WO2011055064A2 - Capteur de position magnetique bidirectionnel a rotation de champ - Google Patents

Capteur de position magnetique bidirectionnel a rotation de champ Download PDF

Info

Publication number
WO2011055064A2
WO2011055064A2 PCT/FR2010/052320 FR2010052320W WO2011055064A2 WO 2011055064 A2 WO2011055064 A2 WO 2011055064A2 FR 2010052320 W FR2010052320 W FR 2010052320W WO 2011055064 A2 WO2011055064 A2 WO 2011055064A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetized element
position sensor
magnet
directions
magnetization
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/052320
Other languages
English (en)
Other versions
WO2011055064A3 (fr
Inventor
Gérald MASSON
Thierry Dorge
Original Assignee
Moving Magnet Technologies
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=42370899&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2011055064(A2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Moving Magnet Technologies filed Critical Moving Magnet Technologies
Priority to ES10788363.9T priority Critical patent/ES2600865T3/es
Priority to EP10788363.9A priority patent/EP2496914B1/fr
Priority to US13/508,162 priority patent/US8970210B2/en
Priority to KR1020127014455A priority patent/KR101410196B1/ko
Priority to JP2012535908A priority patent/JP5538552B2/ja
Priority to CN201080060916.6A priority patent/CN102725612B/zh
Publication of WO2011055064A2 publication Critical patent/WO2011055064A2/fr
Publication of WO2011055064A3 publication Critical patent/WO2011055064A3/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to the field of magnetic contactless position sensors whose purpose is to simultaneously provide two independent output signals representative of a position along 2 directions (translation and translation, translation and rotation, rotation and rotation).
  • bidirectional sensors already existing uses permanent magnets associated with a magnetic circuit, more or less complex, made of ferromagnetic material used to guide and / or concentrate the magnetic flux generated by the permanent magnet or magnets but this to the detriment cost and performance of the sensor.
  • European Patent EP800055 discloses a linear and angular position sensor. This sensor delivers analog signals that are difficult to use because they are nonlinear, of low level. Such sensors require several disjoint measuring points to measure the relative position along two directions. In addition, they require stator parts that provide hysteresis and the sensitive elements measure the amplitude of the field and are therefore sensitive to geometric tolerances and temperature.
  • US Pat. No. 4,639,667 or WO9716736 disclose sensors operating according to principles that do not make it possible to deliver linear and independent signals, representative of the position in two dimensions.
  • bidirectional sensors that are only the end-to-end of two independent unidirectional sensors, such as for example patent WO 2008138662 and patent US6175233 describing 2 linear sensors which each measure a single direction.
  • a magnet and a magnetic field detection element which has the consequence of leading to a large size and a high realization cost.
  • these sensors measure the amplitude of the field and are therefore also sensitive to geometric tolerances and temperature.
  • patents and patent applications US6731108, US6960974 and WO2004015375 only allow the measurement of the linear displacement of a magnet with respect to one or more magnetosensitive elements using the field direction.
  • these sensors require several probes placed on the different parts of the race, which increases the cost of the sensor and requires precise positioning of the probes.
  • the magnet used is a cylinder of very small diameter with constant magnetization in amplitude and in direction according to its thickness. That is, the magnetization of the magnet at any point of this magnet has the same modulus and is perpendicular to the upper and lower face of the magnet. This very specific configuration is only intended for the measurement of two angles and for a very short stroke (thirty degrees).
  • the diameter of the magnet is small (theoretically a punctual magnet with a radial magnetization), which means that as soon as we have a small rotation of the magnet, the magnet moves away from the magneto-sensitive elements and the magnetic induction becomes too weak at the magneto-sensitive elements of the probe to have a precise detection of the rotation of the magnet.
  • this kind of system requires a magnet with very high remanence (typically Br> 1.2T) and very thick (thickness> 10mm), which is expensive and difficult to magnetize, with more important axial thickness ( typically> 10mm) which generates a congestion problem.
  • the mechanical gap between the surface of the planar magnet and the measuring point varies as a function of the rotations of the magnet, which implies a deterioration of the linearity and a gap larger than necessary to avoid the collision of the edges of the magnet with the support of the probe.
  • the ideal to avoid this is a magnet of very small diameter but which poses the problems already mentioned above.
  • the invention presented here is therefore to provide a simple and effective way to overcome the problems of bidirectional sensors exposed above (limited stroke, measurement of rotations only, magnets of strong remanence and thick, large size and cost ..) .)
  • an absolute position sensor in any 2 directions (translation-translation, translation-rotation or rotation-rotation) measuring the relative displacement between a magnetized element and a magneto-sensitive probe measuring at least 2 components of the magnetism. field magnetic device substantially at the same point, and this without high or low limitation of strokes and preferably using the measurement of the direction of the magnetic field and not of its amplitude.
  • a magnetic position sensor along at least two directions comprising at least one magnetized element (1) and a probe (6) comprising at least two magneto-sensitive elements (2) and (3) located substantially at the same point and each measuring one of the components of the magnetic field generated by said magnetic element (1), the magnetic element (1) being movable relative to said magneto-sensitive elements (2) and (3), and at least one processing circuit (5) able to perform calculations of angles and modules from algebraic combinations of the magnetic field components and providing at least two independent signals representative of the position of the movable element respectively according to the one and the other of the two directions, characterized in that the magnetization vector of the magnetized element (1) is variable with respect to the vector normal to the surface of the magnetized element arranged opposite the probe (6) according to at least one of the dimensions of said magnetized element so as to define a single position of said probe (6) vis-à-vis said magnet element (1).
  • This variation of the magnetization vector can be obtained by varying its direction according to at least one of its dimensions.
  • the direction of the magnetization vector may have several periods on the measured stroke.
  • This variation of the magnetization vector can also be obtained by varying one of the dimensions of the magnetized element according to at least one of the two directions inducing a variation of the direction of the vector normal to the surface.
  • the dimension may vary according to a discontinuous function or according to a sinusoidal continuous function.
  • This variation of the magnetization vector can also be obtained by varying its amplitude in at least one of the two directions.
  • the magnetization vector has at least one alternation of directions along at least one of the two directions.
  • the signal processing circuit can achieve at least 2 tangent arc calculations or at least a tangent arc calculation and a module calculation.
  • the signal processing circuit may also perform a tangent arc calculation of the ratio of two components of the magnetic field after applying a correction coefficient between these two components.
  • the processing circuit is integrated with the magnetoresistive elements in a single component.
  • the magnetized element consists of a permanent magnet and at least one ferromagnetic piece.
  • the measured magnetic field components vary substantially sinusoidally in each of the at least two directions.
  • this sensor has a single magnetized element, preferably a permanent magnet rare earth type (SmCo, NdFeB) or ferrite, thin and of length and width substantially equivalent to the desired stroke, without further limitation of race as the size of the magnet.
  • SmCo, NdFeB permanent magnet rare earth type
  • ferrite thin and of length and width substantially equivalent to the desired stroke, without further limitation of race as the size of the magnet.
  • This sensor uses only one magneto-sensitive probe measuring the 3 components of the magnetic field at a single point, thus leads to a minimum footprint and a limited cost.
  • This sensor uses the amplitude ratios between the components of the magnetic field to overcome variations in the magnetic properties of the magnet as a function of temperature, time, and also not to be sensitive to geometric tolerances and variations in the magnetic field.
  • This sensor has no fixed ferromagnetic parts relative to magneto-sensitive elements and therefore no magnetic hysteresis while guaranteeing the simplicity of the structure. Finally the sensor provides independent position information for each of the two directions, and this with very high accuracy.
  • the operation of the sensor is defined more precisely as follows:
  • M be the point where the magnetosensitive elements are grouped together and measure the 3 components of the magnetic field and O 'the middle point of the outer surface of the magnet element (1) which faces the probe (6) where the magnetosensitive elements are integrated.
  • a point O will be used in the case where at least one of the two directions is a rotation with, in this case, O center of rotation.
  • the directions will be denoted by the sequence X and Y and correspond to the displacements respectively following Î and.
  • the 2 directions X and Y can thus be 2 translations where x and y correspond to a length, or can be a translation and a rotation where x corresponds to a length and y to an angle and finally the 2 directions can be 2 rotations where x and y both correspond to angles.
  • the thickness corresponds to the size of the magnet oriented according to the unit vector n normal to the upper surface of the magnet.
  • the length corresponds to the dimension of the magnet oriented by the vector s tangent to the upper surface of the magnet
  • the depth corresponds to the dimension of the magnet oriented by the vector also tangent to the upper surface of the magnet magnet and perpendicular to the vector i.
  • the 0, (Ii) mark used is respectively a cartesian, polar or spherical coordinate system.
  • the senor consists of a magnetized element (preferentially a permanent magnet) generating a magnetic field whose normal component (following ri) on the one hand, and the tangential components (following i). and transverse (following /) measured on its surface, vary periodically (according to mechanical reference periods named ⁇ and ⁇ y), the effective variation along the surface may correspond to one or more period (s) whole (s) or fractions of period (s).
  • the magnetized element will have a length and a depth substantially close to the useful strokes as well as a magnetization whose direction varies substantially linearly along its 2 directions X and Y and with respect to its thickness, its length AND its depth.
  • the angle between the magnetization vector M and the normal vector ⁇ is (., N) and the angle between the magnetization vector M and the magnetization vector M.
  • vector i ie (M,?) vary linearly along the X AND directions as the angle between the magnetization vector M and the normal vector n (M, n) and the angle between the magnetization vector M and the vector; vary linearly along the Y direction.
  • +/- F ", - ,. is the maximum stroke we want to measure in the Y direction, v ", v being less, equal to or greater than the width of the magnet element.
  • +/- 3 ⁇ 4nas is the maximum stroke we want to measure in the X direction, being less than, equal to or greater than the length of the magnet element.
  • ⁇ Bx (x, y, z n ) BxMAX * cos (- * x + ⁇ ) * cos (- * y) * -
  • ⁇ and ⁇ y are respectively the wavelengths for which the magnetic field rotates 360 degrees respectively X and Y and A a non-zero constant specific to each sensor which depends on the gap between the surface of the magnetized element and magnetosensitive elements as well as the geometry of the magnetized element.
  • the magnetization is normal in the center of the magnet in O ', and therefore we have ⁇
  • Atan (kx Bz / R ) atan ((kx * BzMAX * sin (- * x + 7) * cos ( ⁇ * y) * -) / (BxMAX * cos (- * x +7) * cos ( ⁇ * y)
  • Atan (kx / ⁇ ⁇ ) is therefore a linear function of variable x and its evaluation by calculation allows us to determine the value x and thus the position along the X direction of the point M with respect to the center of the magnetized element O '. M being the point where the magneto-sensitive elements are placed, we thus know the relative position of the magnetized element with respect to the magneto-sensitive elements.
  • the present invention consists of a magnetized element (preferentially a permanent magnet) generating a magnetic field whose normal component (following ⁇ ) on the one hand, and the tangential components (following ) and transverse (next), measured on its surface, varies periodically (according to mechanical reference periods named ⁇ and ⁇ ), the effective variation along the surface may correspond to one or whole period (s) (s) or fractions of period (s).
  • the magnetized element will have a magnetization in which the direction varies substantially linearly in only one of its two directions and with respect to its thickness AND its length.
  • This second embodiment requires a magnetized element of small width ( ⁇ 30 mm or equivalent in angle) so that, in the vicinity of this magnetized element, this magnetization generates a magnetic field whose components tangential (Bx), normal (Bn) and cross (by) in relation to the magnet are substantially sinusoidal over a large part of the stroke and are of the same shape as the components 1 embodiment.
  • a small magnet allows us through edge effects to obtain a magnetic field in M which varies in the Y direction without the magnetized element has a variable magnetization in this direction.
  • Bx (x, y, z n ) BxMAX * cos (- * x + ⁇ ) * cos (- * y) * - •
  • By (x, y, z,) ByMAX * sin (- * x + ⁇ ) * sin (- * y) * -
  • the magnet will exhibit a magnetization whose direction is constant and for which the magnetization vector M at any point of the magnetized element is collinear with n or ⁇ or / in other words, the magnetization is according to the thickness, the length or the width of the magnetized element.
  • the magnetized element will have a thickness that varies in a quasi-sinusoidal way along its 2 directions X and Y. This variation of quasi-sinusoidal thickness over a half-period combined with a uniform magnetization generates a magnetic field above the magnet whose components are substantially sinusoidal and are expressed similarly to the case 1 embodiment described above.
  • the magnetized element will have a magnetization whose direction of magnetization is constant and for which the magnetization vector M at any point of the magnet is collinear to n, i or /, in other words the magnetization is according to the thickness, the length or the width of the magnetized element.
  • the magnetized element will have a thickness that varies in an almost sinusoidal way along only one of its 2 X or Y directions.
  • This 4th mode of realization requires a magnet of small width ( ⁇ 30mm or equivalent in angle) so that in the vicinity of this magnetized element, this magnetization generates a magnetic field whose components tangential (Bx), normal (Bn) and transverse (By) compared the magnet are substantially sinusoidal, on a large part of the stroke and are of the same shape as the components 1 embodiment.
  • a small magnetic element allows us, thanks to the edge effects, to obtain a magnetic field in M that varies along the Y direction without the magnetic element needing its thickness to vary in the Y direction.
  • the treatment of the components is identical to the 1st embodiment to determine the x and y positions.
  • the magnetized element will have a magnetization whose direction varies in a substantially linear manner along only 1 of its 2 directions and with respect to its thickness AND its length. This means that at any point A of the magnetized element the angle between the magnetization vector M and the normal vector ⁇ is (M, n) and the angle between the magnetization vector M and the vector i is ( ⁇ ,) vary linearly along the X direction but the angle between the magnetization vector and the vector / is constant along the Y direction.
  • the magnetic element has a variation of its thickness according to one of its two directions (Y) and varies in a discontinuous function like a staircase.
  • the calculation of the angle gives us a very accurate information of the linear position along X and the module gives us a coarse position information in the Y direction since we have a stair-shaped magnet.
  • This solution can however be very useful when we have a probe with only 2 measurable components like the MLX90316 or others and allows to discretize the following positions Y.
  • the number of stairs that the following magnet Y presents typically corresponds to the number of positions that we can discretize.
  • This embodiment can be used to discriminate speeds in a gearbox application for example.
  • the magnetized element has a magnetization whose direction is constant preferentially according to its thickness, without this being exclusive.
  • the magnetization vector M at any point of the magnet is collinear with ri. .
  • the amplitude of the magnetization vector varies linearly along 1 or 2 of its 2 directions. This means that at any point A of the magnetized element, the magnetization vector M is oriented according to the thickness of the magnet but that the amplitude of this vector varies sinusoidally along 1 or 2 of the directions X and Y.
  • the present invention consists of a magnetic element shaped tile.
  • the magnetized element will have a diametrical magnetization where the direction of magnetization varies substantially linearly in its direction of rotation Y and with respect only to its thickness.
  • a diametrical magnetization means that the magnetization vectors M at each point A of the magnetized element M are collinear as shown in FIG. 19.
