WO2022248221A1 - Capteur de position inductif symétrique - Google Patents

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WO2022248221A1
WO2022248221A1 PCT/EP2022/062732 EP2022062732W WO2022248221A1 WO 2022248221 A1 WO2022248221 A1 WO 2022248221A1 EP 2022062732 W EP2022062732 W EP 2022062732W WO 2022248221 A1 WO2022248221 A1 WO 2022248221A1
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WO
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turns
printed circuit
secondary coil
position sensor
coil
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/062732
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English (en)
Inventor
Alain Fontanet
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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Publication date
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    • 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
    • G01D5/20—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2046—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core

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 means that the applications of such sensors are very numerous in all types of industries.
  • Such sensors are also used in applications for the general public such as, for example, the automobile field within which the present invention has been made. However, it can be used in other areas.
  • 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 windings varies according to the position of a mobile conductive (electricity) part, generally called "target".
  • Target a mobile conductive (electricity) part
  • Currents induced in the target indeed modify the currents induced in the secondary windings.
  • the target which is a conductive part, for example metal, can have a simple shape. It may for example be a piece cut from sheet metal. To make a linear sensor, the cutout for producing the target is for example rectangular, while for a rotary sensor, this cutout will for example be in the form of an angular sector with a radius and angle adapted to the movement of the part.
  • two sets of secondary windings are designed to perform sine and cosine functions of the target position over a full sensor travel.
  • Such functions cos and sin
  • Such functions are well known and can easily be processed by an electronic system.
  • the argument of the sine and cosine functions is a linear (or affine) function of the position of the target whose course then represents a greater or lesser part of the spatial period of these trigonometric functions.
  • the second option is not compatible with the production of a compact sensor. Therefore, it is generally chosen to have a large number of turns.
  • the object of the invention is to improve the inductive position sensors of the prior art, in particular as regards their linearity and their precision.
  • the invention relates to an inductive position sensor comprising, on the one hand, a primary coil and, on the other hand, at least one secondary coil which comprises at least two secondary windings each consisting of several turns made on at least two layers of a printed circuit board, each of these two secondary windings being arranged as follows:
  • the secondary winding comprises turns each having substantially the same shape
  • each of said turns has a first generally concave part arranged on one layer of the printed circuit board and a second generally concave part arranged on another layer of the printed circuit board;
  • the first part of a turn is connected to the second part of the same turn by a first via passing through the printed circuit board;
  • the first part of a turn is connected to the second part of an adjacent turn by a second via passing through the printed circuit board;
  • the first part of a turn has a first edge extending from the first via, a second edge extending from the second via and a bottom connecting the first and second edges;
  • An offset in the longitudinal direction between two neighboring turns is less than a distance separating the bottom of a first part of a turn and an axis passing through the corresponding first and second vias.
  • first and second parts of the turns of the two secondary windings are arranged according to a mirror symmetry on either side of a transverse separation plane, this separation plane transverse being located between the two secondary windings and being orthogonal to the longitudinal direction.
  • the mirror symmetry denotes, in a known manner, a planar symmetry relative to a plane of symmetry, here said transverse plane of separation.
  • the mirror symmetry according to the invention relates to the secondary windings considered in the three dimensions of space, and not to a simple orthogonal projection of said secondary windings.
  • the expression “comprising two secondary windings” is here to be interpreted as “comprising at least two secondary windings”.
  • Such an inductive position sensor benefits from improved accuracy and linearity.
  • the voltage measurements at the terminals of the secondary coils of such a sensor produce sinusoidal signals whose symmetry of negative and positive amplitudes is improved. Moreover, the positions of the target which theoretically must correspond to a zero voltage across the terminals of a secondary coil, actually correspond, thanks to this symmetrical arrangement, to a value close to zero.
  • the adjustment of the sensor electronics is facilitated with regard to the compensation of the residual offset of the signals, this offset being reduced to its source. The reduction of this residual offset of the signals makes it possible to easily adjust the electronics of the sensor and therefore the electrical machine to which the sensor is associated, and this without increasing the size and while keeping the usual shape of this type of sensor.
  • the inductive position sensor according to the invention is particularly suitable for measuring the angular position of a rotating machine rotor.
