims (12)
- REVENDICATIONS 1°) Capteur d’angle de rotation (10) comprenant un élément de stator (12), un élément de rotor (14) monté à rotation autour d’un axe (A) par rapport à l’élément de stator (12), et dont l’angle de rotation est saisi par le couplage inductif entre l’élément de rotor (14) et l’élément de stator (12), capteur caractérisé en ce que l’élément de stator (12) comporte un élément de compensation (1) ayant une bobine émettrice de compensation (28) pour émettre un champ alternatif électromagnétique de compensation et au moins une bobine réceptrice de compensation (30, 31), pour recevoir le champ alternatif électromagnétique, l’élément de rotor (14) ayant un premier segment électroconducteur (32), le premier segment électro-conducteur (32) étant monté sur l’élément de rotor (14) de façon à réaliser un couplage inductif avec la bobine émettrice de compensation (28) et au moins une bobine réceptrice de compensation (30, 31) de l’élément de compensation (1), de sorte que l’émission du champ alternatif électromagnétique de compensation par la bobine émettrice de compensation (28) induise dans la bobine réceptrice de compensation (30, 31) une tension alternative de compensation dépendant principalement de la disposition radiale relative entre l’élément de stator (12) et l’élément de rotor (14) par rapport à Taxe de rotation (A), l’élément de stator (12) ayant au moins une bobine émettrice de saisie angulaire (22) pour émettre un champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire et au moins une bobine réceptrice de saisie angulaire (20) pour saisir le champ alternatif électromagnétique, l’élément de rotor (14) ayant au moins un second segment électroconducteur (26), ce second segment électro-conducteur (26) étant couplé de manière inductive à la bobine réceptrice de saisie angulaire (20) de façon qu’à l’émission du champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire par la bobine émettrice de saisie angulaire (22), au moins une tension alternative de saisie angulaire soit induite dans la bobine réceptrice de saisie angulaire (20), le rotor (14) comportant un second segment électro-conducteur (26) de façon que la tension alternative de saisie angulaire induite dans la bobine réceptrice de saisie angulaire (20) dépende notamment principalement de l’angle de rotation entre l’élément de stator (12) et l’élément de rotor (14), le second segment électro-conducteur (26) étant dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation (A) à l’extérieur du premier segment électro-conducteur (32) sur l’élément de rotor (14), et la bobine émettrice de saisie angulaire (22) est dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation (A) à l’extérieur de l’élément de compensation (1) sur l’élément de stator (12).
- 2°) Capteur d’angle de rotation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément de compensation (1) a une première bobine réceptrice de compensation (30) et une seconde bobine réceptrice de compensation (31) disposées l’une par rapport à l’autre et par rapport à l’axe de rotation (A) de façon que le champ alternatif électromagnétique de compensation induise dans la première bobine réceptrice de compensation (30) une première tension alternative de compensation et dans la seconde bobine réceptrice de compensation (31), une seconde tension alternative de compensation, la première tension alternative de compensation (Ul) et la seconde tension alternative de compensation (U2), en cas de décalage radial du premier segment électro-conducteur (32) par rapport à la disposition radiale prédéfinie de ce premier segment électro-conducteur (32) par rapport à l’axe de rotation (A) varie par rapport à la valeur prise par la première tension alternative de compensation (Ul) et la seconde tension alternative de compensation (U2) lorsque le premier segment électroconducteur (32) se trouve dans la disposition radiale prédéfinie.
- 3°) Capteur d’angle de rotation (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enroulement d’au moins une bobine réceptrice de compensation (30, 31) est disposé de façon à chevaucher au moins partiellement le premier segment électro-conducteur (32) radialement par rapport à l’axe de rotation (A), notamment l’extension radiale du premier segment électroconducteur (32) étant inférieur à l’extension radiale de la bobine réceptrice de compensation (30, 31).
- 4°) Capteur d’angle de rotation (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enroulement de la bobine émettrice de compensation (28) est disposé de façon à chevaucher radialement le premier segment électroconducteur (28) au moins partiellement, par rapport à l’axe de rotation (A), et notamment l’extension radiale du premier segment électroconducteur (32) est inférieur à l’extension radiale de la bobine émettrice de compensation (28).