  • This embodiment requires a magnetized element of short length ( ⁇ 30mm or equivalent in angle) so that in the vicinity of this magnetized element, this magnetization generates a magnetic field whose tangential (Bx), normal (Bn) and transverse ( by) with respect to the magnet are substantially sinusoidal over a large part of the stroke and are of the same shape as the components 1 embodiment.
  • a little magnetized element allows us, thanks to the edge effects, to obtain a magnetic field in M that varies along the X direction without the magnet element having a variable magnetization along this direction.
  • the magnetized element has a length and a depth substantially close to the useful races and a magnetization whose direction varies discontinuously along the two directions.
  • the angle between the magnetization vector M and the normal vector r 1 is (M 1) alternates between 0 degrees and 180 degrees in the X direction or in the 2 X and Y directions as in Figure 20.
  • this magnetization In the vicinity of this magnetized element, this magnetization generates a magnetic field B + By / + Bzri) whose components tangential (Bx), normal (Bn) and transversal (By) with respect to the magnet are substantially sinusoidal, on a large part of the stroke in the X and Y directions and applying the same post-treatment of the components according to the 1st embodiment we can deduce the position of the element magnetized with respect to the magneto-sensitive elements according to the 2 directions X and Y.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c show the different geometrical shapes of the magnetized element and the associated marks.
  • FIG. 3 represents an embodiment where the sensor is composed of a parallelepiped magnetic element and a probe.
  • FIG. 4 represents the component Bx of the magnetic field obtained with a magnetization according to one of the embodiments described by this present invention.
  • FIG. 5 represents the Bz component of the magnetic field obtained with a magnetization according to one of the embodiments described by this present invention.
  • FIG. 6 represents the By component of the magnetic field obtained with a magnetization according to one of the embodiments described by this present invention.
  • FIG. 7 represents the evolution along the X axis of the By component of the magnetic field and for several positions y.
  • FIGS. 9a, 9b and 9c represent different post-processing algorithms of the components Bx, By, Bz for determining the position x and y of the mobile according to X and Y.
  • FIG. 10 shows an output signal according to an embodiment of the present invention which makes it possible to determine the position in the X direction independently of the following position Y.
  • Fig. 11 shows an output signal according to an embodiment of the present invention which makes it possible to determine the position along Y independently of the following position X
  • Fig. 12 is a top view of a rectilinear magnetized element of constant thickness and having sinusoidal magnetization along a plurality of directions according to an embodiment of the present invention.
  • - Figure 13 is a perspective view of a magnetized element tile of constant thickness and which has a sinusoidal magnetization along several directions where X is a rotation and Y a translation.
  • FIG. 14 shows a rectilinear magnet element of small width and constant thickness and continuous sinusoidal magnetization in the X direction according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows a circular magnetic element of variable thickness substantially sinusoidal in several directions and magnetized substantially according to the thickness.
  • FIG. 16 represents a rectilinear magnetized element of variable thickness in a quasi-sinusoidal manner along its direction X and magnetized substantially according to its thickness.
  • FIG. 17 shows a magnet whose thickness varies discontinuous along the Y direction and which has a sinusoidal magnetization along the X direction.
  • FIG. 18 is a view from above and from above of a magnetized element whose thickness is constant and which has a magnetization according to its thickness but whose amplitude is sinusoidal in direction X.
  • FIG. 19 is a perspective view of a magnetized tile element of constant thickness and a diametrical magnetization where the X direction is a rotation and the Y direction is a translation.
  • FIG. 20 is a sectional view in perspective of an elliptical magnet element of constant thickness which has an alternation of North-South magnetizations along the X and Y directions.
  • FIG. 21 represents a rectilinear magnetic element of small width and of constant thickness and continuous sinusoidal magnetization in the X direction and a ferromagnetic piece connected to the magnetized element which makes it possible to reduce the edge effects.
  • FIG. 1 represents a solution of the prior art that makes it possible to measure 2 angles of rotation.
  • the 3 components of the magnetic field are used to determine the 2 rotation angles.
  • the magnet used is a cylinder of constant thickness and magnetized only according to its thickness. This very specific configuration is only intended for the measurement of two angles and for very short strokes because this constant magnetization according to the thickness is not appropriate for the measurement of angle greater than about thirty degrees.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c are perspective, front and side views of magnetized elements (1) and probes (6) used in our embodiments for determining the position (x, y) of the magnetic element (1) with respect to the probe (6) respectively according to a rotation and a translation (Fig 2a), 2 translations (Fig 2b) and 2 rotations (Fig 2c). Whatever the embodiment of the invention, the probe 6 moves relative to the magnetized element 1 while remaining in a moving surface and without being rotated about the axis normal to this surface of displacement.
  • the distance separating the displacement surface of the probe from the upper surface of the element magnet 1 is constant.
  • the displacement surface of the probe 6 is constituted by a cylinder portion coaxial with the cylindrical upper surface of the magnetized element 1 in the embodiments of FIGS. 2a, 13, and 19, by a portion of plane parallel to the planar upper surface of the magnetized element 1 in the embodiments of FIGS. 2b, 3 to 6, 10 to 12, 14, 18, and 20 to 21, and by a concentric sphere portion at the surface spherical upper part of the magnetized element 1 in the embodiment of FIG. 2c.
  • O is the center of rotation in the case where a direction is a rotation
  • O ' is the middle of the outer surface of the magnetized element
  • 0 * 0 is zero in the case where the two directions are translations but
  • O'O .R exS n in other cases where ext is the outer radius of the magnet element.
  • M is the point where the magneto-sensitive elements are grouped in the probe (6) and A is the projection of M according to the normal vector n on the outer surface of the magnet element (1).
  • 0 (i, j, n) is the reference used to define the position of the different points O ', A and M.
  • the reference is respectively a cylindrical, cartesian and spherical coordinate system where ri is the normal vector at a point of a surface and i,] the vectors tangential to this surface at this same point.
  • the vector ⁇ M is therefore collinear with the vector ⁇ in A and its norm corresponds to the air gap zO of measurement which is a constant of the sensor.
  • the current The invention therefore aims to determine the torque (x, y) to thereby determine the position of the magnetized element (1) relative to the magneto-sensitive elements (2) and (3) of the probe (6) following the 2 vector-oriented directions
  • FIG. 3 represents a view from above of an embodiment where the sensor is composed of a parallelepiped magnetized element (1) of length Lx and of width L1, of center 0 (0,0,0), and a probe (6) capable of measuring in M (x, y, z0) the 3 components of the magnetic field (Bx, By, Bz) generated by the magnetized element (1) to derive the position (x, y) along the X and Y directions of the element (1) with respect to the probe (6).
  • the stroke of the magnetized element (1) according to X is (2xmax) and according to Y is (2ymax) with 2xmax and 2ymax substantially equal to respectively Lx and Ly.
  • FIG. 4 represents the magnetized element (1), the probe (6) and the component (Bx) of the magnetic field at any point M (x, y, z0) and at a measurement gap zO given, obtained with a magnetization of the magnetized element (1) according to one of the embodiments described by this invention.
  • FIG. 6 represents, in the same configuration as the two previous figures, the component (Bz) of the magnetic field at any point (x, y) and has a measurement gap zO which can be written as:
  • FIG. 7 represents the evolution, in the direction X - in mm - of the By-Gauss component of the magnetic field generated by the magnetized element (1) according to one embodiment of the present invention and a given air gap zO, and this for 8 positions along Y different.
  • xmax 10
  • ymax 4
  • Bymax 400
  • A z0.
  • FIG. 8 describes the treatment of the field B generated by the magnetized element (1) and measured by the probe (6) which, starting from at least 2 of these magneto-sensitive elements (2) and (3) ) which are at the same point, make it possible to measure the 3 components of the magnetic field.
  • the processing circuit (5) allows from algebraic combinations between the components and angle and module calculations to determine the position X and Y of the magnetic element relative to the probe.
  • the processing circuit (5) can be integrated in the probe (6) or can be done externally via a microcontroller or an ECU.
  • FIGS. 9a, 9b, 9c represent different post-processing algorithms of the components Bx, By, Bz for determining the position of the magnetized element with respect to the probe (6) along X and Y, depending on the type of magnetized element and chosen magnetization.
  • Figure 9a shows how to use the 3 components of the magnetic field by calculating Atan (KIBx / Bz) and Atan (K2By / Bz) to determine the position x and y.
  • Figure 9b shows how to use only 2 components of the magnetic field by computing Atan (KIBx / Bz) and the module (root (Bx A 2 + Bz A 2)) to determine the position x and y.
  • Figure 9c shows how to use the 3 components of the magnetic field by calculating Atan (root ((KlBz) A 2+ (K2By) A 2) / Bx) and Atan (root ((KlBz) A 2+ (K2Bx) A 2) / By) to determine the position x and y.
  • FIG. 10 represents an output signal according to an embodiment of the present invention which makes it possible to determine the following position X independently of the position following Y from the components Bx and Bz of the magnetic field as represented in FIG. 4 and 5 and using the treatment defined in 9a.
  • the output signal is obtained by calculating the arctangent of (Kx * Bx / Bz), which gives a linear output signal along X and independent of Y, whatever the measurement gap zO, which makes it possible to determine the position of the magnet element (1) with respect to the probe (6) in its X direction.
  • FIG. 11 represents an output signal which makes it possible to determine the following position Y independently of the following position X.
  • the output signal is obtained by calculating the arctangent of (Ky * By / Bz) which gives a linear output signal along Y and independent of X and regardless of the measurement gap zO, which makes it possible to determine the position of the magnet element (1) with respect to the probe (2) according to its second direction Y.
  • FIG. 12 represents a rectilinear magnetized element (1) of constant thickness and magnetization, represented by the vector M, the direction of which varies linearly in several directions in planes defined by combination of the X and Y displacement directions. and a normal to these directions, ie Z.
  • a solid arrow in the magnetized element (1) represents a direction of magnetization along the axes s, j or i of the reference defined in Figure 2b
  • a pointed circle represents an outgoing direction of magnetization
  • a crossed circle represents an incoming direction of magnetization.
  • the field lines thus defined inside the magnetized element (1) are non-collinear, which constitutes one of the basic principles of said invention and makes it possible to generate magnetic field components.
  • FIG. 13 is a perspective view of a tile magnet (1) of constant thickness and magnetization, represented by the vector M, the direction of which varies linearly along several directions in planes defined by combination of the directions. of displacement X and Y and a normal to these directions, ie Z.
  • X is a direction of rotation and Y is a direction of translation.
  • FIG. 14 represents an embodiment applied to a rectilinear magnetized element (1) of constant thickness.
  • the magnetized element (1) has a magnetization, represented by the vector M, the direction of which varies linearly along the length of the magnetized element in a plane defined by the direction of displacement X and a normal at this point. Z direction.
  • the field lines inside the magnetized element are non-collinear, which constitutes one of the basic principles of said invention and which makes it possible to generate magnetic field components such that those of Figures 4, 5 or 6 in the case where the width of the magnet element Ly would be low.
  • FIG. 15 represents a circular magnet (1) of variable thickness in a quasi-sinusoidal manner along its radii and magnetized substantially according to the thickness (direction z).
  • This embodiment whatever the size of the magnet, makes it possible to generate magnetic field components such as:
  • FIG. 16 represents a magnetized element (1) having a magnetization whose direction is substantially oriented according to its thickness but whose thickness varies almost sinusoidally. According to this embodiment, if the width Ly of the magnetized element (1) is small, the measured components of the magnetic field are such that
  • FIG. 17 represents a magnet (1) whose thickness varies in a discontinuous manner along Y and which has a sinusoidal magnetization along X.
  • the components of the magnet magnetic field become continuous and we can calculate the Arctangent of KxBx / Bz and the module of (Bx + Bz) to deduce the position of the magnetized element (1) with respect to the probe (6) according to its 2 directions X and Y.
  • FIG. 18 is a view from above and from above of a magnetized element (1) whose thickness is constant and which has a magnetization according to its thickness but whose amplitude is sinusoidal along direction X.
  • This case Figure is well suited to the use of anisotropic magnet with respect to the magnet element (1).
  • Anisotropy according to the thickness makes it possible to have magnets having a higher residual induction. Since in this case we have no magnetization variation in the Y direction, this case works in the case where the anisotropic magnet is not wide by taking advantage of edge effects.
  • Figure 19 is a perspective view of a magnet element (1) of constant thickness tile and diametrical magnetization where the X direction is a rotation and the Y direction is a translation.
  • This diametrical magnetization corresponds well to a direction of magnetization variable with respect to the thickness and in this case in the direction X. Since in this case we have no magnetization variation in the direction Y, this case figure works in the case where the magnetic element (1) is not wide playing on the effects of edges. It is also possible, for this case, to use an anisotropic magnet diametrically.
  • FIG. 20 represents a sectional view in perspective of an elliptical magnet element (1) of constant thickness which exhibits a magnetization along Z and discontinuous with an alternation of magnetization of North and South along the axis.
  • X and Y This magnetization generates at a certain distance from the magnetized element (1) components Bx, By, Bz of the magnetic field as described in Figures 4, 5 and 6.
  • FIG. 21 represents an embodiment of the magnetization applied to a rectilinear magnetized element (1) of constant thickness.
  • the magnetized element (1) has a magnetization, represented by the vector M, whose direction varies linearly along the length of the magnet in a plane defined by the direction of displacement X and a normal to this direction Z.
  • a ferromagnetic piece (7) is added to increase the field generated by the magnetized element (1) and to reduce the effects of edges in the X direction.
  • the invention relates to a magnetic position sensor for determining the two-dimensional position of a moving probe 6 with respect to a magnetized element 1, including in the case where the displacement of the probe has a large amplitude according to the first at least of the two directions of displacement.
  • the invention may use one or more principles selected from a set of three principles.
  • the first principle which can be applied to the determination of the position of the probe according to the first dimension or each of the two dimensions of the bidirectional displacement, consists in providing the magnetized element with a magnetization producing at least one magnetic field. approximately sinusoidal next, respectively, this first dimension or each of the two dimensions.
  • the second principle which can only be applied to the determination of the position of the probe along the second dimension of the bidirectional displacement and only in the case where the amplitude of the displacement according to this second dimension is limited, consists in estimating the position of the probe along this dimension using the measurement of an approximately sinusoidal magnetic field produced by the magnetized element by an edge effect.
  • the third principle which can be applied to the determination of the position of the probe along the first dimension or each of the two dimensions of the bidirectional displacement, consists in estimating the position of the probe according to this first dimension or each of them. using the measurement of a magnetic field of variable intensity produced by the magnetized element having a constant magnetization direction according to the first dimension or each of the two dimensions of the bidirectional displacement.
  • This third principle can itself be implemented in two different ways.
  • the first modality for example described with reference to FIGS. 15 to 17, consists of giving the upper surface of the magnetized element a sinusoidal or pseudo-sinusoidal shape according to the first dimension of the displacement, or each of them, of so that the distance between the probe 6 and the upper surface of the magnetized element 1 varies according to the position of the next probe, respectively, the first dimension or each of them.
  • the second embodiment is to provide the magnetized element of a magnetization which varies in intensity along one of the two dimensions of displacement.