  • the invention is particularly suitable for the electrification of vehicles, whether in vehicles with electric propulsion or in the increasing number of functions performed by electric motors within thermal powertrains.
  • These electric motors are generally permanent magnet synchronous motors whose efficiency is high but which require precise knowledge of the angular position of the rotor in order to be controlled.
  • the sensor according to the invention is insensitive to the magnetic field of the permanent magnets (in the case of a high-frequency primary supply) while providing linear and more precise position data.
  • the inductive position sensor according to the invention is also particularly suitable for measuring the angular position of a rotor from only an angular sector cooperating with multiple targets linked to the rotor, thus favoring the compactness of the inductive position sensor. .
  • the second part of a turn is connected to the first part of the same turn by said first via passing through the printed circuit board;
  • the second part of a turn is connected to the first part of an adjacent turn by a third via passing through the printed circuit board;
  • the second part of a turn has a first edge extending from the first via, a second edge extending from the third via and a bottom connecting the first and second edges.
  • the inductive position sensor may include the following additional features, alone or in combination:
  • the sensor comprises a first secondary coil comprising a first secondary coil and a second secondary coil electrically connected at a first transverse separation plane, the first parts of the turns of each of said first secondary coil and second secondary coil extending symmetrically on either side of the first transverse separation plane, on a first layer of the printed circuit;
  • the sensor comprises a second secondary coil comprising a third secondary winding and a fourth secondary winding electrically connected at the level of a second transverse separation plane, the first parts of the turns of each of said third secondary winding and fourth secondary winding extending symmetrically on either side of the second transverse separation plane, on a third layer of the printed circuit;
  • the second secondary coil further comprises a fifth secondary coil electrically connected to the fourth secondary coil at the level of a third transverse separation plane, the second parts of the turns of each of said fourth secondary coil and fifth secondary coil extending symmetrically on either side and on the other side of the third transverse separation plane, on a fourth printed circuit layer;
  • the first secondary coil and the second secondary coil are nested so that the plane corresponding to the magnetic medium of the first secondary coil coincides with the plane corresponding to the magnetic medium of the second secondary coil;
  • the secondary windings are arranged so that the electromotive forces induced in the turns of one of the secondary windings oppose the electromotive forces induced in the turns of the other secondary winding.
  • FIG. 1 shows in perspective an inductive position sensor according to the invention
  • FIG. 5 shows the first secondary coil of the sensor according to the invention, perspective view
  • FIG. 6 shows the second secondary coil of the sensor according to the invention, seen in perspective.
  • FIGS. 1 and 2 represent an inductive position sensor according to the invention, respectively in perspective and from the front.
  • This sensor has the general shape of an arc of a circle and is, in this example, suitable for measuring the angular position of the rotor of an electric motor, on which a target (not shown) is mounted.
  • the target is preferably a piece of aluminium.
  • the rotor comprises as many targets as the motor has pairs of poles, and the dimensions of the inductive position sensor are adapted so that the angular sector covered allows the sensor to always face at least one target.
  • This inductive position sensor here comprises a primary coil 2 and two secondary coils 3, 5, each made by several windings. These windings are made by conductive tracks etched on a printed circuit board and are described in detail below.
  • the inductive position sensor is similar to a transformer with a primary transmitting coil and secondary receiving coils, and its operating principles are known from the prior art.
  • the primary coil 2 has turns 26 also made on several layers of the printed circuit, so as to surround the turns of the secondary coils 3, 5.
  • FIG. 3 shows a top view of the first secondary coil 3 which in this example comprises a first secondary winding 4 and a second secondary winding 6.
  • the secondary coil 3 is also shown in perspective in FIG. 5.
  • Each of these two windings has turns 8. Note that for each of these windings, the turns 8 are all substantially similar but each time offset from each other in a longitudinal direction 10.
  • the longitudinal direction 10 is an arc.
  • the longitudinal direction 10 would be rectilinear.
  • the longitudinal offset between two neighboring turns is the same each time.
  • the second secondary winding 6 is similar to the first secondary winding 4.
  • the number of turns of the two windings 4, 6 is the same and the surface of the turns is also the same.
  • the first secondary winding 4 and the second secondary winding 6 are electrically connected at the level of a first transverse separation plane P1 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.
