WO2019002779A1 - Capteur de position inductif avec spires secondaires traversant une carte de circuit imprimé - Google Patents

Capteur de position inductif avec spires secondaires traversant une carte de circuit imprimé Download PDF

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Alain Fontanet
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Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F17/0013—Printed inductances with stacked layers

Definitions

  • the present invention relates to an inductive position sensor.
  • This type of sensor has the advantage of making it possible to determine the position of a mechanical part, or of any other element, without requiring contact with the part whose position one wishes to know.
  • This advantage makes the applications of such sensors are very numerous in all types of industries.
  • Such sensors are also used in consumer applications such as, for example, the automobile field in which the present invention is preferentially carried out. However, it can be used in other diverse and varied fields.
  • the operating principle of an inductive sensor is based on the coupling variation between a primary winding and secondary windings of a transformer operating at high frequency and without using a magnetic circuit.
  • the coupling between these coils varies according to the position of a moving part, electrically conductive, generally called "target".
  • Currents induced in the target indeed change the currents induced in the secondary windings.
  • the transformer mentioned above on a printed circuit board.
  • the primary winding and the secondary windings then consist of tracks traced on the printed circuit board.
  • the primary winding is then for example powered by an external source and the secondary windings are then the seat of voltages induced by the magnetic field created by the flow of a current in the primary winding.
  • the target which is a conductive part, for example metallic, may have a simple shape. It may for example be a piece cut from a sheet. To produce a linear sensor, the cut-out for producing the target is, for example, rectangular whereas for a rotary sensor, this cut-out will for example be in the form of an angular sector of radius and angle adapted to the movement of the part.
  • two sets of secondary windings are designed to perform on a full stroke of the sensor sine and cosine functions of the position of the target.
  • Such cosine and sinus functions are well designed and can easily be processed by an electronic system.
  • By making the ratio of the sine by the cosine and then applying an arctangent function we obtain an image of the position of the target.
  • the sine and cosine function argument is a linear or affine function of the position of the target whose race then represents a greater or lesser part of the spatial period of these trigonometric functions.
  • Such an inductive sensor has a certain sensitivity to a variation of the gap. Now it would be preferable for such a sensor to be insensitive to geometric variations other than the position to be measured, these geometrical variations possibly being an air gap variation or an eccentricity variation. Such a form of turns proposed by the state of the art closest does not solve the problems of geometric variations.
  • the problem underlying the present invention is to design an inductive sensor having an arrangement of secondary turns which makes the sensor insensitive to geometric variations and eccentricity.
  • the present invention relates to an inductive position sensor comprising, on the one hand, a primary winding and, on the other hand, at least two secondary windings each consisting of several turns made on two opposite faces of a circuit board. printed, each secondary winding having turns each having substantially the same shape and said turns being aligned in a so-called longitudinal direction with each time an offset in the longitudinal direction, each of said turns being divided in a turn length into a first sector and a complementary and successive second sector, remarkable in that:
  • the first sector is divided into a turn width in a first portion disposed on a face of the printed circuit board said first face and a second portion disposed on a printed circuit face opposite the first portion; face, the opposite face being said second face, the first and second portions of the first sector being complementary,
  • the second portion of the first sector is extended in the length of the turn by a first portion of the second sector disposed on the first face of the printed circuit,
  • the first portion of the second sector is extended in the width of the turn by a second portion of the second sector disposed on the second face of the printed circuit, the first and second portions of the second sector dividing the second sector in its width being complementary,
  • the first portion of the first sector is connected to the second portion of the second sector of a neighboring turn
  • the technical effect is to straighten and balance a turn of the state of the art which was in two longitudinal sectors respectively upper and lower.
  • the defect of this turn is its leaning aspect according to its length. Because of a division of each sector into two lateral portions at different levels and on opposite sides of the printed circuit board, the pattern of the turn is more balanced in length by no longer being in the form of two sectors of different heights.
  • the cutting is done for each sector on side portions with a first portion of the first sector kept identical to a turn of the state of the art and a second portion lowered by being placed on the other side of the circuit printed.
  • a first portion is enhanced and a second portion is kept identical.
  • the linearity was close to 1, 5% and the sensitivity to the air gap was 0.5%. With implementation of the present invention, the linearity is close to 0.5% and the sensitivity to the air gap is close to 0.3%.
  • its anchoring is better and the turns are not likely to move both longitudinally and laterally relative to the printed circuit board.
  • the first and second portions of the first sector have lateral edges respectively on the first face and the second face of the printed circuit board with the ends facing their side edges connected by a first via,
  • the second portion of the first sector and the first portion of the second sector have longitudinal edges respectively on the second face and the first face of the printed circuit board with the ends vis-à-vis their longitudinal edges connected by a second via,
  • the first and second portions of the second sector have lateral edges respectively on the first face and the second face of the printed circuit board with the ends facing their lateral edges connected by a third via,
  • the second portion of the second sector of a neighboring turn and the first portion of the first sector have longitudinal edges respectively on the second face and the first face of the printed circuit board with the ends opposite their edges; longitudinals connected by a fourth via.
  • connection of the end of the longitudinal edge of the first portion of the first sector and the fourth via and the connection of the end of the longitudinal edge of the first portion of the second sector and the second via are in the same plane parallel to the printed circuit board, the second and fourth via being of the same length. This allows to have a symmetry contributing to the balance of the turn.
  • the first via and the third via are of the same length.
  • the longitudinal edges of the first and second portions of the first sector and the second sector are oriented towards each other in superposed planes.
  • the first and second sectors have an equal length and the offset in the longitudinal direction between two adjacent turns is less than the length of the first or the second sector. This optimizes the number of turns on a given surface.
  • the longitudinal offset between two turns is constant. This makes it easier to exploit the voltage measurements made at the terminals of the secondary windings.
  • the division of the first and second portions of the first sector or the second sector is made so that the first and second portions of the first sector or the second sector receive an equal magnetic flux.
  • the primary winding surrounds the secondary windings by having turns having linear portions extending longitudinally.