Landscapes

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

Abstract

L'invention concerne un capteur magnétique de position suivant au moins deux directions comportant au moins un élément aimanté (1) et une sonde (6) comportant au moins deux éléments magnéto-sensibles et localisés sensiblement au même point et mesurant chacun une des composantes du champ magnétique généré par le dit élément aimanté (1), l'élément aimanté (1) étant mobile relativement aux dits éléments magnéto-sensibles, et au moins un circuit de traitement apte à effectuer des calculs d'angles et de modules à partir de combinaisons algébriques des composantes du champ magnétique et fournissant au moins deux signaux indépendants représentatifs de la position de l'élément mobile selon respectivement l'une et l'autre des deux directions. Selon l'invention, le vecteur aimantation de l'élément aimanté (1) est variable par rapport au vecteur normal à la surface de l'élément aimanté disposée en regard de la sonde (6) selon au moins une des dimensions dudit élément aimanté de sorte à définir une position unique de ladite sonde (6) vis-à-vis dudit élément aimanté (1).

Description

Capteur de position magnétique bidirectionnel à rotation de champ
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne le domaine des capteurs de position magnétiques sans contact dont le but est de fournir simultanément deux signaux de sortie indépendants représentatifs d'une position suivant 2 directions (translation et translation, translation et rotation, rotation et rotation).
Les capteurs qui détectent la position à partir d'un champ magnétique ont de nombreux avantages :
- pas de contact mécanique avec la partie mobile, et donc pas d'usure,
- insensibilité à la saleté,
- coût de production réduit,
- longue durée de vie.
[0002] La plupart des capteurs magnétiques de position sans contact sont suivant une seule direction (une rotation OU une translation) mais on voit apparaître de plus en plus d'applications où un capteur selon deux directions (capteur bidirectionnel) est nécessaire comme par exemple pour détecter la position d'organes de transmission ou généralement une rotation et une translation sont combinées. Dans de telles applications il est plus particulièrement important d'avoir une information de position selon une direction qui n'est pas dépendante de la position selon l'autre direction (signaux de sortie indépendants).
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0003] La majorité des capteurs bidirectionnels déjà existants utilise des aimants permanents associés à un circuit magnétique, plus ou moins complexe, fait de matériau ferromagnétique utilisé pour guider et/ou concentrer le flux magnétique généré par le ou les aimants permanents mais cela au détriment du coût et des performances du capteur.
[0004] Ainsi, on connaît dans l'état de la technique, le brevet F 2786266 de la demanderesse, relatif à un capteur de position selon deux directions, mais dans lequel l'encombrement et la surface de l'aimant utilisé limitent l'utilisation pratique de ce capteur pour les grandes courses. Ce capteur présente également un hystérésis important dû aux stators ferromagnétiques et la mesure dépend de la variation de l'induction rémanente qui doit donc être compensée.
[0005] Par ailleurs, Le brevet européen EP800055 décrit un capteur de positions linéaire et angulaire. Ce capteur délivre des signaux analogiques difficilement exploitables car non linéaires, de faible niveau. De tels capteurs ont besoin de plusieurs points de mesure disjoints pour mesurer la position relative suivant deux directions. De plus ils nécessitent des pièces statoriques qui apportent de l'hystérésis et les éléments sensibles mesurent l'amplitude du champ et sont donc sensibles aux tolérances géométriques et à la température. [0006] Les brevets US4639667 ou W09716736 décrivent des capteurs fonctionnant selon des principes ne permettant pas de délivrer des signaux linéaires et indépendants, représentatifs de la position dans deux dimensions. [0007] Il existe également des capteurs bidirectionnels qui ne sont que la mise bout à bout de deux capteurs unidirectionnels indépendants, comme par exemple le brevet WO 2008138662 et le brevet US6175233 décrivant 2 capteurs linéaires qui mesurent chacun une seule direction. Pour chaque capteur il y a un aimant et un élément de détection du champ magnétique, ce qui a pour conséquence de conduire à un encombrement important et un coût de réalisation élevé. De plus, ces capteurs mesurent l'amplitude du champ et sont donc eux aussi sensibles aux tolérances géométriques et à la température.
[0008] On connaît également dans l'état de la technique les brevets US 7421923 et US 7293480 qui sont des capteurs de détection des vitesses enclenchées par un levier de vitesse. De tels brevets présentent une solution pour détecter des positions selon 2 directions mais ils utilisent un aimant et au moins autant de capteurs de Hall positionnés dans l'espace qu'il n'y a de vitesse à détecter. Il est donc nécessaire de mettre en œuvre un réseau de capteurs pour discriminer des positions uniques et obtenir une détection digitale des vitesses. La multiplication des capteurs fait que cette solution est coûteuse à mettre en œuvre et n'offre pas de moyens de connaître les positions intermédiaires.
[0009] Pour remédier aux problèmes liés à la détection de position par mesure d'amplitude décrit ci- dessus, il existe des capteurs de position qui mesurent la rotation du champ magnétique, autrement dit sa direction, et non plus son amplitude. Cependant, cela s'applique principalement à des capteurs unidirectionnels et non bidirectionnels.
[0010] On connaît par exemple dans l'état de la technique des capteurs tels que décrits dans les brevets F 2898189 et FR 2909170 de la demanderesse qui utilisent la direction du champ et non l'amplitude pour détecter une position relative entre un aimant et une sonde magnétosensible. Cette mesure de direction permet d'être insensible à la température et aux jeux mécaniques et ne met pas en œuvre de pièce ferromagnétique et ne présente donc pas d'hystérésis magnétique. Cependant, de tels capteurs ne mesurent qu'une seule direction de champ magnétique via le calcul d'un seul rapport d'amplitude à partir de 2 composantes du champ magnétique, et ne peuvent donc connaître la position relative d'un aimant mobile par rapport a une sonde magnétosensible que suivant une direction et non deux. De même, les brevets et demandes de brevet US6731108, US6960974 et WO2004015375 permettent uniquement la mesure du déplacement linéaire d'un aimant par rapport à un ou plusieurs éléments magnétosensibles en utilisant la direction de champ. Cependant, pour une réalisation pratique des courses supérieures à 20-25 mm, ces capteurs nécessitent plusieurs sondes placées sur les différentes parties de la course, ce qui augmente le coût du capteur et nécessite un positionnement précis des sondes.
[0011] On connaît cependant dans l'état de la technique des solutions permettant une mesure de position bidirectionnelle et utilisant la mesure de la rotation et non de l'amplitude du champ magnétique, mais dans le cas d'applications très spécifiques aux leviers de commande (joysticks). Ainsi, les demandes de brevet US 20070242043 ou US 20090062064 décrivent des capteurs pour joystick qui comprennent un simple aimant aimanté uni-directionnellement, selon son épaisseur et une sonde qui mesure uniquement 2 composantes du champ et donc une seule direction de champ (angle formé par les 2 composantes). Ce principe ne permet pas de délivrer des signaux linéaires indépendants suivant 2 directions. Les systèmes de type joystick sont de plus limités uniquement à des rotations et ne peuvent pas mesurer des translations. Par ailleurs, l'angle qui peut être détecté par un tel système joystick est limité à une trentaine de degrés. Au-delà, l'aimant se retrouve très éloigné de la sonde qui ne voit plus assez de champ magnétique pour en déduire une position. De fait, pour une réalisation pratique pour des courses supérieures à 40 degrés, ces capteurs nécessitent plusieurs sondes placées sur les différentes parties de la course, ce qui augmente le coût du capteur.
[0012] On trouve également dans l'état de l'art une note d'application de Melexis pour une mesure de 2 angles de rotation (http://www.melexis.com/Sensor ICs Hall effect/Triaxis Hall ICs/MLX90333 648.aspx) où 2 configurations de Joystick sont présentées. La première est une solution où le centre de rotation de l'aimant bipolaire est confondu avec le point de mesure ce qui nécessite un système mécanique complexe et encombrant, non facilement intégrable dans une application. La seconde configuration présente une solution où le centre de rotation de l'aimant se trouve derrière l'aimant (l'aimant est entre son centre de rotation et les éléments sensibles). Dans ce cas, les 3 composantes du champ magnétique sont utilisées pour déterminer 2 angles de rotation. L'aimant utilisé est un cylindre de très faible diamètre avec une aimantation constante en amplitude et en direction suivant son épaisseur. C'est-à- dire que l'aimantation de l'aimant en tout point de cet aimant a le même module et est perpendiculaire à la face supérieure et inférieure de l'aimant. Cette configuration très spécifique est uniquement destinée à la mesure de deux angles et pour de très faible course (une trentaine de degrés). En effet, pour pouvoir détecter la rotation de l'aimant avec l'algorithme utilisé, il faut que le diamètre de l'aimant soit petit (théoriquement un aimant ponctuel avec une aimantation radiale), ce qui signifie que dès que nous avons une petite rotation de l'aimant, l'aimant s'éloigne des éléments magnéto-sensibles et l'induction magnétique devient trop faible au niveau des éléments magnéto-sensibles de la sonde pour avoir une détection précise de la rotation de l'aimant. C'est pourquoi ce genre de système nécessite un aimant à très forte rémanence (typiquement Br>1.2T) et très épais (épaisseur >10mm), qui coûte donc cher et est difficile à aimanter, avec qui plus est une épaisseur axiale importante (typiquement >10mm) qui engendre un problème d'encombrement. De plus, avec ces solutions, l'entrefer mécanique entre la surface de l'aimant plane et le point de mesure varie en fonction des rotations de l'aimant ce qui implique une détérioration de la linéarité et un entrefer plus grand que nécessaire pour éviter la collision des bords de l'aimant avec le support de la sonde. L'idéal pour éviter cela est un aimant de très faible diamètre mais qui pose les problèmes déjà évoqués ci-dessus.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0013] L'invention ici présentée se propose donc notamment de remédier de manière simple et performante aux problèmes des capteurs bidirectionnels exposés ci-dessus (course limitée, mesure de rotations seulement, aimants de forte rémanence et épais, encombrement et coût importants...)
[0014] En particulier, nous proposons un capteur de position absolu suivant 2 directions quelconques (translation-translation, translation-rotation ou rotation-rotation) mesurant le déplacement relatif entre un élément aimanté et une sonde magnéto-sensible mesurant au moins 2 composantes du champ magnétique sensiblement au même point, et ce sans limitation haute ou basse de courses et utilisant préférentiellement la mesure de la direction du champ magnétique et non de son amplitude.
[0015] Plus précisément, nous proposons un capteur magnétique de position suivant au moins deux directions comportant au moins un élément aimanté (1) et une sonde (6) comportant au moins deux éléments magnéto-sensibles (2) et (3) localisés sensiblement au même point et mesurant chacun une des composantes du champ magnétique généré par le dit élément aimanté (1), l'élément aimanté (1) étant mobile relativement aux dits éléments magnéto-sensibles (2) et (3), et au moins un circuit de traitement (5) apte à effectuer des calculs d'angles et de modules à partir de combinaisons algébriques des composantes du champ magnétique et fournissant au moins deux signaux indépendants représentatifs de la position de l'élément mobile selon respectivement l'une et l'autre des deux directions, caractérisé en ce que le vecteur aimantation de l'élément aimanté (1) est variable par rapport au vecteur normal à la surface de l'élément aimanté disposée en regard de la sonde (6) selon au moins une des dimensions dudit élément aimanté de sorte à définir une position unique de ladite sonde (6) vis-à-vis dudit élément aimanté (1).
[0016] Cette variation du vecteur aimantation peut être obtenue par la variation de sa direction selon au moins une de ses dimensions. Dans ce cas, la direction du vecteur aimantation peut présenter plusieurs périodes sur la course mesurée.
[0017] Cette variation du vecteur aimantation peut aussi être obtenue par la variation d'une des dimensions de l'élément aimanté selon au moins une des deux directions induisant une variation de la direction du vecteur normal à la surface. Dans ce cas, la dimension peut varier selon une fonction discontinue ou suivant une fonction continue de type sinusoïdale.
[0018] Cette variation du vecteur aimantation peut aussi être obtenue par la variation de son amplitude selon au moins une des deux directions.
[0019] Dans tous ces cas, le vecteur d'aimantation présente au moins une alternance de sens suivant au moins une des deux directions.
[0020] Dans tous ces cas, le circuit de traitement du signal peut réaliser au moins 2 calculs d'arc tangente ou au moins un calcul d'arc tangente et un calcul de module.
[0021] Dans tous ces cas, le circuit de traitement du signal peut aussi réaliser un calcul d'arc tangente du rapport de deux composantes du champ magnétique après avoir appliqué un coefficient correcteur entre ces deux composantes.
[0022] Dans une variante de l'invention, le circuit du traitement est intégré avec les éléments magnéto- sensibles dans un seul composant.
[0023] Dans une variante de l'invention, l'élément aimanté est constitué d'un aimant permanent et d'au moins une pièce ferromagnétique.