  • the first transverse separation plane P1 is located between the two windings 4, 6 and is orthogonal to the longitudinal direction 10.
  • the transverse separation plane is therefore orthogonal to a tangent to the curve defined by the longitudinal direction 10.
  • This first secondary coil 3 comprises two connection tracks 18 making it possible to connect its secondary windings 4, 6 to a device for measuring the voltage prevailing at the terminals thereof.
  • Each of these secondary windings 4, 6 comprises turns 8 offset longitudinally (along the same longitudinal axis 10) each comprising a first concave upper part 12, a second lower part 14 of opposite concavity and connecting sections 16 between the upper part 12 and the lower part 14.
  • Connection tracks 18 also allow the connection of the coil 3 to the measurement circuit.
  • the assembly formed by the first secondary winding 4 and by the second secondary winding 6 makes it possible, for example, to perform a sine function when a conductive target moves close to these windings.
  • a second secondary coil 5 which is nested in the first secondary coil 3.
  • the second secondary coil 5 is illustrated alone from the front in FIG. 4 and in perspective in Figure 6.
  • the second secondary coil 5 comprises in this example three windings: a third secondary winding 20, a fourth secondary winding 22 and a fifth secondary winding 24.
  • a second secondary coil 5 which is identical to the first secondary coil 3 but which is offset linearly with respect to the first secondary coil 3, in the longitudinal direction 10, by a distance corresponding to a shift of 90° (like the curves representing the mathematical functions COS and SIN are shifted.
  • Performing the sine function and the cosine function with two identical coils takes up more space on the printed circuit but simplifies the sensor.
  • each of these secondary windings 20, 22, 24 (illustrated in FIG. 4) is made in the same way as the first secondary winding 4 and the second secondary winding 6.
  • Each of these windings 20, 22, 24 comprises turns 8 offset longitudinally (along the same longitudinal axis 10) each comprising a first concave upper part 12, a second lower part 14 of opposite concavity and connecting sections 16 between the upper 12 and the lower part 14.
  • connection tracks 18 At the level of the assembly formed by the third secondary winding 20, the fourth secondary winding 22 and the fifth secondary winding 24, there are also connection tracks 18.
  • the third secondary winding 20 and the fourth secondary winding 22 are connected to each other at a second transverse separation plane P2 such that for a given variable magnetic flux, the electromotive forces induced in the third winding secondary winding 20 oppose the electromotive forces induced in the fourth secondary winding 22.
  • the fourth secondary winding 22 and the fifth secondary winding 24 are connected to each other at a third transverse separation plane P3 such that for a given variable magnetic flux, the electromotive forces induced in the fourth secondary winding 22 oppose the electromotive forces induced in the fifth secondary winding 24.
  • the electromotive forces induced by a variable magnetic flux in each of the turns 8 add up.
  • the second transverse separation plane P2 and the third transverse separation plane P3 are orthogonal to the longitudinal direction 10 and are each arranged between two windings.
  • Figures 1 and 2 illustrate the interweaving of these two secondary coils 3, 5.
  • the interweaving is carried out by making the longitudinal axes 10 of the coils coincide. 3, 5.
  • it is chosen to have redundancy in order to be able to perform two position measurements and thus be able to identify a possible failure at the level of the position sensor. Redundant secondary windings are then provided.
  • the secondary windings are produced on the same printed circuit board in such a way that the secondary windings are centered inside the primary winding 2.
  • the latter has turns 26 arranged in such a way that the longitudinal axis 10 is also the longitudinal axis for the primary winding 2. It is thus possible for each turn of a secondary winding to be at the same distance from the primary winding 2 as another secondary winding turn. Each turn can thus bring the same coupling, thus facilitating the adjustment of the windings to ensure good precision of the sensor.
  • the shape of the turns is preferably optimized to arrange a greater number of turns on a given surface, or more exactly in a given volume, as small as possible.
  • the substantially hexagonal shape of the turns allows this optimization.
  • the hexagonal shape of the turns is not perfect since the hexagons are not really closed due to the offset between two neighboring turns. However, each half-turn has three sides (two edges and a bottom) forming an irregular half-hexagon.