  • the turns of the same secondary winding are connected together so that the electromotive forces induced in these turns by an alternating magnetic field add up.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a view from above of two secondary windings of a position sensor according to the state of the art
  • FIG. 2 is a schematic representation of a perspective view of the secondary windings of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic representation of a perspective view of a turn according to the state of the art
  • FIGS. 4 to 7 are schematic representations of a perspective view of a turn according to an embodiment of the present invention with a respective hatching for each of these figures of a specific portion of a first or a a second longitudinal sector of the turn,
  • FIG. 8 is a schematic representation of the turn illustrated in FIGS. 4 to 7, the portions of turns having been modified with respect to a turn according to the state of the art illustrated in FIG. 3 being drawn in dotted lines.
  • FIG. 1 shows a top view of a first secondary winding 4 and a second secondary winding 6, and FIG. 2 is a perspective view of the secondary windings of FIG. 1.
  • Each of these two coils has turns 10a.
  • These turns 10a are in accordance with the state of the art but FIG. 1 and FIG. 2 to come can be taken into account to illustrate the present invention if the shape of the turns 10a is ignored and only for the stacking arrangement of the turns 10a.
  • the turns 10a are all substantially similar but each time shifted relative to each other in a longitudinal direction illustrated in Figure 1 by a longitudinal axis A.
  • the longitudinal offset between two neighboring turns can be each time the same.
  • the second secondary winding 6 is, in top view, symmetrical to the first secondary winding 4 relative to a transverse plane (not shown) orthogonal to the longitudinal axis.
  • the number of turns of the two coils is the same and the surface of the coils is also the same.
  • each turn 10a has a first upper sector 1 and a second lower sector 2, the first sector 1 corresponding to a track etched on a layer 1 a printed circuit board (not shown) and the lower second sector 2 corresponding to a track etched on another layer of the same opposite printed circuit board.
  • An electrical continuity between said tracks forming the first sector 1 and the second sector 2 is provided by a via 32 through the printed circuit board in which a section, referenced 16 in Figure 2, provides electrical continuity.
  • first upper sector 12 of a turn 10a is connected to a second sector 2 lower of a neighboring turn by another via 34 through the printed circuit board within which a section provides said electrical continuity.
  • first upper sector 1 and lower second sector 2 may have, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the shape of an irregular half-hexagon.
  • Each first upper sector 1 and each second lower sector 2 each have a generally concave shape, the concavity of the first sector 1 of a turn 10a being oriented opposite to the concavity of the second sector 2 of the same lower turn.
  • the first upper sectors 1 have a concavity oriented on a first side and the second sectors 2 have a concavity oriented on the opposite side to the first side.
  • the first secondary winding 4 and the second secondary winding 6 are connected at the level of the transverse plane of symmetry so that for a given variable magnetic flux, the electromotive forces induced in the first secondary winding 4 oppose the electromotive forces induced in the second secondary winding 6. Within the same winding, it is noted that the electromotive forces induced by a variable magnetic flux in each of the turns 10a add up.
  • the assembly formed by the first secondary winding 4 and the second secondary winding 6 allow for example to perform a sine function when a conductive target moves near these windings.
  • To achieve a cosine function during the displacement of the target it is known to use another set of coils that are superimposed on the first set of coils.
  • Figure 3 shows a turn taken separately according to the state of the art.
  • a turn 10a is divided in a turn length into a first sector 1 said upper and a second sector 2 lower, the first and second sectors 1, 2 being complementary and successive.
  • two via 32 and 34 are provided on the longitudinal edges of the turn 10a at the respective junction of the longitudinal edges of the first and second sectors 1, 2.
  • first sector 1 or the second sector 2 is artificially divided respectively in a turn width in first and second portions 1 1, 12; 21, 22, these pairs of two respective portions are substantially at the same level being disposed on the same respective face of the printed circuit board said first face for the first sector 1 or on the second face for the second sector 2. It n there is therefore no difference in level between each of the "artificial" pairs of first and second portions 1 1, 12; 21, 22 for the first and second sectors 1, 2.
  • An inductive position sensor has the following characteristics common with an inductive position sensor of the state of the art. As can be seen in FIGS. 1 and 2, for a sensor of the state of the art, but this remains valid for a sensor according to the present invention, excluding the characteristics of the turns 10a which are replaced by turns 10, a
  • the inductive position sensor comprises, on the one hand, a primary winding and, on the other hand, at least two secondary windings 4, 6 each consisting of several turns 10 each made on two opposite faces of a printed circuit board.
  • a secondary winding 4, 6 comprises turns 10 each having substantially the same shape, said turns 10 being aligned in a so-called longitudinal direction with each time an offset in the longitudinal direction.
  • Each of said turns 10 is divided in a turn length 10 into a first sector 1 and a second sector 2 complementary and successive.
  • Figures 4 to 8 show a turn 10 forming part of a secondary winding of an inductive position sensor according to the present invention.
  • the first sector 1 is divided into a turn width 10 into a first portion 1 1 disposed on a face of the printed circuit board said first face and a second portion 12 disposed on a printed circuit board opposite to the first face, the opposite face being said second face, the first and second portions 1 1, 12 of the first sector 1 being complementary.
  • the second portion 12 of the first sector 1 is extended in the length of the turn 10 by a first portion 21 of the second sector 2 disposed on the first face of the printed circuit, the first portion 21 of the second sector 2 being extended in the width of the turn 10 by a second portion 22 of the second sector 2 disposed on the second face of the printed circuit, the first and second portions 21, 22 of the second sector 2 dividing the second sector 2 in its width being complementary.
  • the first portion 1 1 of the first sector 1 is also connected to the second portion of the second sector of a neighboring turn.
  • the first and second portions 1 1, 12 of the first sector 1, the second portion 12 of the first sector 1 and the first portion 21 of the second sector 2, the first portion 21 of the second sector 2 and the second portion 22 of the second sector 2 and the second portion of the second sector of a neighboring turn and the first portion 1 1 of the first sector 1 are two by two connected by a respective via 31 to 34 through the printed circuit board.