[0024] Enfin, de façon préférentielle, les composantes du champ magnétique mesurées varient de façon sensiblement sinusoïdale suivant chacune des au moins deux directions. [0025] De façon générale, ce capteur présente un seul élément aimanté, préférentiellement un aimant permanent de type terre rare (SmCo, NdFeB) ou ferrite, de faible épaisseur et de longueur et largeur sensiblement équivalentes à la course désirée, sans autre limitation de course que la taille de l'aimant. Le fait que ce capteur n'utilise qu'une seule sonde magnéto-sensible mesurant les 3 composantes du champ magnétique en un seul point, permet ainsi de conduire à un encombrement minimal et un coût limité. Ce capteur utilise les rapports d'amplitudes entre les composantes du champ magnétique pour s'affranchir des variations des propriétés magnétiques de l'aimant en fonction de la température, du temps, et également pour ne pas être sensible aux tolérances géométriques et aux variations d'entrefer, ce qui permet de proposer une solution extrêmement robuste. Ce capteur ne présente pas de pièces ferromagnétiques fixes par rapport aux éléments magnéto-sensibles et donc aucun hystérésis magnétique tout en garantissant la simplicité de la structure. Enfin le capteur fournit une information de position indépendante pour chacune des 2 directions, et ceci avec une très grande précision.
[0026] Le fonctionnement du capteur est défini plus précisément comme suit :
Soit M le point où les éléments magnétosensibles sont regroupés et mesurent les 3 composantes du champ magnétique et O' le point milieu de la surface extérieure de l'élément aimante (1) qui est en vis- à-vis de la sonde (6) où sont intégrés les éléments magnétosensibles. Un point O sera utilisé dans le cas où au moins une des deux directions est une rotation avec, dans ce cas, O centre de rotation. Nous pouvons ainsi écrire la relation vectorielle suivante :
QM= OO' + G' A + Â.M Le vecteur OO' est constant et dépend uniquement de la géométrie de l'aimant, la norme de ce vecteur correspond au rayon extérieur de l'aimant dans le cas d'un aimant tuile ou sphérique et est nulle dans le cas d'un aimant parallélépipédique.
Le vecteur .4M est constant et est orienté suivant l'épaisseur de l'aimant soir AM=ZQ ή , ¾ est communément appelé entrefer ou airgap entre l'élément aimanté et le point M qui regroupe les éléments magnétosensibles.
On définit ainsi QÂ= x^+ j comme étant le vecteur qui représente la position de l'élément aimanté par rapport aux éléments magnétosensibles suivant les 2 directions de l'élément mobile qui sont orientées suivant î et /. Par soucis de simplicité, les directions seront dénotées par la suite X et Y et correspondent aux déplacements respectivement suivant Î et . Les 2 directions X et Y peuvent ainsi être 2 translations où x et y correspondent à une longueur, ou peuvent être une translation et une rotation où x correspond alors à une longueur et y à un angle et enfin les 2 directions peuvent être 2 rotations où x et y correspondent tous deux à des angles.
Pour déterminer la position de l'élément aimanté par rapport aux éléments magnétosensibles suivant les 2 directions X et Y de l'élément mobile, il faut donc déterminer les coordonnées x et y. [0027] D'une manière générale, que cela soit pour un aimant rectiligne, cylindrique ou sphérique, dans ce qui suit, l'épaisseur correspond à la dimension de l'aimant orientée selon le vecteur unitaire n normale à la surface supérieure de l'aimant, la longueur correspond à la dimension de l'aimant orientée par le vecteur s tangent à la surface supérieure de l'aimant et la profondeur correspond à la dimension de l'aimant orientée par le vecteur également tangent à la surface supérieure de l'aimant et perpendiculaire au vecteur i. Dans le cas d'un aimant rectiligne, cylindrique ou sphérique, le repère 0,( îi) utilisé est respectivement un repère cartésien, polaire ou sphérique.
[0028] Selon un premier mode de réalisation, le capteur est constitué d'un élément aimanté (préférentiellement un aimant permanent) engendrant un champ magnétique dont la composante normale (suivant ri) d'une part, et les composantes tangentielle (suivant i ) et transversale (suivant /) d'autre part, mesurées à sa surface, varient périodiquement (selon des périodes mécaniques de référence nommées λχ et \y), la variation effective le long de la surface pouvant correspondre à une ou des période(s) entière(s) ou des fractions de période(s).
Selon une configuration préférée, l'élément aimanté présentera une longueur et une profondeur sensiblement voisines des courses utiles ainsi qu'une aimantation dont la direction varie de manière sensiblement linéaire suivant ses 2 directions X et Y et par rapport à son épaisseur, sa longueur ET sa profondeur.
Cela signifie qu'en tout point A de la surface extérieure de l'élément aimanté, l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur normal ή soit ( ., n ) et l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur i soit (M, ? ) varient linéairement suivant la directions X ET que l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur normal n (M,n ) et l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur ; varient linéairement suivant la direction Y.
Au voisinage de cet élément aimanté, cette aimantation engendre un champ magnétique S (g=Bxi +Byj? + Bzn) dont les composantes tangentielle (Bx), normale (Bn) et transversale (By), sont sensiblement sinusoïdales, sur une grande partie de la course suivant les directions X et Y.
Nous considérons donc un aimant de longueur Lx, de largeur Ly et d'épaisseur Lz, et M(x,y,¾) un point de mesure des composantes Bx, By, Bz du champ magnétique engendré par Γ élément aimanté.
+/- F„, -,. est la course maximale que nous voulons mesurer suivant la direction Y, v„,„v étant inférieure, égale ou supérieure a la largeur de l'élément aimanté.
+/- ¾nas est la course maximale que nous voulons mesurer suivant la direction X, étant inférieure, égale ou supérieure a la longueur de l'élément aimanté.
Nous voulons connaître la position suivant X et Y soit x et y. zD correspond à l'entrefer de mesure entre l'élément mobile et l'élément fixe. Les composantes By et Bz du champ magnétique ont la même phase suivant X, alors que la composante Bx est déphasée d'un quart de période. Dans ce 1er mode de réalisation, l'aimantation engendre un champ magnétique tel que nous pouvons écrire comme suit les composantes du champ magnétique en M(x,y, ¾): · Bx(x,y,zn)= BxMAX *cos(— *x +φ) * cos(— *y) *—
ϋ ** ¾
• By(x,y,¾)= ByMAX *sin(-^*x +φ) * sini^y) *—
• Bz(x,y,z„)= BzMAX *sin(^*x +φ) * cos(— *y) *—
Où λχ et \y sont respectivement les longueurs d'onde pour laquelle le champ magnétique tourne de 360 degrés suivant respectivement X et Y et A une constante non nulle propre à chaque capteur qui dépend de l'entrefer entre la surface de l'élément aimanté et les éléments magnétosensibles ainsi que de la géométrie de l'élément aimanté.
Pour ce 1er mode de réalisation préféré, l'aimantation est normale au centre de l'aimant en O', et donc nous avons φ L'aimantation peut, par exemple, tourner de 360 degrés suivant X et Y. Cela signifie que l'aimantation tourne de 360 degrés sur la longueur de l'élément aimanté et de 360 degrés sur la largeur de l'élément aimanté, ce qui dans ce cas nous donne \x=Lx et \y =Ly. Nous avons alors en tout point M(x,y, ¾)au dessus de l'élément aimanté :
• Bx(x,y,zn)= BxMAX *cos(— *x +-) * cos(— *y) *—
L- - - =€·
• By(x,y,z.,)= ByMAX *sin(— *x +-) * sin(— *y) *—
3 w tir Λ
• Bz(x,y,¾)= BzMAX *sin(— *x +-) * cos(— *y) *— Bien entendu, selon le champ magnétique engendré par l'élément aimanté, la longueur d'onde \y peut être beaucoup plus grande que la largeur de l'élément aimanté Ly comme pour les figures 4, 5 et 6 où \y est plus grand que la largeur Ly ce qui signifie que le champ magnétique tourne de moins de 360 degrés sur la largeur de l'élément aimanté. Si l'on mesure les composantes Bx, By et Bz du champ magnétique en un point M quelconque de l'espace qui entoure l'élément aimanté, il est possible de connaître la position suivant les directions X et Y, en appliquant les formules ci-dessous pour en déduire x et y. Cette mesure des 3 composantes magnétiques peut être réalisée par exemple par 3 éléments magnéto-sensibles localisés en un même point et intégrés dans un même package appelé sonde (6) en utilisant des composants de type MLX90333 ou HAL3625...
A partir de ces 3 composantes nous pouvons faire le calcul suivant (figure 9): atan(kx δζ/Βχ) atan(ky S¾y) avec : Bx, By, Bz composantes du champ magnétique mesurées au point M de coordonnées x,y, zO et kx, ky coefficients de gain correcteurs affectés à la mesure des composantes de champ pour normaliser les composantes. Ce calcul peut être réalisé a l'intérieur d'un composant unique qui comprend les éléments magnéto-sensibles ou alors peut être réalisé par un élément extérieur à la sonde (microcontrôleur, micro-processeur, ECU...).
En appliquant ces formules on obtient : atan(kx Bz/R. ) = atan((kx*BzMAX*sin(— *x +7) * cos(^*y) *— )/( BxMAX *cos(— *x +7) * cos(^*y)
=atan((kx* BzMAX*sin(T^*x +7))/ ((BxMAX *cos(≥*x +7))) = atan(kx*— * tan(— *x +-)
2 S
=— *x +- avec kx=-—
Atan(kx /βχ) est donc une fonction linéaire de variable x et son évaluation par calcul nous permet de déterminer la valeur x et donc la position suivant la direction X du point M par rapport au centre de l'élément aimanté O'. M étant le point où les éléments magnéto-sensibles sont placés, nous connaissons ainsi la position relative de l'élément aimanté par rapport aux éléments magnéto-sensibles. La position relative suivant X est donc indépendante de la température et de l'entrefer et peut être déterminée avec une précision importante (typiquement moins de 1% de la pleine course). Pour que cette sortie soit égale à 0 quand x=0 cela peut se faire via une programmation de la sonde (6) car la pente et l'ordonnée à l'origine dépendent de l'aimant et de son aimantation uniquement et sont donc programmables.
Nous pouvons calculer de même arctan(ky Bz/By) atan(ky Sz/Sy) = ^*y + avec ky = ^ Ceci qui conduit à la position relative suivant la direction Y de l'élément aimanté par rapport aux éléments magnétosensibles comme expliqué précédemment pour la position suivant X. Par conséquent une telle aimantation et un tel traitement des signaux comme décrit dans ce 1er mode de réalisation nous permettent de déterminer la position relative suivant 2 directions X et Y de l'élément aimanté par rapport aux éléments magnéto-sensibles à partir des 3 composantes du champ magnétiques mesurées en un même point M.
Nous pouvons également avec une même aimantation utiliser le post traitement suivant
Figure imgf000011_0001
[0029] Selon un deuxième mode de réalisation, La présente invention est constituée d'un élément aimanté (préférentiellement un aimant permanent) engendrant un champ magnétique dont la composante normale (suivant ή) d'une part, et les composantes tangentielle (suivant s ) et transversale (suivant ) d'autre part, mesurées à sa surface, varie périodiquement (selon des périodes mécanique de référence nommée λχ et λν), la variation effective le long de la surface pouvant correspondre à une ou des période(s) entière(s) ou des fractions de période(s).
Selon ce deuxième mode de réalisation, l'élément aimanté présentera une aimantation où la direction varie de manière sensiblement linéaire suivant uniquement 1 de ses 2 directions et par rapport à son épaisseur ET sa longueur.
Cela signifie qu'en tout point A de l'élément aimanté l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur normal n soit , ) et l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur s soit (M,î) varient linéairement suivant la direction X, mais que l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur / est constant suivant la direction Y.
Ce 2eme mode de réalisation nécessite un élément aimanté de faible largeur (<30mm ou équivalent en angle ) pour, qu'au voisinage de cet élément aimanté, cette aimantation engendre un champ magnétique dont les composantes tangentielle (Bx), normale (Bn) et transversale (By) par rapport à l'aimant soient sensiblement sinusoïdales sur une grande partie de la course et soient de même forme que les composantes du 1er mode de réalisation. Un aimant peu large nous permet grâce aux effets de bords d'obtenir un champ magnétique en M qui varie suivant la direction Y sans pour autant que l'élément aimanté ait une aimantation variable suivant cette direction.
Pour ce 2eme mode de réalisation préféré, l'aimantation peut être normale, tangentielle ou autres au centre de l'aimant en O', et donc dans ce cas nous avons φ =[0 ;2rc], l'aimantation peut tourner de 360 degrés suivant la direction X mais tournera de moins de 180 degrés suivant la direction Y ce qui nous donne par exemple \x=Lx et λν =2Ly.
Nous avons alors en tout point M(x,y/¾) au dessus de l'élément aimanté :
Bx(x,y,zn)= BxMAX *cos(— *x +φ) * cos(— *y) *— • By(x,y,z.,)= ByMAX *sin(— *x +φ) * sin(— *y) *—
• Bz(x,y,z0)= BzMAX *sin(— *x +φ) * cos(— *y) *—■
De la même manière que pour le 1er mode préféré, nous pouvons calculer atan(kx et atan(ky
Figure imgf000012_0001
" /r. ) et ainsi obtenir : Atan=; *x +φ, la sortie de cette fonction variera de 2 -τ sur la course de longueur Lx
Atan=— *y +φ, la sortie de cette fonction variera d'uniquement de ττ sur la course de longueur Ly
Nous pouvons également dans ce mode de réalisation, calculer l'arctangente pour déterminer la position suivant X et, connaissant cette position, nous pouvons utiliser uniquement la valeur de la composante By pour en déduire la position suivant Y. Ce post traitement a cependant le désavantage d'utiliser directement une composante ce qui signifie que cette solution sera sensible a la variation d'entrefer zO et à la température mais convient très bien lorsqu'il n'y a que quelques positions discrètes à déterminer comme pour une application de boite de vitesse où seule la connaissance des 6 ou 7 vitesses sur un intervalle donné est nécessaire et où les positions intermédiaires n'ont pas besoin d'être connues.
[0030] Selon un troisième mode de réalisation préféré, l'aimant présentera une aimantation dont la direction est constante et pour laquelle le vecteur d'aimantation M en n'importe quel point de l'élément aimanté est colinéaire à n ou ï ou / , autrement dit l'aimantation est suivant l'épaisseur, la longueur ou la largeur de l'élément aimanté. Par contre, l'élément aimanté présentera une épaisseur qui varie de manière quasi sinusoïdale suivant ses 2 directions X et Y. Cette variation d'épaisseur quasi sinusoïdale sur une demi-période combinée avec une aimantation uniforme engendre un champ magnétique au dessus de l'aimant dont les composantes sont sensiblement sinusoïdales et s'expriment de manière similaire au cas du 1er mode de réalisation décrit ci-dessus. Selon ce 3eme mode de réalisation préféré, le champ magnétique engendré par cet élément aimanté ne tournera que d'environ 180 degrés suivant les directions X et Y ce qui nous donne par exemple \x=2Lx et \y =2Ly. Le traitement des composantes sera identique au 1er mode de réalisation pour déterminer x et y.