  • Figures 5 and 6 respectively illustrate the first secondary coil 3 and the second secondary coil 5, seen in perspective so as to make visible the path of the turns given the path of the tracks etched on the printed circuit board (the latter not having not shown).
  • each secondary coil 3 5
  • one (or more) winding(s) supply a positive signal
  • one (or more) winding(s) supply a negative signal.
  • Each winding is made up of several turns 8.
  • Each turn 8 is made up of two parts, in the form of a half-turn. Each half-turn is positioned on a layer of the printed circuit board. The two half-turns constituting a turn are positioned on two different layers of the printed circuit board and are connected by vias.
  • the first secondary coil 3 comprises turns 8 which each have a first upper part 12 (forming a first half-turn) and a second lower part 14 (forming a second half-turn), the first part upper 12 corresponding to a track etched on one layer of a printed circuit board and the second lower part 14 corresponding to a track etched on another layer of the same printed circuit board. Electrical continuity between said tracks forming the first upper part 12 and the second lower part 14 is provided by a first via 36a (see FIG. 3) passing through the printed circuit board within which a section 16 provides said electrical continuity. The same goes for the second secondary coil 5.
  • the electrical continuity between two neighboring turns is ensured as follows: the first part 12 of a turn is connected to the second part of a neighboring turn by a second via 36b (see FIGS. 3 and 4) passing through the circuit board printed in which a section 16 provides said electrical continuity.
  • Each first upper part 12 and each second lower part 14 have, in the embodiment shown in the drawing, the shape of a half-hexagon (irregular).
  • Each first upper part 12 and each second lower part 14 each thus have a globally concave shape, the concavity of the first upper part 12 of a turn 8 being oriented opposite to the concavity of the second lower part 14 of the same turns.
  • the upper parts 12 have a concavity oriented on a first side and the lower parts 14 have a concavity oriented on the side opposite the first side. It would thus be possible to have lower and/or upper parts in the form of an arc of a circle, an arc of an ellipse, a half octagon, etc.
  • the sections 16, the position of which also corresponds to that of the first and second vias (36a, 36b) to which they are connected, are aligned on two arcs of circles both extending at equal distance on either side of the longitudinal axis 10.
  • the half-turns are regularly distributed with a regular offset.
  • the offset d1 (cf. figure 3) along the longitudinal direction between two neighboring turns, i.e. between two neighboring first vias (36a) or two neighboring second vias (36b) is less than a distance d2 between the bottom 32 of a first part 12 of a turn 8 and an axis X passing through the first and second vias (36a, 36b) corresponding (see Figure 3). This makes it possible to optimize the number of turns on a given surface.
  • the turns of the first secondary coil 3 are arranged according to mirror symmetry on either side of the first transverse separation plane P1 which is between the two windings 4 and 6. This is the arrangement of the turns, and in particular the distribution of the upper parts 12 and the lower parts 14, which are arranged according to a mirror symmetry, and not the whole of the coil 3 itself.
  • first upper parts 12 of each turn 8 are arranged symmetrically on either side of the transverse separation plane P1, on the same layer of the printed circuit.
  • second lower parts 14 of each turn 8 are also arranged symmetrically on either side of the transverse separation plane P 1 , both on the same layer of the printed circuit, different from the previous one.
  • the target to be detected When the target to be detected straddles the transverse separation plane P1, it is therefore opposite the first upper part 12 of the two turns flanking the transverse separation plane P1.
  • the target is therefore opposite two half-turns, one of which provides a positive signal and the other a negative signal.
  • the target is equidistant from these two half-turns (which are on the same layer of the printed circuit board).
  • the coupling therefore corresponds here to a zero voltage value (or close to zero), which is in accordance with the theoretical model of the sensor. A more linear, more precise, and easier to adjust sensor is thus obtained.
  • the second secondary coil 5 is arranged according to the same principles as the first secondary coil 3.
  • the windings 20, 22, 24 are symmetrical in pairs with respect to the transverse separation planes P2, P3.
  • the first upper parts 12 of the turns which are arranged on either side of the second transverse separation plane P2 are arranged according to mirror symmetry. In other words, the upper half-turns of the two windings 20, 22 are turned towards the side of the transverse separation plane P2.