  • this sector 1 or 2 has a difference in level between two lateral portions 1 1, 12; 21, 22 of sector 1, 2.
  • a portion 1 1 or 21 is on a first face of the printed circuit and the other associated portion 12 or 22 is on the second face of the printed circuit.
  • the portions 1 1, 12; 21, 22 of the first and second sectors 1, 2 are shown relatively planar but this may be different. Similarly the portions 1 1, 12; 21, 22 of the same first 1 or second sector 2 are not necessarily equal in size, the important thing is that they are crossed by the same magnetic flux. Dividing the first and second portions 11, 12; 21, 22 of the first sector 1 or the second sector 2 can therefore be made essentially so that two portions 1 1, 12 or 21, 22 of the same sector 1 or 2, for example the first and second portions 1 1, 12 the first sector 1 or respectively the first and second portions 21, 22 of the second sector 2 receive an equal magnetic flux.
  • the alignment of the first and second sectors 1, 2 is not necessarily linear. It can also be an arc or possibly an ellipse. Those skilled in the art will have understood that this alignment corresponds to the direction of movement of the object whose position one wishes to know. It is most often a linear displacement with in this case the use of a linear position sensor. However, it can also be a displacement along a curved path, usually circular.
  • first and second portions 1 1, 12 of the first sector 1 may have lateral edges respectively on the first face and the second face of the printed circuit board with the ends facing their lateral edges. connected by a first via 31.
  • the first and second sectors 1, 2 may be of semi-hexagonal shape with however for the first sector 1 a second portion 12 and for the second sector 2 a second portion 22, collapsed being disposed on the other side of the map circuit that the first portion 1 1 of the first sector 1 or the first portion 21 of the second sector 2.
  • the turns 10 can be made by forming linear portions and the number of linear portions is limited without unduly penalizing the surface of the turn.
  • the second portion 12 of the first sector 1 and the first portion 21 of the second sector 2 may have longitudinal edges respectively on the second face and the first face of the printed circuit board with the ends facing each other. their longitudinal edges connected by a second via 32, the second via 32 may also serve as a connection with a turn adjacent to the present turn 10 detailed.
  • the first and second portions 21, 22 of the second sector 2 may have side edges respectively on the first face and the second face of the printed circuit board with the ends facing their side edges connected by a third via 33.
  • the upper or lower ends of the first via 31 may be aligned with the upper or lower ends of the third via 33 along the longitudinal axis of the turn 10.
  • the second portion 22 of the second sector 2 of a neighboring turn 10 and the first portion 1 1 of the first sector 1 has longitudinal edges respectively on the second face and the first face of the printed circuit board with the screwed ends. to their longitudinal edges connected by a fourth via 34.
  • connection of the end of the longitudinal edge of the first portion 1 1 of the first sector 1 and the fourth via 34 and the connection of the end of the longitudinal edge of the first portion 21 of the second sector 2 and the second via 32 may be in the same plane parallel to the printed circuit board, the second and fourth via 34 being of the same length.
  • the four via 31 to 34 can also be the same length.
  • the longitudinal edges of the first and second portions 1 1, 12 of the first sector 1 and respectively of the second sector 2 may be oriented towards one another in superimposed planes.
  • One end of the longitudinal edge of the second portion 12 of the first sector 1 may be connected to the lower end of the second via 32 and one end of the longitudinal edge of the first portion 21 of the second sector 2 may be connected to the upper end of the second via 32.
  • the first and second sectors 1, 2 may have an equal length and the offset in the longitudinal direction between two adjacent turns 10 may be less than the length of the first 1 or the second sector 2. This offset in the longitudinal direction may be constant.
  • the primary winding can surround the secondary windings. 4, 6 having turns 10 having linear portions extending longitudinally.
  • a sensor according to the invention may comprise two sets of secondary windings 4, 6, one to perform a sine function and the other to perform a cosine function.
  • One of these sets of secondary windings 4, 6 may comprise for example two secondary windings 4, 6 arranged symmetrically with respect to a central axis A and connected so that the electromotive forces induced in the turns 10 of a first winding secondary 4, 6 oppose the electromotive forces induced in the turns 10 of the second secondary winding 4, 6. There may be more than two secondary windings 4, 6, including secondary windings 4, 6 redundant.
  • the turns 10 of the same secondary winding 4, 6 can be connected to each other so that the electromotive forces induced in these turns 10 by an alternating magnetic field add up.

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Abstract

La présente invention concerne un capteur de position inductif comportant au moins deux bobinages secondaires (4, 6) constitués de plusieurs spires (10) réalisées sur deux faces opposées d'une carte de circuit imprimé et divisées en des premier et second secteurs (1, 2). Les premier et second secteurs (1, 2) sont divisés dans une largeur de spire en une première portion (11, 21) sur une face de la carte de circuit imprimé et une seconde portion (12, 22) sur une face opposée. La seconde portion (12) du premier secteur (1) est prolongée par une première portion (21) du second secteur (2) et la première portion (11) du premier secteur (1) est connectée à la seconde portion (22) du second secteur (2) d'une spire voisine. Les portions (11, 12; 21, 22) sont reliées deux à deux par un via (31 à 34) respectif traversant la carte de circuit imprimé.

Description

Capteur de position inductif avec spires secondaires traversant une carte de circuit imprimé
La présente invention concerne un capteur de position inductif.
Ce type de capteur présente l'avantage de permettre de déterminer la position d'une pièce mécanique, ou de tout autre élément, sans nécessiter de contact avec la pièce dont on souhaite connaître la position. Cet avantage fait que les applications de tels capteurs sont très nombreuses dans tout type d'industries. De tels capteurs sont également utilisés dans des applications grand public comme, par exemple, le domaine de l'automobile au sein duquel la présente invention est préférentiellement réalisée. Toutefois, elle peut être utilisée dans d'autres domaines divers et variés.