[0031] Selon un quatrième mode de réalisation, l'élément aimanté présentera une aimantation dont la direction d'aimantation est constante et pour laquelle le vecteur d'aimantation M en n'importe quel point de l'aimant est colinéaire à n , i ou / , autrement dit l'aimantation est suivant l'épaisseur, la longueur ou la largeur de l'élément aimanté. Par contre, l'élément aimanté présentera une épaisseur qui varie de manière quasi sinusoïdale suivant un seul de ses 2 directions X ou Y. Ce 4ème mode de réalisation nécessite un aimant de faible largeur (<30mm ou équivalent en angle) pour qu'au voisinage de cet élément aimanté, cette aimantation engendre un champ magnétique dont les composantes tangentielle (Bx), normale (Bn) et transversale (By) par rapport à l'aimant, soient sensiblement sinusoïdales, sur une grande partie de la course et soient de la même forme que les composantes du 1er mode de réalisation. Un élément aimanté peu large nous permet grâce aux effets de bords d'obtenir un champ magnétique en M qui varie suivant la direction Y sans pour autant que l'élément aimanté ait besoin que son épaisseur varie suivant la direction Y.
De la même manière que pour le 3eme mode de réalisation préféré, le champ magnétique engendré par cet élément aimante ne tourne que d'environ 180 degrés suivant les directions X et Y ce qui nous donne par exemple \x=2Lx et \y =2Ly. Le traitement des composantes est identique au 1er mode de réalisation pour déterminer les positions x et y.
[0032] Selon un cinquième mode de réalisation, l'élément aimanté présentera une aimantation dont la direction varie de manière sensiblement linéaire suivant uniquement 1 de ses 2 directions et par rapport a son épaisseur ET sa longueur. Cela signifie qu'en tout point A de l'élément aimanté l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur normal ή soit (M,n ) et l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur i soit (Μ, ) varient linéairement suivant la direction X mais que l'angle entre le vecteur de Magnétisation et le vecteur / est constant suivant la direction Y.
De plus, et contrairement au 2eme mode de réalisation, l'élément aimanté présente une variation de son épaisseur suivant un seul de ses 2 directions (Y) et varie suivant une fonction discontinue en forme d'escalier.
Dans ce cas nous pouvons utiliser uniquement les composantes Bx Et Bz du champ magnétique et faire le post-traitement suivant :
Figure imgf000013_0001
Le calcul de l'angle nous donne une information très précise de la position linéaire suivant X et le module nous donne une information de position grossière suivant la direction Y étant donné que nous avons un aimant en forme d'escalier. Cette solution peut cependant être très utile quand nous avons une sonde avec uniquement 2 composantes mesurables comme la MLX90316 ou autres et permet de discrétiser des positions suivants Y. Le nombre d'escalier que présente l'aimant suivant Y correspond typiquement au nombre de positions que nous pouvons discrétiser. Ce mode de réalisation peut être utilisé pour discriminer des vitesses dans une application boite de vitesse par exemple.
[0033] Selon un sixième mode de réalisation, l'élément aimanté présente une aimantation dont la direction est constante préférentiellement suivant son épaisseur, sans que cela soit exclusif. Ceci signifie que le vecteur d'aimantation M en n'importe quel point de l'aimant est colinéaire à ri. . Par contre, l'amplitude du vecteur d'aimantation varie linéairement suivant 1 ou 2 de ses 2 directions. Cela signifie qu'en tout point A de l'élément aimanté, le vecteur de magnétisation M est orienté suivant l'épaisseur de l'aimant mais que l'amplitude de ce vecteur varie sinusoïdalement suivant 1 ou 2 des directions X et Y.
Nous aurons donc :
M = A(x,y3« (wec A{x,y) = A^sm (x) -§- Â2sm (y) + constante, Al et A2 étant des constantes qui dépendent de l'élément aimanté.
[0034] Selon un septième mode de réalisation qui s'applique aux cas où au moins 1 direction est une rotation (on le notera Y), la présente invention est constituée d'un élément aimanté en forme de tuile. Selon ce mode de réalisation, l'élément aimanté présentera une aimantation diamétrale où la direction d'aimantation varie de manière sensiblement linéaire suivant sa direction de rotation Y et par rapport uniquement à son épaisseur.
Cela signifie qu'en tout point A de l'élément aimanté l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur normal ή soit (M, H) varie linéairement suivant la direction de rotation Y et que l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur t soit ( ) est constant suivant la direction X, X étant une direction de translation. De plus, une aimantation diamétrale signifie que les vecteurs de magnétisation M en chaque point A de l'élément aimanté M sont colinéaires comme le montre la figure 19.
Ce mode de réalisation nécessite un élément aimanté de faible longueur (<30mm ou équivalent en angle) pour qu'au voisinage de cet élément aimanté, cette aimantation engendre un champ magnétique dont les composantes tangentielle (Bx), normale (Bn) et transversale (By) par rapport à l'aimant, soient sensiblement sinusoïdales sur une grande partie de la course et soient de même forme que les composantes du 1er mode de réalisation. Un élément aimanté peu long nous permet grâce aux effets de bords d'obtenir un champ magnétique en M qui varie suivant la direction X sans pour autant que l'élément aimante ait une aimantation variable suivant cette direction.
Selon ce mode de réalisation préféré, l'aimantation peut être normale, tangentielle ou autres au centre de l'aimant en O', et donc dans ce cas nous avons φ =[0 ;2π], l'aimantation tournant environ autant que l'angle de la tuile d'aimant. C'est-à-dire que si nous avons une tuile de 90 degrés, les composantes du champ magnétique engendrées par cette tuile tournent d'environ 90 degrés.
[0035] Selon un huitième mode de réalisation, l'élément aimanté présente une longueur et une profondeur sensiblement voisines des courses utiles ainsi qu'une aimantation dont la direction varie de manière discontinue suivant les 2 directions.
En tout point A de l'élément aimanté, l'angle entre le vecteur de magnétisation M et le vecteur normal ri soit (M, ) alterne entre 0 degré et 180 degrés suivant la direction X ou suivant les 2 directions X et Y comme sur la figure 20.
Au voisinage de cet élément aimanté, cette aimantation engendre un champ magnétique B
Figure imgf000014_0001
+By/ + Bzri) dont les composantes tangentielle (Bx), normale (Bn) et transversale (By) par rapport à l'aimant, sont sensiblement sinusoïdales, sur une grande partie de la course suivant les directions X et Y, et en appliquant le même post-traitement des composantes que selon le 1er mode de réalisation nous pouvons en déduire la position de l'élément aimanté par rapport aux éléments magnéto-sensibles suivant les 2 directions X et Y.
Bien entendu ces modes de réalisation sont non-exhaustifs et d'autres configurations d'aimantation ou géométrie d'aimant sont possibles.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0036] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit en faisant référence aux figures suivantes :
- la figure 1 représente une solution de l'art antérieur.
- les figures 2a, 2b, et 2C montrent les différentes formes géométriques de l'élément aimanté et les repères associés.
- la figure 3 représente un mode de réalisation où le capteur est composé d'un élément aimanté parallélépipédique et d'une sonde.
- la figure 4 représente la composante Bx du champ magnétique obtenue avec une aimantation selon un des modes de réalisation décrit par cette présente invention.
- la figure 5 représente la composante Bz du champ magnétique obtenue avec une aimantation selon un des modes de réalisation décrit par cette présente invention.
- la figure 6 représente la composante By du champ magnétique obtenue avec une aimantation selon un des modes de réalisation décrit par cette présente invention.
- la figure 7 représente l'évolution suivant l'axe X de la composante By du champ magnétique et ce pour plusieurs positions y.
- La figure 8 représente le traitement du champ magnétique pour en déduire les 2 positions suivant les 2 directions.
- les figures 9a, 9b, 9c, représentent différents algorithmes de post traitement des composantes Bx, By, Bz pour déterminer la position x et y du mobile suivant X et Y.
- La figure 10 représente un signal de sortie selon un mode de réalisation de la présente invention qui permet de déterminer la position suivant la direction X indépendamment de la position suivant Y.
La figure 11 représente un signal de sortie selon un mode de réalisation de la présente invention qui permet de déterminer la position suivant Y indépendamment de la position suivant X
la figure 12 est une vue de dessus d'un élément aimanté rectiligne d'épaisseur constante et qui présente une aimantation sinusoïdale suivant plusieurs directions selon un mode de réalisation de la présente invention. - la figure 13 est une vue en perspective d'un élément aimanté tuile d'épaisseur constante et qui présente une aimantation sinusoïdale suivant plusieurs directions où X est une rotation et Y une translation.
- La figure 14 représente un élément aimanté rectiligne de faible largeur et d'épaisseur constante et une aimantation sinusoïdale continue suivant la direction X selon un mode de réalisation de la présente invention.
- la figure 15 représente un élément aimanté circulaire d'épaisseur variable de manière quasi sinusoïdale suivant plusieurs directions et aimanté sensiblement suivant l'épaisseur.
- La figure 16 représente un élément aimanté rectiligne à épaisseur variable de manière quasi sinusoïdale suivant sa direction X et aimanté sensiblement suivant son épaisseur.
- la figure 17 représente un aimant dont l'épaisseur varie discontinuent suivant la direction Y et qui présente une aimantation sinusoïdale suivant la direction X.
- la figure 18 est une vue de coté et de dessus d'un élément aimanté dont l'épaisseur est constante et qui présente une aimantation suivant son épaisseur mais dont l'amplitude est sinusoïdale suivant la direction X.
- La figure 19 est une vue en perspective d'un élément aimanté tuile d'épaisseur constante et une aimantation diamétrale où la direction X est une rotation et la direction Y est une translation.
- la figure 20 est une vue en coupe et en perspective d'un élément aimanté elliptique d'épaisseur constante qui présente une alternance d'aimantations Nord - Sud suivant les directions X et Y.
- La figure 21 représente un élément aimanté rectiligne de faible largeur et d'épaisseur constante et une aimantation sinusoïdale continue suivant la direction X et une pièce ferromagnétique liée à l'élément aimanté qui permet de diminuer les effets de bord.
DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION
[0037] La figure 1 représente une solution de l'art antérieur qui permet de mesurer 2 angles de rotation. Dans ce cas, les 3 composantes du champ magnétique sont utilisées pour déterminer les 2 angles de rotation. L'aimant utilisé est un cylindre d'épaisseur constante et aimanté suivant uniquement son épaisseur. Cette configuration très spécifique est uniquement destinée à la mesure de deux angles et pour de très faibles courses car cette aimantation constante suivant l'épaisseur n'est pas appropriée pour la mesure d'angle supérieur à une trentaine de degrés. [0038] Les figures 2a, 2b, 2c sont des vues en perspective, de face et de coté d'éléments aimantés (1) et de sondes (6) utilisés dans nos modes de réalisation pour déterminer la position (x,y) de l'élément aimanté (1) par rapport à la sonde (6) respectivement suivant une rotation et une translation (Fig 2a), 2 translations (Fig 2b) et 2 rotations (Fig 2c). [0039] Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, la sonde 6 se déplace par rapport à l'élément aimanté 1 en restant dans une surface de déplacement et sans subir de rotation autour de l'axe normal à cette surface de déplacement.
[0040] De plus, dans les modes de réalisation des figures 2a, 2b, 2c, 3 à 6, 10 à 14, et 18 à 21, la distance séparant la surface de déplacement de la sonde de la surface supérieure de l'élément aimanté 1 est constante.
[0041] En conséquence, la surface de déplacement de la sonde 6 est constituée par une portion de cylindre coaxiale à la surface supérieure cylindrique de l'élément aimanté 1 dans les modes de réalisation des figures 2a, 13, et 19, par une portion de plan parallèle à la surface supérieure plane de l'élément aimanté 1 dans les modes de réalisation des figures 2b, 3 à 6, 10 à 12, 14, 18, et 20 à 21, et par une portion de sphère concentrique à la surface supérieure sphérique de l'élément aimanté 1 dans le mode de réalisation de la figure 2c.
[0042] En revanche, dans les modes de réalisation des figures 15 et 16, dans lesquels la sonde 6 se déplace dans une surface de déplacement constituée par un plan parallèle à un plan médian de l'élément aimanté 1, la distance entre la sonde 6 et la surface supérieure non plane de l'élément aimanté 1 évolue, à une constante positive près, comme une fonction sinusoïdale de la position relative de la sonde 6 et de l'élément aimanté 1 suivant chacune des directions X et Y pour le mode de réalisation de la figure 15, et suivant la direction X pour le mode de réalisation de la figure 16.
[0043] De même, dans le mode de réalisation de la figure 17, dans lequel la sonde se déplace dans une surface de déplacement constituée par un plan parallèle à un plan fixe de l'élément aimanté 1, la distance entre la sonde 6 et la surface supérieure non plane de l'élément aimanté 1 évolue, à une constante positive près, comme une fonction pseudo-sinusoïdale de la position relative de la sonde 6 et de l'élément aimanté 1 suivant la direction Y.
O est le centre de rotation dans le cas où une direction est une rotation, O' est le milieu de la surface extérieure de l'élément aimanté, 0*0 est nul dans le cas où les 2 directions sont des translations mais
O'O = .RexSn dans les autres cas avec ext étant le rayon extérieur de l'élément aimanté. M est le point où sont regroupés les éléments magnéto-sensibles dans la sonde (6) et A est la projection de M suivant le vecteur normal n sur la surface extérieure de l'élément aimanté (1). 0(i, j, n) est le repère utilisé pour définir la position des différents points O', A et M. Dans les cas des figures 2a, 2b et 2c le repère est respectivement un repère cylindrique, cartésien et sphérique ou ri est le vecteur normal en un point d'une surface et i, ] les vecteurs tangentiels à cette surface en ce même point. Le vecteur ÂM est donc colinéaire au vecteur ή en A et sa norme correspond à l'entrefer zO de mesure qui est une constante du capteur. Les figures 2a, 2b et 2c nous indiquent que OM = Rixtn+ xï+ yj+ z$n. La présente invention a donc pour but de déterminer le couple (x,y) pour ainsi déterminer la position de l'élément aimanté (1) par rapport aux éléments magnéto-sensible (2) et (3) de la sonde (6) suivant les 2 directions orientées par les vecteurs