  • the second lower parts 14 of the turns which are arranged on either side of the third transverse separation plane P3, are arranged according to mirror symmetry. In other words, the lower half-turns of the two windings 22, 24 are turned towards the side of the transverse separation plane P3.
  • the fifth winding 24 being truncated with respect to the fourth winding 22, only the second lower parts 14 of the turns are arranged according to mirror symmetry.
  • the height of the sections 16 of the second coil 5 is lower than the height of the sections 16 of the first coil 2, and the second coil 5 is housed, within the printed circuit board, in a median position with respect to to the first coil 3.
  • the printed circuit board is a four-layer board and:
  • the first upper parts 12 and second lower parts 14 of the first secondary coil 3 are etched on the two outer layers of the card.
  • the plane corresponding to the magnetic medium of the first secondary coil 3 coincides with the plane corresponding to the magnetic medium of the second secondary coil 5, and corresponds to the median plane of the printed circuit board.
  • the target thus acts on the sine signal and on the cosine signal at the same distance, which contributes to improving the linearity of the sensor.
  • each of the turns being divided in a turn length into a first sector and a second sector, complementary and successive:
  • the first sector is divided in a turn width into a first portion arranged on a first layer of the printed circuit board, and a second portion arranged on a second layer of printed circuit, the first and second portions of the first sector being complementary ;
  • the second portion of the first sector is extended along the length of the turn by a first portion of the second sector placed on the first layer 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 arranged on the second layer 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 an adjacent turn;
  • each half-turn can itself be distributed over two layers of printed circuit.
  • This variant does not improve the linearity but decreases the sensitivity of the sensor to the variation in the value of the air gap.
  • inductive position sensor can be considered.
  • in the number, arrangement, and shape of the coils used as long as at least two windings of a secondary coil comprise half-turns arranged according to mirror symmetry on either side of a plane of transverse separation.

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

Abstract

Capteur de position inductif comportant, d'une part, une bobine primaire (2) et, d'autre part, au moins une bobine secondaire (3, 5) qui comporte au moins deux bobinages secondaires constitués chacun de plusieurs spires réalisées sur deux couches d'une carte de circuit imprimé. Chacune desdites spires présente une première partie globalement concave disposée sur une couche de la carte de circuit imprimé et une seconde partie globalement concave disposée sur une autre couche de la carte de circuit imprimé. Parmi les premières parties (12) et deuxième parties (14) des spires des deux bobinages secondaires, au moins certaines de ces premières et deuxièmes parties sont agencées selon une symétrie miroir de part et d'autre d'un plan de séparation transversal, ce plan de séparation transversal (étant situé entre les deux bobinages secondaires et étant orthogonal à la direction longitudinale.

Description

Capteur de position inductif symétrique
DOMAINE TECHNIQUE
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 tous types d'industries. De tels capteurs sont également utilisés dans des applications grand public comme par exemple le domaine de l'automobile au sein duquel la présente invention a été réalisée. Toutefois, elle peut être utilisée dans d'autres domaines.
Le principe de fonctionnement d'un capteur inductif repose sur la variation de couplage entre un bobinage primaire et des bobinages secondaires d'un transformateur fonctionnant à haute fréquence et sans utiliser de circuit magnétique. Le couplage entre ces bobinages varie en fonction de la position d'une pièce conductrice (de l'électricité) mobile, appelée généralement "cible". Des courants induits dans la cible viennent en effet modifier les courants induits dans les bobinages secondaires. En adaptant la configuration des bobinages et en connaissant le courant injecté dans le bobinage primaire, la mesure de la tension induite dans les bobinages secondaires permet de déterminer la position de la cible.
ART ANTÉRIEUR
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 (cos et sin) sont bien connues et peuvent facilement être traitées par un système électronique. En faisant le rapport du sinus par le cosinus puis en appliquant une fonction arctangente, on obtient une image de la position de la cible. L'argument des fonctions sinus et cosinus est une fonction linéaire (ou affine) de la position de la cible dont la course représente alors une partie plus ou moins grande de la période spatiale de ces fonctions trigonométriques.