Le principe de fonctionnement d'un capteur inductif repose sur la variation de couplage entre un bobinage primaire et des bobinages secondaires d'un transformateur fonctionnant à haute fréquence et sans utiliser de circuit magnétique. Le couplage entre ces bobinages varie en fonction de la position d'une pièce mobile, conductrice de l'électricité, appelée généralement "cible". Des courants induits dans la cible viennent en effet modifier les courants induits dans les bobinages secondaires. En adaptant la configuration des bobinages et en connaissant le courant injecté dans le bobinage primaire, la mesure de la tension induite dans les bobinages secondaires permet de déterminer la position de la cible.
Pour intégrer un tel capteur inductif dans un dispositif, notamment un dispositif électronique, il est connu de réaliser le transformateur évoqué plus haut sur une carte de circuit imprimé. Le bobinage primaire et les bobinages secondaires sont alors constitués de pistes tracées sur la carte de circuit imprimé. Le bobinage primaire est alors par exemple alimenté par une source externe et les bobinages secondaires sont alors le siège de tensions induites par le champ magnétique créé par la circulation d'un courant dans le bobinage primaire.
La cible qui est une pièce conductrice, par exemple métallique, peut présenter une forme simple. Il peut par exemple s'agir d'une pièce découpée dans une tôle. Pour réaliser un capteur linéaire, la découpe pour réaliser la cible est par exemple rectangulaire tandis que pour un capteur rotatif, cette découpe sera par exemple en forme d'un secteur angulaire de rayon et d'angle adaptés au mouvement de la pièce.
Généralement, deux ensembles de bobinages secondaires sont dessinés pour réaliser sur une course complète du capteur des fonctions sinus et cosinus de la position de la cible. De telles fonctions cosinus et sinus sont bien conues et peuvent facilement être traitées par un système électronique. En faisant le rapport du sinus par le cosinus puis en appliquant une fonction arctangente, on obtient une image de la position de la cible. L'argument des fonctions sinus et cosinus est une fonction linéaire ou affine de la position de la cible dont la course représente alors une partie plus ou moins grande de la période spatiale de ces fonctions trigonométriques.
Pour obtenir des courants induits mesurables de manière fiable, il est préférable d'avoir soit un grand nombre de spires, soit des spires de grande taille. La seconde option n'est pas compatible avec la réalisation d'un capteur compact. De ce fait, il est généralement choisi d'avoir un grand nombre de spires.
Pour limiter l'espace occupé sur la carte de circuit imprimé, il a été proposé notamment par le document FR-A-3 002 034 de réaliser des spires pour former les bobinages secondaires sur deux couches distinctes de la carte de circuit imprimé. Pour ce faire, il convient de réaliser des via traversant la carte de circuit imprimé pour permettre le raccordement des spires ainsi réalisées. Une telle spire présente des premier et deuxième secteurs successifs dans une direction longitudinale de la spire. Chaque partie de spire est en forme de secteur linéaire ou angulaire. En regardant de loin la spire, on peut considérer que la plan moyen de cette spire est incliné par au rapport au plan de la carte.
Un tel capteur inductif présente une certaine sensibilité à une variation de l'entrefer. Or il serait préférable qu'un tel capteur soit insensible aux variations géométriques autres que la position que l'on veut mesurer, ces variations géométriques pouvant être une variation d'entrefer ou une variation d'excentrement. Une telle forme de spires proposée par l'état de la technique le plus proche ne permet pas de résoudre les problèmes de variations géométriques.
Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un capteur inductif présentant un arrangement des spires secondaires qui rende le capteur insensible aux variations géométriques et à l'excentrement.
A cet effet la présente invention concerne un capteur de position inductif comportant, d'une part, un bobinage primaire et, d'autre part, au moins deux bobinages secondaires constitués chacun de plusieurs spires réalisées sur deux faces opposées d'une carte de circuit imprimé, chaque bobinage secondaire comportant des spires présentant chacune sensiblement la même forme et lesdites spires étant alignées selon une direction dite longitudinale avec à chaque fois un décalage dans la direction longitudinale, chacune desdites spires étant divisée dans une longueur de spire en un premier secteur et un second secteur complémentaires et successifs, remarquable en ce que :
• le premier secteur est divisé dans une largeur de spire en une première portion disposée sur une face de la carte de circuit imprimé dite première face et une seconde portion disposée sur une face de circuit imprimé opposée à la première face, la face opposée étant dite seconde face, les première et seconde portions du premier secteur étant complémentaires,
• la seconde portion du premier secteur est prolongée dans la longueur de la spire par une première portion du second secteur disposée sur la première face du circuit imprimé,
• la première portion du second secteur est prolongée dans la largeur de la spire par une seconde portion du second secteur disposée sur la seconde face du circuit imprimé, les première et seconde portions du second secteur divisant le second secteur dans sa largeur en étant complémentaires,
· la première portion du premier secteur est connectée à la seconde portion du second secteur d'une spire voisine,
• les première et seconde portions du premier secteur, la seconde portion du premier secteur et la première portion du second secteur, la première portion du second secteur et la seconde portion du second secteur ainsi que la seconde portion du second secteur d'une spire voisine et la première portion du premier secteur sont reliées par un via respectif traversant la carte de circuit imprimé.
L'effet technique est de redresser et d'équilibrer une spire de l'état de la technique qui était en deux secteurs longitudinaux respectivement supérieur et inférieur. Le défaut de cette spire est son aspect penché selon sa longueur. Du fait d'un découpage de chaque secteur en deux portions latérales se trouvant à des niveaux différents et sur des faces opposées de la carte de circuit imprimé, le motif de la spire est plus équilibré en longueur en n'étant plus sous la forme de deux secteurs de différentes hauteurs.
Le découpage se fait pour chaque secteur sur des portions latérales avec une première portion du premier secteur conservée à l'identique par rapport à une spire de l'état de la technique et une seconde portion abaissée en étant placée sur l'autre face du circuit imprimé. Pour le second secteur, une première portion est rehaussée et une seconde portion est conservée à l'identique.
Ceci permet de réduire fortement la sensibilité à la variation d'entrefer et la sensibilité à la variation d'excentrement et d'améliorer la linéarité du capteur.