Sur ces figures 2a, 2b, 2c, on définit pour chaque configuration, les dimensions de l'élément aimanté (1) relativement aux repères i, j, n. Pour le cas de la figure 2a, il s'agit respectivement de la longueur rectiligne, la longueur angulaire et l'épaisseur. Pour le cas de la figure 2b, il s'agit respectivement de la longueur, la largeur et l'épaisseur. Pour le cas de la figure 2c, il s'agit respectivement de la première longueur angulaire, la deuxième longueur angulaire et l'épaisseur.
[0044] La figure 3 représente une vue de dessus d'un mode de réalisation où le capteur est composé d'un élément aimanté (1) parallélépipédique de longueur Lx et de largeur Ly, de centre 0(0,0,0), et d'une sonde (6) capable de mesurer en M(x,y,z0) les 3 composantes du champ magnétique (Bx,By,Bz) générées par l'élément aimanté (1) pour en déduire la position (x,y) suivant les directions X et Y de l'élément (1) par rapport a la sonde (6). La course de l'élément aimanté (1) selon X est de (2xmax) et selon Y est de (2ymax) avec 2xmax et 2ymax sensiblement égaux à respectivement Lx et Ly.
[0045] La figure 4 représente l'élément aimanté (1), la sonde (6) et la composante (Bx) du champ magnétique en tout point M(x,y,z0) et à un entrefer de mesure zO donné, obtenue avec une aimantation de l'élément aimanté (1) selon un des modes de réalisation décrit par cette présente invention. Dans ce cas, l'élément aimanté (1) engendre un champ magnétique dont la composante Bx varie sinusoïdalement suivant ses 2 directions X et Y de manière telle que Bx(x,y,¾)= BxMAX *cos(— *x ) * cos(-*y) *-.
Lj? -se
[0046] La figure 5 représente, selon la même configuration que la figure précédente, la composante (Bz) du champ magnétique en tout point (x,y) et à un entrefer de mesure zO et qui peut s'écrire : Bz(x,y,¾)= BzMAX *sin(— *x) * cos(— *y) *— .
[0047] La figure 6 représente, selon la même configuration que les deux figures précédentes, la composante (Bz) du champ magnétique en tout point (x,y) et a un entrefer de mesure zO et qui peut s'écrire :
Figure imgf000018_0001
[0048] La figure 7 représente l'évolution, suivant la direction X -en mm- de la composante By -en Gauss- du champ magnétique engendrée par l'élément aimanté (1) suivant un mode de réalisation de la présente invention et à un entrefer zO donné, et ce pour 8 positions suivant Y différentes. Dans ce cas xmax=10, ymax=4, Bymax=400, phi=0, λ4=20 et λ2=4 et A=z0.
[0049] La figure 8 décrit le traitement du champ B généré par l'élément aimanté (1) et mesuré par la sonde (6) qui, à partir d'au moins 2 de ces éléments magnéto-sensibles (2) et (3) qui se trouvent au même point, permettent de mesurer les 3 composantes du champ magnétique. Une fois ces 3 composantes obtenues, le circuit de traitement (5) permet à partir de combinaisons algébriques entre les composantes et de calculs d'angle et de module de déterminer la position suivant X et Y de l'élément aimanté par rapport à la sonde. Le circuit de traitement (5) peut être intégré dans la sonde (6) ou alors se faire a l'extérieur via un microcontrôleur ou une ECU.
[0050] Les figures 9a, 9b, 9c représentent différents algorithmes de post traitement des composantes Bx, By, Bz pour déterminer la position de l'élément aimanté par rapport à la sonde (6) suivant X et Y, selon le type d'élément aimanté et d'aimantation choisis. La figure 9a montre comment utiliser les 3 composantes du champ magnétique en calculant Atan (KIBx/Bz) et Atan (K2By/Bz) pour déterminer la position x et y. La figure 9b montre comment utiliser seulement 2 composantes du champ magnétique en calculant Atan (KIBx/Bz) et le module (racine(BxA2+BzA2)) pour déterminer la position x et y. La figure 9c montre comment utiliser les 3 composantes du champ magnétique en calculant Atan(racine((KlBz)A2+(K2By)A2)/Bx)et Atan(racine((KlBz)A2+(K2Bx)A2)/By) pour déterminer la position x et y.
[0051] La figure 10 représente un signal de sortie selon un mode de réalisation de la présente invention qui permet de déterminer la position suivant X indépendamment de la position suivant Y à partir des composantes Bx et Bz du champ magnétique telles que représentées aux figures 4 et 5 et utilisant le traitement défini en 9a. Le signal de sortie est obtenu en calculant l'arctangente de (Kx*Bx/Bz) ce qui donne un signal de sortie linéaire suivant X et indépendant de Y et ce quel que soit l'entrefer de mesure zO ce qui permet de déterminer la position de l'élément aimante (1) par rapport a la sonde (6) suivant sa direction X.
[0052] Selon le même principe, la figure 11 représente un signal de sortie qui permet de déterminer la position suivant Y indépendamment de la position suivant X. Le signal se sortie est obtenu en calculant l'arctangente de (Ky*By/Bz) ce qui donne un signal de sortie linéaire suivant Y et indépendant de X et ce quel que soit l'entrefer de mesure zO ce qui permet de déterminer la position de l'élément aimante (1) par rapport a la sonde (2) suivant sa deuxième direction Y.
[0053] La figure 12 représente un élément aimanté (1) rectiligne d'épaisseur constante et d'aimantation, représentée par le vecteur M , dont la direction varie linéairement suivant plusieurs directions dans des plans définis par combinaison des directions de déplacement X et Y et une normale à ces directions, c'est a dire Z. Sur cette figure et l'ensemble des figures suivantes, une flèche pleine dans l'élément aimanté (1) représente une direction d'aimantation suivant les axes s, j ou îi du repère défini en figure 2b, un cercle pointé représente une direction d'aimantation sortante, et un cercle croisé représente une direction d'aimantation entrante. Comme on peut le constater, les lignes de champ ainsi définies à l'intérieur de l'élément aimanté (1) sont non colinéaires, ce qui constitue un des principes de base de ladite invention et qui permet d'engendrer des composantes du champ magnétiques telles que celles des figures 4 ou 5 ou 6 mais avec phi=pi/2 et quelles que soient les dimensions de l'élément aimanté. [0054] La figure 13 est une vue en perspective d'un aimant tuile (1) d'épaisseur constante et d'aimantation, représentée par le vecteur M , dont la direction varie linéairement suivant plusieurs directions dans des plans définis par combinaison des directions de déplacement X et Y et une normale à ces directions, c'est a dire Z. Comme on peut le constater, les lignes de champ à l'intérieur de l'aimant sont non colinéaires, ce qui constitue un des principes de base de ladite invention et qui permet d'engendrer des composantes du champ magnétiques telles que celles des figures 4 ou 5 ou 6 mais avec phi=pi/2 et quelles que soient les dimensions de l'élément aimanté. Dans ce cas de figure X est une direction de rotation et Y une direction de translation.
[0055] La figure 14 représente un mode de réalisation appliqué à un élément aimanté (1) rectiligne d'épaisseur constante. Selon ce mode particulier, l'élément aimanté (1) a une aimantation, représentée par le vecteur M , dont la direction varie linéairement suivant la longueur de l'élément aimanté dans un plan défini par la direction de déplacement X et une normale à cette direction Z. Comme on peut le constater, les lignes de champ à l'intérieur de l'élément aimanté sont non colinéaires, ce qui constitue un des principes de base de ladite invention et qui permet d'engendrer des composantes du champ magnétiques telles que celles des figures 4, 5 ou 6 dans le cas ou la largeur de l'élément aimanté Ly serait faible.
[0056] La figure 15 représente un aimant circulaire (1) d'épaisseur variable de manière quasi sinusoïdale suivant ses rayons et aimanté sensiblement suivant l'épaisseur (direction z). Ce mode de réalisation, permet, quelles que soient les dimensions de l'aimant, d'engendrer des composantes de champ magnétiques telles que :
- Bx(x,y,z0)= BxMAX * cos(2pi/\p*x +phi) * cos(2pi/\x*y) *A/z0,
- By(x,y,z0)=ByMAX *sin(2pi/ λρ *x +phi)* sin(2pi/\*y)*A/z0,
- Bz(x,y,z0)= BzMAX *sin(2pi/\p *x+ phi)* cos(2pi/\*y)*A/z0.
où phi=pi/2 et \u=xmax et \e=ymax. Le calcul d'arctangente de KxBx/Bz ou KyBy/Bz réalisé par (5) donne un signal linéaire et donne une information de la position de l'aimant par rapport à la sonde suivant les 2 axes X et Y.
[0057] La figure 16 représente un élément aimanté (1) ayant une aimantation dont la direction est sensiblement orientée suivant son épaisseur mais dont l'épaisseur varie quasi sinusoïdalement. Selon ce mode de réalisation, si la largeur Ly de l'élément aimanté (1) est faible, les composantes mesurées du champ magnétiques sont telles que
- Bx(x,y,z0)= BxMAX * cos(2pi/\p*x +phi) * cos(2pi/\x*y) *A/z0,
- By(x,y,z0)= ByMAX *sin(2pi/ λρ *x +phi)* sin(2pi/\*y)*A/z0,
- Bz(x,y,z0)= BzMAX *sin(2pi/\p *x+ phi)* cos(2pi/\*y)*A/z0. où phi=pi/2 et \h=xmax et \e=ymax. Le calcul d'arctangente de KxBx/Bz ou KyBy/Bz réalisé par (5) donne un signal linéaire et donne une information de la position de l'aimant (1) par rapport à la sonde (6) suivant les 2 axes X et Y.
[0058] La figure 17 représente un aimant (1) dont l'épaisseur varie de manière discontinue suivant Y et qui présente une aimantation sinusoïdale suivant X. A un grand entrefer entre l'élément aimanté et la sonde (6), les composantes du champ magnétique redeviennent continues et nous pouvons calculer l'Arctangente de KxBx/Bz et le module de (Bx + Bz) pour en déduire la position l'élément aimanté (1) par rapport à la sonde (6) suivant ses 2 directions X et Y.
[0059] La figure 18 est une vue de coté et de dessus d'un élément aimanté (1) dont l'épaisseur est constante et qui présente une aimantation suivant son épaisseur mais dont l'amplitude est sinusoïdale suivant la direction X. Ce cas de figure est bien adapté à l'utilisation d'aimant anisotrope pour ce qui est de l'élément aimanté (1). Une anisotropie suivant l'épaisseur permet d'avoir des aimants présentant une plus forte induction rémanente. Etant donné que dans ce cas nous n'avons pas de variation d'aimantation suivant la direction Y, ce cas de figure fonctionne dans le cas ou l'aimant anisotrope est peu large en profitant des effets de bords.
[0060] La figure 19 est une vue en perspective d'un élément aimanté (1) tuile d'épaisseur constante et une aimantation diamétrale où la direction X est une rotation et la direction Y est une translation. Cette aimantation diamétrale correspond bien à une direction d'aimantation variable par rapport à l'épaisseur et dans ce cas suivant la direction X. Etant donné que dans ce cas nous n'avons pas de variation d'aimantation suivant la direction Y, ce cas de figure fonctionne dans le cas où l'élément aimanté (1) est peu large en jouant sur les effets de bords. On peut également, pour ce cas de figure, utiliser un aimant anisotrope diamétralement.
[0061] La figure 20 représente une vue en coupe et en perspective d'un élément aimanté (1) elliptique d'épaisseur constante qui présente une aimantation suivant Z et discontinue avec une alternance d'aimantation de Nord et de Sud suivant l'axe X et Y. Cette aimantation engendre à une certaine distance de l'élément aimanté (1) des composantes Bx, By, Bz du champ magnétique telles que décrites dans les figures 4, 5 et 6.
[0062] La figure 21 représente un mode de réalisation de l'aimantation appliquée à un élément aimanté (1) rectiligne d'épaisseur constante. Selon ce mode particulier, l'élément aimanté (1) a une aimantation, représentée par le vecteur M , dont la direction varie linéairement suivant la longueur de l'aimant dans un plan défini par la direction de déplacement X et une normale à cette direction Z. En plus de l'élément aimanté, une pièce ferromagnétique (7) est ajoutée pour augmenter le champ généré par l'élément aimanté (1) et pour diminuer les effets de bords suivant la direction X.
[0063] Comme l'aura compris l'homme du métier à la lecture de la présente description, l'invention concerne un capteur magnétique de position permettant de déterminer la position bidimensionnelle d'une sonde 6 mobile par rapport à un élément aimanté 1, y compris dans le cas où le déplacement de la sonde présente une amplitude importante suivant la première au moins des deux directions de déplacement. [0064] Pour ce faire, l'invention peut utiliser un ou plusieurs principes choisis dans un ensemble de trois principes.
[0065] Le premier principe, qui peut être appliqué à la détermination de la position de la sonde suivant la première dimension ou chacune des deux dimensions du déplacement bidirectionnel, consiste à doter l'élément aimanté d'une aimantation produisant un champ magnétique au moins approximativement sinusoïdal suivant, respectivement, cette première dimension ou chacune des deux dimensions.
[0066] Le deuxième principe, qui peut seulement être appliqué à la détermination de la position de la sonde suivant la deuxième dimension du déplacement bidirectionnel et seulement dans le cas où l'amplitude du déplacement selon cette deuxième dimension est limitée, consiste à estimer la position de la sonde suivant cette dimension en utilisant la mesure d'un champ magnétique approximativement sinusoïdal produit par l'élément aimanté grâce à un effet de bord.
[0067] Le troisième principe, qui peut être appliqué à la détermination de la position de la sonde suivant la première dimension ou chacune des deux dimensions du déplacement bidirectionnel, consiste à estimer la position de la sonde suivant cette première dimension ou chacune d'elles en utilisant la mesure d'un champ magnétique d'intensité variable produit par l'élément aimanté ayant une direction d'aimantation constante selon la première dimension ou chacune des deux dimensions du déplacement bidirectionnel.
[0068] Ce troisième principe peut lui-même être mis en œuvre selon deux modalités différentes.
[0069] La première modalité, par exemple décrite en référence aux figures 15 à 17, consiste à donner à la surface supérieure de l'élément aimanté une forme sinusoïdale ou pseudo-sinusoïdale suivant la première dimension du déplacement ou chacune d'elles, de manière que la distance entre la sonde 6 et la surface supérieure de l'élément aimanté 1 varie en fonction de la position de la sonde suivant, respectivement, la première dimension ou chacune d'elles.
[0070] La deuxième modalité, par exemple décrite en référence à la figure 18, consiste à doter l'élément aimanté d'une aimantation qui varie en intensité suivant l'une des deux dimensions du déplacement.