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 FR3002034 de réaliser des spires pour former les bobinages secondaires sur deux couches distinctes de la carte de circuit imprimé. Pour ce faire, des via traversant la carte de circuit imprimé sont prévus 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. L’agencement de spires des bobinages secondaires d'un tel capteur de position inductif est facile à mettre en œuvre, limite pour un nombre de spires données le nombre de vias à réaliser dans la carte de circuit imprimé correspondant, et les spires peuvent être agencées de manière compacte afin de limiter l'encombrement du capteur.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
L’invention a pour but d’améliorer les capteurs de position inductifs de l’art antérieur, notamment en ce qui concerne leur linéarité et leur précision.
À cet effet, l’invention vise un capteur de position inductif comportant, d'une part, une bobine primaire et, d'autre part, au moins une bobine secondaire qui comporte au moins deux bobinages secondaires constitués chacun de plusieurs spires réalisées sur au moins deux couches d'une carte de circuit imprimé, chacun de ces deux bobinages secondaires étant agencé comme suit :
- le bobinage secondaire comporte des spires présentant chacune sensiblement la même forme ;
- lesdites spires sont alignées selon une direction longitudinale avec à chaque fois un décalage dans la direction longitudinale ;
- chacune desdites spires présente une première partie globalement concave disposée sur une couche de la carte de circuit imprimé et une seconde partie globalement concave disposée sur une autre couche de la carte de circuit imprimé ;
- la première partie d'une spire est reliée à la seconde partie de la même spire par un premier via traversant la carte de circuit imprimé ;
- la première partie d'une spire est reliée à la seconde partie d'une spire voisine par un second via traversant la carte de circuit imprimé ;
- la première partie d'une spire présente un premier bord s'étendant à partir du premier via, un second bord s'étendant à partir du second via et un fond reliant les premier et second bords ;
- le premier bord et le second bord convergent en s'éloignant des premier et second vias correspondants ;
- un décalage dans la direction longitudinale entre deux spires voisines est inférieur à une distance séparant le fond d'une première partie d'une spire et un axe traversant le premier et second vias correspondants.
De plus, parmi les premières parties et deuxièmes parties des spires des deux bobinages secondaires, au moins certaines de ces premières et deuxièmes parties sont agencées selon une symétrie miroir de part et d’autre d’un plan de séparation transversal, ce plan de séparation transversal étant situé entre les deux bobinages secondaires et étant orthogonal à la direction longitudinale.
La symétrie miroir désigne, de manière connue, une symétrie planaire relativement à un plan de symétrie, ici ledit plan de séparation transversal.
Il est à noter que la symétrie miroir selon l’invention se rapporte aux bobinages secondaires considérés dans les trois dimensions de l’espace, et non à une simple projection orthogonale desdits bobinages secondaires. L’expression « comportant deux bobinages secondaires » est ici à interpréter comme « comportant au moins deux bobinages secondaires ».
Un tel capteur de position inductif bénéficie d’une amélioration de sa précision et de sa linéarité.
Les mesures de tension aux bornes des bobines secondaires d’un tel capteur produisent des signaux sinusoïdaux dont la symétrie des amplitudes négatives et positives est améliorée. De plus, les positions de la cible qui théoriquement doivent correspondre à une tension nulle aux bornes d’une bobine secondaire, correspondent effectivement, grâce à cet agencement symétrique, à une valeur proche de zéro. Le réglage de l’électronique du capteur est facilité en ce qui concerne la compensation du décalage résiduel des signaux, ce décalage étant réduit à sa source. La réduction de ce décalage résiduel des signaux permet de régler facilement l’électronique du capteur et donc la machine électrique auquel le capteur est associé, et ce sans augmenter l’encombrement et en gardant la forme habituelle de ce type de capteur.
Le capteur de position inductif selon l’invention est particulièrement adapté à la mesure de la position angulaire d’un rotor de machine tournante.
L’invention est particulièrement adaptée à l’électrification des véhicules, que ce soit dans les véhicules à propulsion électrique ou dans le nombre croissant de fonctions réalisées par des moteurs électriques au sein des groupes motopropulseurs thermiques. Ces moteurs électriques sont généralement des moteurs synchrones à aimants permanents dont le rendement est élevé mais qui exigent une connaissance précise de la position angulaire du rotor pour être pilotés. Le capteur selon l’invention est insensible au champ magnétique des aimants permanents (dans le cas d’une alimentation du primaire à haute fréquence) tout en fournissant des données de position linéaires et plus précises.