En effet, les calculs ont montré que, pour un excentrement de la cible de
0,5mm sur un capteur à 360 ° , avant la mise en œuvrede la présente invention, la linéarité était voisine de 1 ,5% et la sensibilité à l'entrefer était de 0,5%. Avec mise en œuvre de la présente invention, la linéarité est proche de 0,5% et la sensibilité à l'entrefer est proche de 0,3%. On a un gain de l'ordre d'un facteur 2 sur les performances du capteur. De plus, comme chaque spire traverse quatre fois la carte de circuit imprimé, son ancrage est meilleur et les spires ne risquent pas de se déplacer aussi bien longitudinalement que latéralement par rapport à la carte de circuit imprimé.
Avantageusement pour chaque spire:
· les première et seconde portions du premier secteur présentent des bords latéraux respectivement sur la première face et la seconde face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords latéraux connectées par un premier via,
• la seconde portion du premier secteur et la première portion du second secteur présentent des bords longitudinaux respectivement sur la seconde face et la première face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords longitudinaux connectées par un deuxième via,
• les première et seconde portions du second secteur présentent des bords latéraux respectivement sur la première face et la seconde face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords latéraux connectées par un troisième via,
• la seconde portion du second secteur d'une spire voisine et la première portion du premier secteur présentent des bords longitudinaux respectivement sur la seconde face et la première face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords longitudinaux connectées par un quatrième via.
Avantageusement, la liaison de l'extrémité du bord longitudinal de la première portion du premier secteur et du quatrième via et la liaison de l'extrémité du bord longitudinal de la première portion du second secteur et du deuxième via sont dans un même plan parallèle à la carte de circuit imprimé, les deuxième et quatrième via étant de la même longueur. Ceci permet d'avoir une symétrie concourant à l'équilibre de la spire.
Avantageusement, le premier via et le troisième via sont de même longueur.
Avantageusement, les bords longitudinaux des première et seconde portions du premier secteur et respectivement du second secteur sont orientés l'un vers l'autre dans des plans superposés.
Avantageusement, les premier et second secteurs présentent une longueur égale et le décalage dans la direction longitudinale entre deux spires voisines est inférieur à la longueur du premier ou du second secteur. Ceci permet d'optimiser le nombre de spires sur une surface donnée. Avantageusement, le décalage longitudinal entre deux spires est constant. Ceci permet de faciliter l'exploitation des mesures de tension faites aux bornes des bobinages secondaires.
Avantageusement, la division des première et seconde portions du premier secteur ou respectivement du second secteur est faite pour que les première et seconde portions du premier secteur ou respectivement du second secteur reçoivent un flux magnétique égal.
Avantageusement, le bobinage primaire entoure les bobinages secondaires en présentant des spires comportant des portions linéaires s'étendant longitudinalement.
Avantageusement, les spires d'un même bobinage secondaire sont connectées entre elles de telle sorte que les forces électromotrices induites dans ces spires par un champ magnétique alternatif s'additionnent.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une vue de dessus de deux bobinages secondaires d'un capteur de position selon l'état de la technique,
- la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en perspective des bobinages secondaires de la figure 1 ,
- la figure 3 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'une spire selon l'état de la technique,
- les figures 4 à 7 sont des représentations schématiques d'une vue en perspective d'une spire selon un mode de réalisation de la présente invention avec un hachurage respectif pour chacune de ces figures d'une portion spécifique d'un premier ou d'un second secteur longitudinal de la spire,
- la figure 8 est une représentation schématique de la spire illustrée aux figures 4 à 7, les portions de spires ayant été modifiées par rapport à une spire selon l'état de la technique illustrée à la figure 3 étant dessinées en pointillés.
La figure 1 représente en vue de dessus un premier bobinage secondaire 4 et un second bobinage secondaire 6 et la figure 2 est une vue en perspective des bobinages secondaires de la figure 1 . Chacun de ces deux bobinages présente des spires 10a. Ces spires 10a sont conformes à l'état de la technique mais la figure 1 et la figure 2 à venir peuvent être prises en considération pour illustrer la présente invention si on fait abstraction de la forme des spires 10a et seulement pour la disposition en empilage des spires 10a.
On remarque que pour chacun de ces bobinages, les spires 10a sont toutes sensiblement similaires mais à chaque fois décalées l'une par rapport à l'autre selon une direction longitudinale illustrée sur la figure 1 par un axe longitudinal A.
Le décalage longitudinal entre deux spires voisines peut être à chaque fois le même. En outre, toujours de manière préférée, le deuxième bobinage secondaire 6 est, en vue de dessus, symétrique au premier bobinage secondaire 4 par rapport à un plan transversal (non représenté) orthogonal à l'axe longitudinal. Le nombre de spires des deux bobinages est le même et la surface des spires est également la même.
Comme montré à la figure 3, dans l'état de la technique et non pour la présente invention, chaque spire 10a présente un premier secteur supérieur 1 et un second secteur 2 inférieur, le premier secteur 1 correspondant à une piste gravée sur une couche d'une carte de circuit imprimé (non représentée) et le second secteur 2 inférieur correspondant à une piste gravée sur une autre couche de la même carte de circuit imprimé opposée. Une continuité électrique entre lesdites pistes formant le premier secteur 1 et le second secteur 2 est assurée par un via 32 traversant la carte de circuit imprimé au sein duquel un tronçon, référencé 16 à la figure 2, assure la continuité électrique.
La continuité électrique entre deux spires voisines est assurée de la façon suivante : le premier secteur supérieur 12 d'une spire 10a est relié à un second secteur 2 inférieur d'une spire voisine par un autre via 34 traversant la carte de circuit imprimé au sein duquel un tronçon assure ladite continuité électrique. Chaque premier secteur 1 supérieur et chaque second secteur 2 inférieur peuvent présenter, dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, la forme d'un demi-hexagone irrégulier.