Claims

Revendications
Capteur magnétique de position suivant au moins deux directions comportant au moins un élément aimanté (1) et une sonde (6) comportant au moins deux éléments magnéto- sensibles (2) et (3) localisés sensiblement au même point et mesurant chacun une des composantes du champ magnétique généré par le dit élément aimanté (1), l'élément aimanté (1) étant mobile relativement aux dits éléments magnéto-sensibles (2) et (3), et au moins un circuit de traitement (5) apte à effectuer des calculs d'angles et de modules à partir de combinaisons algébriques des composantes du champ magnétique et fournissant au moins deux signaux indépendants représentatifs de la position de l'élément mobile selon respectivement l'une et l'autre des deux directions,
caractérisé en ce que le vecteur aimantation de l'élément aimanté (1) est variable par rapport au vecteur normal à la surface de l'élément aimanté disposée en regard de la sonde (6) selon au moins une première des dimensions dudit élément aimanté de sorte à définir une position unique de ladite sonde (6) vis-à-vis dudit élément aimanté (1) suivant ladite première dimension.
Capteur magnétique de position selon la revendication 1 caractérisé en ce que la direction du vecteur aimantation de l'élément aimanté est variable selon au moins une des dimensions de l'élément aimanté.
Capteur magnétique position selon la revendication 2 caractérisé en ce que la direction du vecteur aimantation présente plusieurs périodes sur la course mesurée.
Capteur magnétique de position selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que une des dimensions de l'élément aimanté est variable selon au moins une des deux directions induisant une variation de la direction du vecteur normal.
Capteur magnétique de position selon la revendication 4 caractérisé en ce que la dimension varie selon une fonction discontinue.
Capteur magnétique de position selon la revendication 4 caractérisé en ce que la dimension de l'élément aimanté varie sensiblement suivant une fonction sinusoïdale.
Capteur magnétique de position selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'amplitude du vecteur aimantation de l'élément aimanté est variable selon au moins une des deux directions.
8. Capteur magnétique de position selon la revendication 1 caractérisé en ce que la direction du vecteur aimantation est constante et son amplitude varie de façon sinusoïdale suivant au moins une des deux directions.
9. Capteur magnétique de position selon la revendication 1 caractérisé en ce que le vecteur aimantation de l'élément aimanté présente au moins une alternance de sens suivant au moins une des deux directions.
10. Capteur magnétique de position selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit circuit de traitement du signal réalise au moins 2 calculs d'arc tangente.
11. Capteur magnétique de position selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit circuit de traitement du signal réalise au moins un calcul d'arc tangente et un calcul de module. 12. Capteur magnétique de position selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que le calcul de la position suivant au moins une direction est réalisé par un calcul d'arc tangente du rapport de deux composantes du champ magnétique après avoir appliqué un coefficient correcteur entre ces deux composantes.
13. Capteur magnétique de position selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que le circuit du traitement est intégré avec les éléments magnéto- sensibles dans un seul composant.
14. Capteur magnétique de position selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément aimanté est constitué d'un aimant permanent et d'au moins une pièce ferromagnétique. 15. Capteur magnétique de position selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que les composantes du champ magnétique mesurées varient de façon sensiblement sinusoïdale suivant chacune des au moins deux directions.
PCT/FR2010/052320 2009-11-06 2010-10-28 Capteur de position magnetique bidirectionnel a rotation de champ WO2011055064A2 (fr)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES10788363.9T ES2600865T3 (es) 2009-11-06 2010-10-28 Sensor de posición magnético bidireccional con rotación de campo
EP10788363.9A EP2496914B1 (fr) 2009-11-06 2010-10-28 Capteur de position magnetique bidirectionnel à rotation de champ
US13/508,162 US8970210B2 (en) 2009-11-06 2010-10-28 Bidirectional magnetic position sensor having field rotation
KR1020127014455A KR101410196B1 (ko) 2009-11-06 2010-10-28 자기장 회전을 갖는 바이디렉셔널 마그네틱 위치 센서
JP2012535908A JP5538552B2 (ja) 2009-11-06 2010-10-28 磁場回転を有する２方向磁気位置センサ
CN201080060916.6A CN102725612B (zh) 2009-11-06 2010-10-28 场旋转双向磁位置传感器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0905356 2009-11-06
FR0905356A FR2952430B1 (fr) 2009-11-06 2009-11-06 Capteur de position magnetique bidirectionnel a rotation de champ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011055064A2 true WO2011055064A2 (fr) 2011-05-12
WO2011055064A3 WO2011055064A3 (fr) 2011-12-08

Family

ID=42370899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2010/052320 WO2011055064A2 (fr) 2009-11-06 2010-10-28 Capteur de position magnetique bidirectionnel a rotation de champ

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8970210B2 (fr)
EP (1) EP2496914B1 (fr)
JP (1) JP5538552B2 (fr)
KR (1) KR101410196B1 (fr)
CN (1) CN102725612B (fr)
ES (1) ES2600865T3 (fr)
FR (1) FR2952430B1 (fr)
WO (1) WO2011055064A2 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITPR20120066A1 (it) * 2012-10-17 2014-04-18 Henesis S R L Sistema di misura della posizione relativa tra due parti strutturali separate.

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2964190B1 (fr) 2010-08-24 2013-02-08 Moving Magnet Tech Dispositif de detection magnetique de position absolue multitour
US8717010B2 (en) * 2011-08-19 2014-05-06 Infineon Technologies Ag Magnetic position sensors, systems and methods
EP2981311B1 (fr) 2013-04-05 2018-06-13 Novo Nordisk A/S Dispositif d'administration de médicament avec indicateur de déplacement magnétique
CN106524887B (zh) * 2015-09-14 2019-04-19 上海汽车集团股份有限公司 霍尔传感器测量位移的方法及装置
US9835472B2 (en) * 2015-09-25 2017-12-05 Infineon Technologies Ag Using cartesian coordinates for position detection with a magnetic sensor
EP3760021B1 (fr) * 2018-03-28 2021-09-29 Nanjing Chervon Industry Co., Ltd. Tondeuse à gazon à conducteur porté
US20220244323A9 (en) * 2018-06-01 2022-08-04 Lexmark International, Inc. Magnetic Sensor Array Device Optimizations and Hybrid Magnetic Camera
FR3082615B1 (fr) 2018-06-15 2020-10-16 Electricfil Automotive Methode de determination d'une position angulaire relative entre deux pieces
US10914611B2 (en) 2018-08-27 2021-02-09 Nxp B.V. Magnetic field sensor system and method for rotation angle measurement
FR3087256B1 (fr) 2018-10-15 2020-10-30 Electricfil Automotive Methode et systeme capteur de determination d'une position angulaire relative entre deux pieces, et procede de fabrication d'un corps magnetique
EP3875915B1 (fr) 2020-03-06 2023-07-19 Melexis Technologies SA Dispositif, système et procédé de détermination de la position d'un aimant
FR3120434B3 (fr) * 2021-03-08 2023-10-13 Moving Magnet Tech Capteur à aimant et pôles ferromagnétiques
DE102021109859B4 (de) * 2021-04-19 2024-01-18 Infineon Technologies Ag Sensor-Systeme, Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Magnetsystems, eine Bedieneinheit und ein Computerprogramm
DE102022002884B4 (de) 2022-08-09 2024-04-11 Tdk-Micronas Gmbh Welle für eine Getriebegangschaltung und Messsystem zur Positionsbestimmung einer Welle
FR3146349A1 (fr) 2023-03-02 2024-09-06 Codechamp Procede d’optimisation d’un capteur de position angulaire magnetique

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4639667A (en) 1983-05-23 1987-01-27 Andresen Herman J Contactless controllers sensing displacement along two orthogonal directions by the overlap of a magnet and saturable cores
WO1997016736A2 (fr) 1995-10-20 1997-05-09 Cts Corporation Capteur de position lineaire a deux axes
EP0800055A1 (fr) 1996-04-03 1997-10-08 Sagem Sa Capteur de positions linéaire et angulaire
FR2786266A1 (fr) 1998-11-20 2000-05-26 Moving Magnet Tech Capteur de position a sonde de hall
US6175233B1 (en) 1996-10-18 2001-01-16 Cts Corporation Two axis position sensor using sloped magnets to generate a variable magnetic field and hall effect sensors to detect the variable magnetic field
WO2004015375A1 (fr) 2002-07-24 2004-02-19 Honeywell International Inc. Capteur de position lineaire magnetoresistif
US6731108B2 (en) 2001-03-23 2004-05-04 Sentron Ag Device with a magnetic position encoder
US6960974B2 (en) 2002-11-14 2005-11-01 Honeywell International Inc. Magnetoresistive smart switch
FR2898189A1 (fr) 2006-03-02 2007-09-07 Moving Magnet Tech Capteur de position a direction d'aimantation variable et procede de realisation
US20070242043A1 (en) 2006-04-17 2007-10-18 Jae Woo Yang Contactless electron joystick of universal joint structure using single hall sensor
US7293480B2 (en) 2002-08-20 2007-11-13 Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho Shifting device
FR2909170A1 (fr) 2006-11-28 2008-05-30 Moving Magnet Tech Mmt Capteur de position linaire ou rotatif a profil d'aimant variable preferentiellement de maniere quasi sinusoidal.
US7421923B2 (en) 2005-10-05 2008-09-09 Hyundai Mobis Co., Ltd. Electronic gearshift structure for vehicle
WO2008138662A2 (fr) 2007-05-11 2008-11-20 Nctengineering Gmbh Système de positionnement linéaire absolu à deux axes
US20090062064A1 (en) 2007-08-31 2009-03-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Shift control apparatus