Le capteur de position inductif selon l’invention est également particulièrement adapté à la mesure de la position angulaire d’un rotor à partir seulement d’un secteur angulaire coopérant avec de multiples cibles liées au rotor, favorisant ainsi la compacité du capteur de position inductif.
De manière avantageuse : - la seconde partie d'une spire est reliée à la première partie de la même spire par ledit premier via traversant la carte de circuit imprimé ;
- la seconde partie d'une spire est reliée à la première partie d'une spire voisine par un troisième via traversant la carte de circuit imprimé ; et
- la seconde partie d'une spire présente un premier bord s'étendant à partir du premier via, un second bord s'étendant à partir du troisième via et un fond reliant les premier et second bords.
Le capteur de position inductif peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- le capteur comporte une première bobine secondaire comportant un premier bobinage secondaire et un deuxième bobinage secondaire électriquement reliés au niveau d’un premier plan de séparation transversal, les premières parties des spires de chacun desdits premier bobinage secondaire et deuxième bobinage secondaire s’étendant symétriquement de part et d’autre du premier plan de séparation transversal, sur une première couche du circuit imprimé ;
- les deuxièmes parties des spires de chacun desdits premier bobinage secondaires et deuxième bobinage secondaire s’étendent symétriquement de part et d’autre du premier plan de séparation transversal, sur une deuxième couche du circuit imprimé ;
- le capteur comporte une deuxième bobine secondaire comportant un troisième bobinage secondaire et un quatrième bobinage secondaire électriquement reliés au niveau d’un deuxième plan de séparation transversal, les premières parties des spires de chacun desdits troisième bobinage secondaire et quatrième bobinage secondaire s’étendant symétriquement de part et d’autre du deuxième plan de séparation transversal, sur une troisième couche du circuit imprimé ;
- la deuxième bobine secondaire comporte de plus un cinquième bobinage secondaire électriquement relié au quatrième bobinage secondaire au niveau d’un troisième plan de séparation transversal, les deuxièmes parties des spires de chacun desdits quatrième bobinage secondaire et cinquième bobinage secondaire s’étendant symétriquement de part et d’autre du troisième plan de séparation transversal, sur une quatrième couche de circuit imprimé ; - la première bobine secondaire et la deuxième bobine secondaire sont imbriquées de sorte que le plan correspondant au milieu magnétique de la première bobine secondaire est confondu avec le plan correspondant au milieu magnétique de la deuxième bobine secondaire ;
- le plan correspondant au milieu magnétique de la première bobine secondaire et le plan correspondant au milieu magnétique de la deuxième bobine secondaire sont confondus avec le plan médian de la carte de circuit imprimé ;
- les bobinages secondaires sont disposés de sorte que les forces électromotrices induites dans les spires de l'un des bobinages secondaires s'opposent aux forces électromotrices induites dans les spires de l’autre bobinage secondaire.
PRÉSENTATION DES FIGURES
- la figure 1 représente en perspective un capteur de position inductif selon l’invention ;
- la figure 2 représente le capteur selon l’invention, vu de face ;
- la figure 3 représente la première bobine secondaire du capteur selon l’invention ;
- la figure 4 représente la deuxième bobine secondaire du capteur selon l’invention ;
- la figure 5 représente la première bobine secondaire du capteur selon l’invention, vue en perspective ;
- la figure 6 représente la deuxième bobine secondaire du capteur selon l’invention, vue en perspective.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Les figures 1 et 2 représentent un capteur de position inductif selon l’invention, respectivement en perspective et de face. Ce capteur présente une forme générale en arc de cercle et est, dans cet exemple, adapté à mesurer la position angulaire du rotor d’un moteur électrique, sur lequel est monté une cible (non représentée). La cible est de préférence une pièce l’aluminium. De préférence, le rotor comporte autant de cibles de que le moteur comporte de paire de pôles, et les dimensions du capteur de positon inductif sont adaptées pour que le secteur angulaire couvert permette au capteur de toujours être en regard d’au moins une cible.