Chaque premier secteur 1 supérieur et chaque second secteur 2 inférieur présentent chacun ainsi une forme globalement concave, la concavité du premier secteur 1 d'une spire 10a étant orientée à l'inverse de la concavité du second secteur 2 inférieur de la même spire.
Plus généralement, dans un bobinage secondaire, les premiers secteurs 1 supérieurs présentent une concavité orientée d'un premier côté et les seconds secteurs 2 présentent une concavité orientée du côté opposé au premier côté. On pourrait ainsi avoir des parties inférieures et/ou supérieures en forme d'arc de cercle, d'arc d'ellipse, de demi octogone, etc.. En vue de dessus, on remarque une certaine symétrie entre un premier secteur 1 supérieur et un second secteur 2 inférieur correspondant par rapport à une droite passant par les via 32, 34. La symétrie n'est pas parfaite du fait du décalage existant entre les spires. En se référant à nouveau aux figures 1 et 2, les tronçons 16, dont un est référencé à la figure 2, dont la position correspond également à celle des via auxquels ils sont reliés, sont alignés sur deux segments parallèles disposés de part et d'autre de l'axe longitudinal A et perpendiculaires à ce dernier, c'est-à-dire traversant le circuit imprimé. Ces deux segments ne sont pas disposés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal A mais sont décalés dans le sens longitudinal défini par l'axe longitudinal.
Le premier bobinage secondaire 4 et le deuxième bobinage secondaire 6 sont reliés au niveau du plan transversal de symétrie de telle sorte que pour un flux magnétique variable donné, les forces électromotrices induites dans le premier bobinage secondaire 4 s'opposent aux forces électromotrices induites dans le deuxième bobinage secondaire 6. Au sein d'un même bobinage, on remarque que les forces électromotrices induites par un flux magnétique variable dans chacune des spires 10a s'additionnent.
Enfin, on constate sur la gauche des figures 1 et 2 la présence de deux pistes de connexion 18 permettant de relier les bobinages secondaires à un appareil de mesure de la tension régnant aux bornes de ceux-ci.
L'ensemble formé par le premier bobinage secondaire 4 et par le deuxième bobinage secondaire 6 permettent par exemple de réaliser une fonction sinus lorsqu'une cible conductrice se déplace à proximité de ces bobinages. Pour réaliser une fonction cosinus lors du déplacement de la cible, il est connu d'utiliser un autre ensemble de bobinages que l'on vient superposer au premier ensemble de bobinages.
La figure 3 montre une spire prise isolément selon l'état de la technique. Une telle spire 10a est divisée dans une longueur de spire en un premier secteur 1 dit supérieur et un second secteur 2 inférieur, les premier et second secteurs 1 , 2 étant complémentaires et successifs. Comme précédemment mentionné, deux via 32 et 34 sont prévus sur les bords longitudinaux de la spire 10a à la jonction respective des bords longitudinaux des premier et second secteurs 1 , 2.
Pour une spire 10a de l'état de la technique, si on divise artificiellement respectivement le premier secteur 1 ou le second secteur 2 dans une largeur de spire en des première et seconde portions 1 1 , 12 ; 21 , 22, ces paires de deux portions respectives sont sensiblement au même niveau en étant disposées sur une même face respective de la carte de circuit imprimé dite première face pour le premier secteur 1 ou sur la seconde face pour le second secteur 2. Il n'y a donc pas de dénivelé entre chacune des paires « artificielles » de premières et secondes portions 1 1 , 12 ; 21 , 22 pour les premier et second secteurs 1 , 2.
Un capteur de position inductif selon la présente invention reprend les caractéristiques suivantes communes avec un capteur de position inductif de l'état de la technique. Comme il est visible aux figures 1 et 2, pour un capteur de l'état de la technique, mais ceci restant valable pour un capteur selon la présente invention à l'exclusion des caractéristiques des spires 10a qui sont remplacées par des spires 10, un capteur de position inductif comporte d'une part, un bobinage primaire et, d'autre part, au moins deux bobinages secondaires 4, 6 constitués chacun de plusieurs spires 10 réalisées chacune sur deux faces opposées d'une carte de circuit imprimé.
Un bobinage secondaire 4, 6 comporte des spires 10 présentant chacune sensiblement la même forme, lesdites spires 10 étant alignées selon une direction dite longitudinale avec à chaque fois un décalage dans la direction longitudinale. Chacune desdites spires 10 est divisée dans une longueur de spire 10 en un premier secteur 1 et un second secteur 2 complémentaires et successifs.
Les figures 4 à 8 montrent une spire 10 faisant partie d'un bobinage secondaire d'un capteur de position inductif selon la présente invention.
Selon l'invention, le premier secteur 1 est divisé dans une largeur de spire 10 en une première portion 1 1 disposée sur une face de la carte de circuit imprimé dite première face et une seconde portion 12 disposée sur une face de circuit imprimé opposée à la première face, la face opposée étant dite seconde face, les première et seconde portions 1 1 , 12 du premier secteur 1 étant complémentaires.
La seconde portion 12 du premier secteur 1 est prolongée dans la longueur de la spire 10 par une première portion 21 du second secteur 2 disposée sur la première face du circuit imprimé, la première portion 21 du second secteur 2 étant prolongée dans la largeur de la spire 10 par une seconde portion 22 du second secteur 2 disposée sur la seconde face du circuit imprimé, les première et seconde portions 21 , 22 du second secteur 2 divisant le second secteur 2 dans sa largeur en étant complémentaires.
La première portion 1 1 du premier secteur 1 est aussi connectée à la seconde portion du second secteur d'une spire voisine. Respectivement, en étant regroupées en paires, les première et seconde portions 1 1 , 12 du premier secteur 1 , la seconde portion 12 du premier secteur 1 et la première portion 21 du second secteur 2, la première portion 21 du second secteur 2 et la seconde portion 22 du second secteur 2 ainsi que la seconde portion du second secteur d'une spire voisine et la première portion 1 1 du premier secteur 1 sont deux à deux reliées par un via 31 à 34 respectif traversant la carte de circuit imprimé.