- 5°) Capteur d’angle de rotation (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier segment électro-conducteur (32) est un cercle ou un anneau de cercle électro-conducteur entourant la périphérie de l’élément de rotor (14).
- 6°) Capteur d’angle de rotation (10) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier segment électro-conducteur (32) s’étend radialement par rapport à l’axe de rotation (A) et au moins le second segment électroconducteur (26) est relié radialement au premier segment électroconducteur (32), le premier segment électro-conducteur (32) considéré dans la direction radiale se situant entre l’axe de rotation (A) et le second segment électro-conducteur (26), et dans la direction radiale, entre le second segment électro-conducteur (26) et le premier segment électro-conducteur (32) il y a un intervalle (34) ou une fente (34), de préférence en forme de secteur d’anneau de cercle s’étendant de préférence dans la direction périphérique.
- 7°) Capteur d’angle de rotation (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’extension radiale (Dl) d’au moins une bobine réceptrice de compensation (30, 31) est supérieure à l’extension radiale (D2) du premier segment conducteur (32).
- 8°) Capteur d’angle de rotation (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’extension (D3) de l’intervalle (34) ou de la fente (34) dans la direction radiale correspond à au moins 50% de la différence entre l’extension radiale (Dl) d’au moins une bobine de compensation (30, 31) et de l’extension radiale (D2) du premier segment électro-conducteur (32).
- 9°) Capteur d’angle de rotation (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’ au moins une bobine réceptrice de compensation (30, 31) a un nombre identique de premiers enroulements partiels (30a, 31a) et de seconds enroulements partiels (30b, 31b) disposés les uns par rapport aux autres et par rapport à l’axe de rotation (A) de façon que le champ alternatif électromagnétique de compensation induise dans le premier enroulement partiel (30a, 31a) une première partie de tension alternative et dans le second enroulement partiel (30b, 31b), une seconde partie de tension alternative de signe opposé, la première partie de tension alternative et la seconde partie de tension alternative se compensant pour une disposition radiale prédéfinie du premier segment électroconducteur (32) par rapport à l’axe de rotation (A).
- 10°) Capteur d’angle de rotation (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier segment électro-conducteur (32) est symétrique par rapport à l’axe de rotation (A) lorsque le premier segment électro-conducteur (32) se trouve dans une disposition radiale prédéfinie par rapport à l’axe de rotation (A).
- 11°) Elément de stator (12) pour un capteur d’angle de rotation (10) inductif saisissant une rotation autour d’un axe de rotation selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l’élément de stator (12) comporte un élément de compensation (1), l’élément de compensation (1) ayant une bobine émettrice de compensation (28) pour émettre un champ alternatif électromagnétique de compensation et au moins une bobine réceptrice de compensation (30, 31) pour recevoir le champ alternatif électromagnétique, l’élément de stator (12) ayant au moins une bobine émettrice de saisie angulaire (22) pour émettre un champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire et au moins une bobine réceptrice de saisie angulaire (20) pour saisir le champ alternatif électromagnétique de compensation et au moins une bobine réceptrice de compensation (30, 31) pour recevoir le champ alternatif électromagnétique, l’élément de stator (12) ayant au moins une bobine émettrice de saisie angulaire (22) pour émettre un champ alternatif électromagnétique de saisie angulaire et au moins une bobine réceptrice de saisie angulaire (20) pour saisir le champ alternatif électromagnétique, au moins la bobine émettrice de saisie angulaire (22) étant disposée à l’extérieur de l’élément de compensation (1) sur l’élément de stator (12) par rapport à l’axe de rotation (A) dans la direction radiale.
- 12°) Elément de rotor (14) pour un capteur d’angle de rotation (10), inductif saisissant une rotation autour d’un axe de rotation (A) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l’élément de rotor (14) est monté à rotation autour de l’axe de rotation (A), l’élément de rotor (14) ayant un premier segment électroconducteur (32) pour saisir le décalage radial de l’élément de rotor (14) par rapport à une position de consigne, l’élément de rotor (14) ayant au moins un second segment électroconducteur (26) pour saisir l’angle de rotation de l’élément de rotor (14) autour de l’axe de rotation (A), au moins le second segment électro-conducteur (26) considéré dans la direction radiale par rapport à l’axe de rotation (A) se trouvant à l’extérieur du premier segment électro-conducteur (32) sur l’élément de rotor (14).
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