Family Cites Families (90)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3061771A (en) 1957-08-19 1962-10-30 Cosmocord Ltd Transducers
US4745363A (en) 1986-07-16 1988-05-17 North American Philips Corporation Non-oriented direct coupled gear tooth sensor using a Hall cell
US4785242A (en) 1986-12-15 1988-11-15 Sundstrand Corporation Position detecting apparatus using multiple magnetic sensors for determining relative and absolute angular position
JP2570654B2 (ja) 1987-12-08 1997-01-08 日本精工株式会社 変位検出装置
JPH02278175A (ja) 1989-04-19 1990-11-14 Zexel Corp 磁気センサ
JP2536566Y2 (ja) 1990-11-20 1997-05-21 株式会社東海理化電機製作所 回転センサ
FR2670286B1 (fr) 1990-12-05 1993-03-26 Moving Magnet Tech Capteur magnetique de position et de vitesse a sonde de hall.
FR2715726B1 (fr) 1994-02-01 1996-10-18 Moving Magnet Tech Capteur magnétique de position à sonde de Hall.
US5200747A (en) 1990-12-13 1993-04-06 Bourns, Inc. Turn counting position sensor
US5159268A (en) 1991-02-21 1992-10-27 Honeywell Inc. Rotational position sensor with a Hall effect device and shaped magnet
DE4140403C2 (de) 1991-12-07 1994-11-24 Mannesmann Kienzle Gmbh Verfahren zur Montage eines Sensorkopfes für einen Magnetfeldgeber
FR2690793B1 (fr) 1992-05-04 1995-12-08 Moving Magnet Tech Actionneur electromagnetique a deux pieces mobiles en opposition de phases.
US5250925A (en) 1992-05-11 1993-10-05 General Motors Corporation Package for speed sensing device having minimum air gap
FR2691534B1 (fr) 1992-05-19 1994-08-26 Moving Magnet Tech Capteur de position à aimant permanent et sonde de hall.
DE9414104U1 (de) 1994-08-31 1994-11-03 Siemens AG, 80333 München Näherungsschalter mit magnetempfindlichem Sensor
US6087827A (en) 1994-09-16 2000-07-11 Moving Magnet Technologies S.A. Incremental sensor of speed and/or position for detecting low and null speeds
FR2724722B1 (fr) 1994-09-16 1998-08-28 Moving Magnet Tech Capteur incremental de vitesse et/ou de position
FR2724723B1 (fr) 1994-09-16 1998-09-11 Moving Magnet Tech Capteur incremental de vitesse et/ou de position.
DE19506938A1 (de) 1995-02-28 1996-08-29 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Winkelmessung bei einem drehbaren Körper
US5781005A (en) 1995-06-07 1998-07-14 Allegro Microsystems, Inc. Hall-effect ferromagnetic-article-proximity sensor
DE59609089D1 (de) 1995-10-30 2002-05-23 Sentron Ag Zug Magnetfeldsensor und Strom- oder Energiesensor
US5670876A (en) 1995-11-14 1997-09-23 Fisher Controls International, Inc. Magnetic displacement sensor including first and second flux paths wherein the first path has a fixed reluctance and a sensor disposed therein
WO1999011999A1 (fr) 1996-03-05 1999-03-11 Harri Saario Procede et appareil de mesure d'un mouvement de rotation
FR2764372B1 (fr) 1997-06-04 1999-09-24 Moving Magnet Tech Capteur magnetique de position
DE69827818T2 (de) 1997-09-08 2005-04-21 Yaskawa Denki Kitakyushu Kk Magnetische kodiereinrichtung
US6124709A (en) * 1998-06-05 2000-09-26 Cts Corporation Magnetic position sensor having a variable width magnet mounted into a rotating disk and a hall effect sensor
US6219212B1 (en) 1998-09-08 2001-04-17 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction head structure with insulating antiferromagnetic layer
DE19849554C1 (de) 1998-10-27 2000-03-02 Ruf Electronics Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Absolutposition bei Weg- und Winkelgebern
US6304078B1 (en) 1998-12-09 2001-10-16 Cts Corporation Linear position sensor
US6326781B1 (en) 1999-01-11 2001-12-04 Bvr Aero Precision Corp 360 degree shaft angle sensing and remote indicating system using a two-axis magnetoresistive microcircuit
FR2790549B1 (fr) 1999-03-03 2001-04-13 Moving Magnet Tech Capteur de position a sonde magneto-sensible et aimant encastre dans le fer
DE19910636A1 (de) 1999-03-10 2000-09-14 Inst Mikrostrukturtechnologie Längenmeßsystem, bestehend aus einem oder mehreren magnetischen Maßstäben
EP1074818A3 (fr) * 1999-08-06 2001-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Capteur de position
DE19941464A1 (de) 1999-09-01 2001-03-15 Hella Kg Hueck & Co Induktiver Positionssensor
AU775247B2 (en) 1999-12-06 2004-07-22 Robert Bosch Gmbh Device for measuring the angle and/or the angular velocity of a rotatable body and/or the torque acting upon said body
US6305234B1 (en) * 2000-01-27 2001-10-23 Edward L. Thies Absolute encoder
DE10009173A1 (de) 2000-02-26 2001-09-06 Bosch Gmbh Robert Messvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines ferromagnetischen Gegenstandes
JP3787482B2 (ja) 2000-04-17 2006-06-21 ウチヤ・サーモスタット株式会社 サーマルプロテクタ
FR2809808B1 (fr) 2000-06-06 2002-07-19 Moving Magnet Tech Capteur de position presentant une insensibilite aux champs exterieurs et aux excentrations
FR2811077B1 (fr) 2000-06-30 2002-09-13 Roulements Soc Nouvelle Dispositif de determination de la position angulaire absolue d'un organe tournant
JP4936299B2 (ja) 2000-08-21 2012-05-23 メレクシス・テクノロジーズ・ナムローゼフェンノートシャップ 磁場方向検出センサ
WO2002025217A1 (fr) 2000-09-25 2002-03-28 Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho Detecteur d'angle tournant
FR2815189B1 (fr) 2000-10-06 2003-01-03 Moving Magnet Tech Moto-reducteur electrique sans balai autocommute sur un signal de position absolu
DE10054470C2 (de) 2000-11-03 2003-07-17 Siemens Ag Drehstellungsgeber zum Erfassen einer Drehstellung
DE10065240C2 (de) 2000-12-27 2003-10-16 Valeo Schalter & Sensoren Gmbh Lenkwinkelmesseinrichtung
FR2821668B1 (fr) 2001-03-02 2003-05-02 Moving Magnet Tech Capteur de position, notamment destine a la detection de la torsion d'une colonne de direction
EP1260825A1 (fr) 2001-05-25 2002-11-27 Sentron Ag Capteur de champ magnétique
US6576890B2 (en) 2001-06-05 2003-06-10 Delphi Technologies, Inc. Linear output non-contacting angular position sensor
DE10202309A1 (de) * 2002-01-23 2003-07-31 Bosch Gmbh Robert Wegsensor mit magnetoelektrischem Wandlerelement
FR2837033B1 (fr) 2002-03-05 2004-09-24 Moving Magnet Tech Mmt Actionneur lineaire comprenant un moteur electrique polyphase
FR2837569B1 (fr) * 2002-03-19 2004-07-16 Electricfil Capteur de position et/ou de vitesse de type magnetique
EP1353151A1 (fr) 2002-04-09 2003-10-15 Snr Roulements Capteur de position absolue à barrette d'éléments à effet hall
DE10239904A1 (de) 2002-08-30 2004-03-04 Horst Siedle Gmbh & Co. Kg. Sensorelement für einen Umdrehungszähler
FR2845469B1 (fr) 2002-10-07 2005-03-11 Moving Magnet Tech Capteur de position analogique a reluctance variable
US20040130314A1 (en) 2003-01-08 2004-07-08 Siemens Vdo Automotive Corporation Sensor adjusting magnetic field
EP1477772A1 (fr) 2003-05-13 2004-11-17 Tyco Electronics AMP GmbH Capteur magnétique de déplacement ou d'angle
KR100610380B1 (ko) 2003-11-11 2006-08-09 현대모비스 주식회사 차량용 조향축의 절대조향각 측정방법
US6992478B2 (en) 2003-12-22 2006-01-31 Cts Corporation Combination hall effect position sensor and switch
US7174795B2 (en) 2004-02-06 2007-02-13 Delphi Technologies, Inc. Integrated non-contacting torque and absolute position sensor for steering applications
US7049808B2 (en) 2004-03-03 2006-05-23 Delphi Technologies, Inc. Apparatus for sensing angular position
DE102004020149A1 (de) 2004-04-24 2005-11-24 Horst Siedle Gmbh & Co. Kg. Sensorelement für einen Umdrehungszähler
US7116210B2 (en) 2004-05-05 2006-10-03 Cts Corporation Actuator with integral position sensor
JP4470577B2 (ja) 2004-05-14 2010-06-02 株式会社デンソー 回転角度検出装置
FR2872896B1 (fr) 2004-07-09 2008-01-11 Moving Magnet Tech Capteur de position, notamment destine a la mesure de la torsion d'une colonne de direction
US20070008063A1 (en) 2004-08-13 2007-01-11 Cts Corporation Rotary actuator with non-contacting position sensor
JP2006119082A (ja) 2004-10-25 2006-05-11 Hitachi Cable Ltd 操舵角検出装置
US7363825B2 (en) 2005-02-08 2008-04-29 Delphi Technologies, Inc. Non-contact position sensor housing using existing torque sensor probe
FR2884349B1 (fr) 2005-04-06 2007-05-18 Moving Magnet Tech Mmt Actionneur electromagnetique polarise bistable a actionnement rapide
JP2007055577A (ja) 2005-07-29 2007-03-08 Takata Corp エアバッグ及びエアバッグ装置
DE102005038516A1 (de) 2005-07-29 2007-02-08 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Vorrichtung zur Detektion von Umdrehungen einer Lenkwelle
US7741839B2 (en) 2005-10-20 2010-06-22 Cts Corporation Non-contacting position sensor using a rotating magnetic vector
US7215112B1 (en) 2005-11-07 2007-05-08 Delphi Technologies, Inc. Non-contact linear absolute position sensor
FR2893410B1 (fr) 2005-11-15 2008-12-05 Moving Magnet Tech Mmt Capteur de position angulaire magnetique pour une course allant jusqu'a 360
FR2893409B1 (fr) * 2005-11-15 2008-05-02 Moving Magnet Tech CAPTEUR DE POSITION ANGULAIRE MAGNETIQUE POUR UNE COURSE ALLANT JUSQU'A 360 o
FR2895075B1 (fr) 2005-12-20 2008-03-14 Electricfil Automotive Soc Par Capteur magnetique de position a detection optimisee
FR2896035B1 (fr) 2006-01-06 2009-01-16 Moving Magnet Tech Capteur de position magnetique de faible course, en particulier destine a la mesure de torsion d'une colonne de direction
DE502007003118D1 (de) * 2006-04-27 2010-04-29 Hirschmann Automotive Gmbh Drehwinkelsensor auf magnetosensitiver Basis
DE102006032266A1 (de) 2006-07-12 2008-01-17 Infineon Technologies Ag Sensorbauelement
FR2904394B1 (fr) 2006-07-26 2009-05-15 Sc2N Sa Capteur de position d'une boite de vitesses d'un vehicule automobile
DE102006051621B4 (de) 2006-11-02 2015-05-07 Windhorst Beteiligungsgesellschaft Mbh Einrichtung zur Erfassung eines weichmagnetischen Elements sowie Gebermagnet für die Einrichtung
US7726208B2 (en) 2006-11-22 2010-06-01 Zf Friedrichshafen Ag Combined steering angle and torque sensor
DE102007008870A1 (de) 2007-02-21 2008-09-04 Hl-Planar Technik Gmbh Anordnung und Verfahren zur Absolutbestimmung der Linearposition oder der durch einen Winkel ausgedrückten Drehposition
KR101659931B1 (ko) 2007-06-27 2016-09-26 브룩스 오토메이션 인코퍼레이티드 다차원 위치 센서
FR2919385B1 (fr) 2007-07-24 2009-10-09 Moving Magnet Tech Mmt Capteur magnetique sans contact de position absolue multitour a arbre traversant
DE102007039051B8 (de) 2007-08-17 2023-09-28 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Absoluter feinauflösender Segment- oder Umdrehungszähler
FR2923903B1 (fr) * 2007-11-20 2010-01-08 Moving Magnet Tech Capteur de position magnetique angulaire ou lineaire presentant une insensibilite aux champs exterieurs
JP2009192261A (ja) 2008-02-12 2009-08-27 Aisin Seiki Co Ltd 直線変位検出装置
FR2936307B1 (fr) 2008-09-24 2010-09-17 Moving Magnet Tech Mmt Capteur de position lineaire ou rotatifa aimant permanent pour la detection d'une cible ferromagnetique
US20100097051A1 (en) * 2008-10-22 2010-04-22 Honeywell International Inc. Incremental position, speed and direction detection apparatus and method for rotating targets utilizing magnetoresistive sensor
FR2937722B1 (fr) * 2008-10-24 2010-11-26 Moving Magnet Tech Mmt Capteur de position magnetique a mesure de direction de champ et a collecteur de flux

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4639667A (en) 1983-05-23 1987-01-27 Andresen Herman J Contactless controllers sensing displacement along two orthogonal directions by the overlap of a magnet and saturable cores
WO1997016736A2 (fr) 1995-10-20 1997-05-09 Cts Corporation Capteur de position lineaire a deux axes
EP0800055A1 (fr) 1996-04-03 1997-10-08 Sagem Sa Capteur de positions linéaire et angulaire
US6175233B1 (en) 1996-10-18 2001-01-16 Cts Corporation Two axis position sensor using sloped magnets to generate a variable magnetic field and hall effect sensors to detect the variable magnetic field
FR2786266A1 (fr) 1998-11-20 2000-05-26 Moving Magnet Tech Capteur de position a sonde de hall
US6731108B2 (en) 2001-03-23 2004-05-04 Sentron Ag Device with a magnetic position encoder
WO2004015375A1 (fr) 2002-07-24 2004-02-19 Honeywell International Inc. Capteur de position lineaire magnetoresistif
US7293480B2 (en) 2002-08-20 2007-11-13 Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho Shifting device
US6960974B2 (en) 2002-11-14 2005-11-01 Honeywell International Inc. Magnetoresistive smart switch
US7421923B2 (en) 2005-10-05 2008-09-09 Hyundai Mobis Co., Ltd. Electronic gearshift structure for vehicle
FR2898189A1 (fr) 2006-03-02 2007-09-07 Moving Magnet Tech Capteur de position a direction d'aimantation variable et procede de realisation
US20070242043A1 (en) 2006-04-17 2007-10-18 Jae Woo Yang Contactless electron joystick of universal joint structure using single hall sensor
FR2909170A1 (fr) 2006-11-28 2008-05-30 Moving Magnet Tech Mmt Capteur de position linaire ou rotatif a profil d'aimant variable preferentiellement de maniere quasi sinusoidal.
WO2008138662A2 (fr) 2007-05-11 2008-11-20 Nctengineering Gmbh Système de positionnement linéaire absolu à deux axes
US20090062064A1 (en) 2007-08-31 2009-03-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Shift control apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITPR20120066A1 (it) * 2012-10-17 2014-04-18 Henesis S R L Sistema di misura della posizione relativa tra due parti strutturali separate.
WO2014060986A1 (fr) * 2012-10-17 2014-04-24 Henesis S.R.L. Système de mesure de position relative entre deux parties structurales séparées
JP2015536448A (ja) * 2012-10-17 2015-12-21 ヘネシス・エス．アール．エル．Ｈｅｎｅｓｉｓ Ｓ．Ｒ．Ｌ． ２つの別個の構造部分間の相対位置の測定システム
US9562791B2 (en) 2012-10-17 2017-02-07 Camlin Italy S.R.L. Measurement system of the relative position between two separate structural parts

Also Published As

Publication number Publication date
US8970210B2 (en) 2015-03-03
KR101410196B1 (ko) 2014-06-19
JP2013510292A (ja) 2013-03-21
ES2600865T3 (es) 2017-02-13
FR2952430A1 (fr) 2011-05-13
FR2952430B1 (fr) 2012-04-27
CN102725612B (zh) 2015-08-19
EP2496914B1 (fr) 2016-08-03
KR20120095950A (ko) 2012-08-29
JP5538552B2 (ja) 2014-07-02
US20120262162A1 (en) 2012-10-18
CN102725612A (zh) 2012-10-10
EP2496914A2 (fr) 2012-09-12
WO2011055064A3 (fr) 2011-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2496914B1 (fr) Capteur de position magnetique bidirectionnel à rotation de champ
EP1989505B1 (fr) Capteur de position a direction d&#39;aimantation variable et procede de realisation
EP1949036B1 (fr) Capteur de position angulaire magnetique pour une course allant jusqu&#39;a 360°
EP2338030B2 (fr) Capteur de position magnetique a mesure de direction de champ et a collecteur de flux
FR3022348B1 (fr) Capteur de rotation
EP2452160B1 (fr) Capteur de position absolue et multi-périodique
WO2008071875A2 (fr) Capteur de position lineaire ou rotatif a profil d&#39;aimant variable
FR2893409A1 (fr) CAPTEUR DE POSITION ANGULAIRE MAGNETIQUE POUR UNE COURSE ALLANT JUSQU&#39;A 360 o
FR2953805A1 (fr) Dispositif de pilotage d&#39;un aeronef a elements magneto-sensibles de detection de position angulaire montes hors axe
EP3325922B1 (fr) Capteur de mesure de la position absolue d&#39;un mobile
FR2776064A1 (fr) Dispositif de mesure de position angulaire utilisant un capteur magnetique
WO2019239057A1 (fr) Methode de determination d&#39;une position angulaire relative entre deux pieces
WO2021229169A1 (fr) Procédé et dispositif de mesure de la position angulaire mécanique d&#39;un rotor
EP3708963B1 (fr) Système de détermination d&#39;au moins un paramètre de rotation d&#39;un organe tournant
WO2022152996A1 (fr) Capteur de position sans contact comportant un aimant permanent
FR2829574A1 (fr) Capteur de la position d&#39;un objet mobile, sur une trajectoire rectiligne
EP3708964A1 (fr) Système de détermination d&#39;au moins un paramètre de rotation d&#39;un organe tournant
FR3083617A1 (fr) Capteur de rotation
FR3146349A1 (fr) Procede d’optimisation d’un capteur de position angulaire magnetique
FR2686993A1 (fr) Dispositif compteur de tours comportant un micro-circuit a bulles magnetiques.
FR2716023A1 (fr) Dispositif à micro-circuit à bulles magnétiques et moyens de lecture.
FR3041760A1 (fr) Procede de detection d&#39;une defaillance transitoire de rotation d&#39;un organe tournant

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080060916.6

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10788363

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2010788363

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010788363

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012535908

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127014455

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13508162

Country of ref document: US