Il s'ensuit que pour chacun des deux secteurs 1 , 2 de la spire 10, ce secteur 1 ou 2 présente un dénivelé entre deux portions latérales 1 1 , 12 ; 21 , 22 du secteur 1 , 2. Pour chaque secteur 1 , 2, une portion 1 1 ou 21 est sur une première face du circuit imprimé et l'autre portion associée 12 ou 22 est sur la seconde face du circuit imprimé. Il n'y a donc plus de secteurs supérieur 1 ou inférieur 2 comme le prévoyait l'état de la technique mais des secteurs 1 , 2 divisant longitudinalement la spire 10 avec chaque secteur 1 , 2 se répartissant sur les deux faces du circuit imprimé, une portion 1 1 ou 12 du premier secteur 1 sur une face de la carte étant prolongée par une portion 22 ou 21 du second secteur 2 sur l'autre face et inversement, deux portions 1 1 , 12 ; 21 , 22 d'un même secteur 1 , 2 s'étendant sur des faces différentes de la carte de circuit imprimé.
Aux figures 4 à 8, les portions 1 1 , 12 ; 21 , 22 des premier et second secteurs 1 , 2 sont montrées relativement planes mais ceci peut être différent. De même les portions 1 1 , 12 ; 21 , 22 d'un même premier 1 ou second secteur 2 ne sont pas forcément égales en dimension, l'important est qu'elles soient traversées par un même flux magnétique. La division des première et seconde portions 1 1 , 12 ; 21 , 22 du premier secteur 1 ou respectivement du second secteur 2 peut donc être faite essentiellement pour que deux portions 1 1 , 12 ou 21 , 22 d'un même secteur 1 ou 2, par exemple les première et seconde portions 1 1 , 12 du premier secteur 1 ou respectivement les première et seconde portions 21 , 22 du second secteur 2 reçoivent un flux magnétique égal.
A la figure 4, la seconde portion 12 du premier secteur 1 est montrée hachurée pour être mieux visible. A la figure 5, la première portion 21 du second secteur 2 est montrée hachurée tandis qu'à la figure 6, la seconde portion 22 du second secteur 2 est montrée hachurée. A la figure 7, la première portion 1 1 du premier secteur 1 est montrée hachurée. A la figure 8, ce sont les portions de la spire 10 modifiées par rapport à une spire 10a de l'état de la technique montrée à la figure 3, qui sont dessinées en pointillés.
L'alignement des premier et second secteurs 1 , 2 n'est pas forcément linéaire. Il peut aussi s'agir d'un arc de cercle ou éventuellement d'ellipse. L'homme du métier aura compris que cet alignement correspond à la direction de déplacement de l'objet dont on souhaite connaître la position. C'est le plus souvent un déplacement linéaire avec dans ce cas l'utilisation d'un capteur de position linéaire. Cependant, il peut aussi s'agir d'un déplacement selon une trajectoire courbe, le plus souvent circulaire.
Pour chaque spire, les première et seconde portions 1 1 , 12 du premier secteur 1 peuvent présenter des bords latéraux respectivement sur la première face et la seconde face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords latéraux connectées par un premier via 31 .
Les premier et second secteurs 1 , 2 peuvent être de forme semi-hexagonale avec cependant pour le premier secteur 1 une seconde portion 12 et pour le second secteur 2 une deuxième portion 22, affaissées en étant disposées sur l'autre face de la carte de circuit imprimé que la première portion 1 1 du premier secteur 1 ou la première portion 21 du second secteur 2. Les spires 10 peuvent être réalisées en formant des portions linéaires et le nombre de portions linéaires est limité sans trop pénaliser la surface de la spire.
Pour chaque spire, la seconde portion 12 du premier secteur 1 et la première portion 21 du second secteur 2 peuvent présenter des bords longitudinaux respectivement sur la seconde face et la première face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords longitudinaux connectées par un deuxième via 32, ce deuxième via 32 pouvant aussi servir de connexion avec une spire adjacente à la présente spire 10 détaillée.
Les première et seconde portions 21 , 22 du second secteur 2 peuvent présenter des bords latéraux respectivement sur la première face et la seconde face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords latéraux connectées par un troisième via 33. Les extrémités haute ou basse du premier via 31 peuvent être alignées avec les extrémités haute ou basse du troisième via 33 selon l'axe longitudinal de la spire 10.
Enfin, la seconde portion 22 du second secteur 2 d'une spire 10 voisine et la première portion 1 1 du premier secteur 1 présente des bords longitudinaux respectivement sur la seconde face et la première face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords longitudinaux connectées par un quatrième via 34.
La liaison de l'extrémité du bord longitudinal de la première portion 1 1 du premier secteur 1 et du quatrième via 34 et la liaison de l'extrémité du bord longitudinal de la première portion 21 du second secteur 2 et du deuxième via 32 peuvent être dans un même plan parallèle à la carte de circuit imprimé, les deuxième et quatrième via 34 étant de la même longueur.
II peut en aller de même pour une longueur commune du premier via 31 et du troisième via 33. Les quatre via 31 à 34 peuvent aussi être de même longueur.
Les bords longitudinaux des première et seconde portions 1 1 , 12 du premier secteur 1 et respectivement du second secteur 2 peuvent être orientés l'un vers l'autre dans des plans superposés. Une extrémité du bord longitudinal de la seconde portion 12 du premier secteur 1 peut être connectée à l'extrémité inférieure du deuxième via 32 et une extrémité du bord longitudinal de la première portion 21 du second secteur 2 peut être connectée à l'extrémité supérieure du deuxième via 32.
Les premier et second secteurs 1 , 2 peuvent présenter une longueur égale et le décalage dans la direction longitudinale entre deux spires 10 voisines peut être inférieur à la longueur du premier 1 ou du second secteur 2. Ce décalage dans la direction longitudinale peut être constant. En se référant aux figures 1 , 2 et à une quelconque des figures 4 à 8, tout en considérant que les spires 10a montrées à ces figures doivent être remplacées par des spires 10 conformes à la présente invention, le bobinage primaire peut entourer les bobinages secondaires 4, 6 en présentant des spires 10 comportant des portions linéaires s'étendant longitudinalement. Un capteur selon l'invention peut comporter deux ensembles de bobinages secondaires 4, 6, l'un pour réaliser une fonction sinus et l'autre pour réaliser une fonction cosinus.
L'un de ces ensembles de bobinages secondaires 4, 6 peut comporter par exemple deux bobinages secondaires 4, 6 disposés symétriquement par rapport à un axe médian A et reliés de telle sorte que les forces électromotrices induites dans les spires 10 d'un premier bobinage secondaire 4, 6 s'opposent aux forces électromotrices induites dans les spires 10 du second bobinage secondaire 4, 6. Il peut y avoir plus de deux bobinages secondaires 4, 6, notamment des bobinages secondaires 4, 6 redondants.
Les spires 10 d'un même bobinage secondaire 4, 6 peuvent être connectées entre elles de telle sorte que les forces électromotrices induites dans ces spires 10 par un champ magnétique alternatif s'additionnent.
La présente invention ne se limite pas à la forme de la réalisation décrite ci- dessus et aux variantes évoquées à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes les variantes à la portée de l'homme du métier dans le cadre défini par les revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur de position inductif comportant, d'une part, un bobinage primaire et, d'autre part, au moins deux bobinages secondaires (4, 6) constitués chacun de plusieurs spires (10) réalisées sur deux faces opposées d'une carte de circuit imprimé, chaque bobinage secondaire (4, 6) comportant des spires (10) présentant chacune sensiblement la même forme et lesdites spires (10) étant alignées selon une direction dite longitudinale avec à chaque fois un décalage dans la direction longitudinale, chacune desdites spires (10) étant divisée dans une longueur de spire en un premier secteur (1 ) et un second secteur (2) complémentaires et successifs, caractérisé en ce que :
• le premier secteur (1 ) est divisé dans une largeur de spire en une première portion (1 1 ) disposée sur une face de la carte de circuit imprimé dite première face et une seconde portion (12) disposée sur une face de circuit imprimé opposée à la première face, la face opposée étant dite seconde face, les première et seconde portions (1 1 , 12) du premier secteur (1 ) étant complémentaires,
• la seconde portion (12) du premier secteur (1 ) est prolongée dans la longueur de la spire par une première portion (21 ) du second secteur (2) disposée sur la première face du circuit imprimé,
• la première portion (21 ) du second secteur (2) est prolongée dans la largeur de la spire par une seconde portion (22) du second secteur (2) disposée sur la seconde face du circuit imprimé, les première et seconde portions (21 , 22) du second secteur (2) divisant le second secteur (2) dans sa largeur en étant complémentaires,
• la première portion (1 1 ) du premier secteur (1 ) est connectée à la seconde portion (22) du second secteur (2) d'une spire voisine,
• les première et seconde portions (1 1 , 12) du premier secteur (1 ), la seconde portion (12) du premier secteur (1 ) et la première portion (21 ) du second secteur (2), la première portion (21 ) du second secteur (2) et la seconde portion (22) du second secteur (2) ainsi que la seconde portion (22) du second secteur (2) d'une spire voisine et la première portion (1 1 ) du premier secteur (1 ) sont reliées par un via (31 à 34) respectif traversant la carte de circuit imprimé.
2. Capteur de position inductif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que pour chaque spire:
• les première et seconde portions (1 1 , 12) du premier secteur (1 ) présentent des bords latéraux respectivement sur la première face et la seconde face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords latéraux connectées par un premier via (31 ),
• la seconde portion (12) du premier secteur (1 ) et la première portion (21 ) du second secteur (2) présentent des bords longitudinaux respectivement sur la seconde face et la première face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords longitudinaux connectées par un deuxième via (32),
• les première et seconde portions (21 , 22) du second secteur (2) présentent des bords latéraux respectivement sur la première face et la seconde face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords latéraux connectées par un troisième via (33),
• la seconde portion (22) du second secteur (2) d'une spire voisine et la première portion (1 1 ) du premier secteur (1 ) présentent des bords longitudinaux respectivement sur la seconde face et la première face de la carte de circuit imprimé avec les extrémités en vis-à-vis de leurs bords longitudinaux connectées par un quatrième via (34).
3. Capteur de position inductif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la liaison de l'extrémité du bord longitudinal de la première portion (1 1 ) du premier secteur (1 ) et du quatrième via (34) et la liaison de l'extrémité du bord longitudinal de la première portion (21 ) du second secteur (2) et du deuxième via (32) sont dans un même plan parallèle à la carte de circuit imprimé, les deuxième et quatrième via (34) étant de la même longueur.
4. Capteur de position inductif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le premier via (31 ) et le troisième via (33) sont de la même longueur.
5. Capteur de position inductif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bords longitudinaux des première et seconde portions (1 1 , 12 ; 21 , 22) du premier secteur (1 ) et respectivement du second secteur (2) sont orientés l'un vers l'autre dans des plans superposés.
6. Capteur de position inductif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et second secteurs (1 , 2) présentent une longueur égale et le décalage dans la direction longitudinale entre deux spires (10) voisines est inférieur à la longueur du premier (1 ) ou du second secteur (2).
7. Capteur de position inductif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le décalage longitudinal entre deux spires (10) est constant.
8. Capteur de position inductif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la division des première et seconde portions (1 1 , 12; 21 , 22) du premier secteur (1 ) ou respectivement du second secteur (2) est faite pour que les première et seconde portions (1 1 , 12; 21 , 22) du premier secteur (1 ) ou respectivement du second secteur (2) reçoivent un flux magnétique égal.
9. Capteur de position inductif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bobinage primaire entoure les bobinages secondaires (4, 6) et présente des spires comportant des portions linéaires s'étendant longitudinalement.
10. Capteur de position inductif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les spires (10) d'un même bobinage secondaire (4, 6) sont connectées entre elles de telle sorte que les forces électromotrices induites dans ces spires (10) par un champ magnétique alternatif s'additionnent.
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