Ce capteur de positon inductif comporte ici une bobine primaire 2 et deux bobines secondaires 3, 5, réalisées chacune par plusieurs bobinages. Ces bobinages sont réalisés par des pistes conductrices gravées sur une plaque de circuit imprimé et sont décrits en détail plus loin.
Le capteur de position inductif s’apparente à un transformateur avec une bobine primaire émettrice et des bobines secondaires réceptrices, et ses principes de fonctionnement sont connus de l’art antérieur.
La bobine primaire 2 comporte des spires 26 réalisées également sur plusieurs couches du circuit imprimé, de manière à entourer les spires des bobines secondaires 3, 5.
La figure 3 représente en vue de dessus la première bobine secondaire 3 qui comporte dans cet exemple un premier bobinage secondaire 4 et un second bobinage secondaire 6. La bobine secondaire 3 est également représentée en perspective à la figure 5. Chacun de ces deux bobinages présente des spires 8. On remarque que pour chacun de ces bobinages, les spires 8 sont toutes sensiblement similaire mais à chaque fois décalées l'une par rapport à l'autre selon une direction longitudinale 10. Dans cet exemple d’application, la direction longitudinale 10 est un arc de cercle. En variante, dans le cas d’un capteur de position linéaire, par exemple, la direction longitudinale 10 serait rectiligne.
Dans une forme de réalisation préférée, le décalage longitudinal entre deux spires voisines est à chaque fois le même. En outre, toujours de manière préférée, le deuxième bobinage secondaire 6 est similaire au premier bobinage secondaire 4. Le nombre de spires des deux bobinages 4, 6 est le même et la surface des spires est également la même.
Le premier bobinage secondaire 4 et le deuxième bobinage secondaire 6 sont électriquement reliés au niveau d’un premier plan de séparation transversal P1 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.
Le premier plan de séparation transversal P1 est situé entre les deux bobinages 4, 6 et est orthogonal à la direction longitudinale 10. Dans le présent exemple où la direction longitudinale 10 est un arc de cercle, le plan de séparation transversal est donc orthogonal à une tangente à la courbe définie par la direction longitudinale 10.
Au sein d'un même bobinage, on remarque que les forces électromotrices induites par un flux magnétique variable dans chacune des spires 8 s'additionnent. Cette première bobine secondaire 3 comporte deux pistes de connexion 18 permettant de relier ses bobinages secondaires 4, 6 à un appareil de mesure de la tension régnant aux bornes de ceux-ci.
Chacun de ces bobinages secondaires 4, 6 comporte des spires 8 décalées longitudinalement (le long du même axe longitudinal 10) comportant chacune une première partie supérieure 12 concave, une seconde partie inférieure 14 de concavité opposée et des tronçons 16 de liaison entre la partie supérieure 12 et la partie inférieure 14. Des pistes de connexion 18 permettent par ailleurs la connexion de la bobine 3 au circuit de mesure.
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 une deuxième bobine secondaire 5 que l'on vient imbriquer dans la première bobine secondaire 3. La deuxième bobine secondaire 5 est illustrée seule de face à la figure 4 et en perspective à la figure 6.
La deuxième bobine secondaire 5 comporte dans cet exemple trois bobinages : un troisième bobinage secondaire 20, un quatrième bobinage secondaire 22 et un cinquième bobinage secondaire 24.
En variante, il est également possible de réaliser la fonction sinus par une deuxième bobine secondaire 5 qui est identique à la première bobine secondaire 3 mais qui est décalée linéairement par rapport à la première bobine secondaire 3, selon la direction longitudinale 10, d’une distance correspondant à un décalage de 90° (comme sont décalés les courbes représentatives des fonctions mathématiques COS et SIN. Réaliser la fonction sinus et la fonction cosinus avec deux bobines identiques prends plus de place sur le circuit imprimé mais simplifie le capteur.
Dans le présent exemple d’une deuxième bobine secondaire comportant trois bobinages, chacun de ces bobinages secondaires 20, 22, 24 (illustrés sur la figure 4) est réalisé de la même manière que le premier bobinage secondaire 4 et le deuxième bobinage secondaire 6. Chacun de ces bobinages 20, 22, 24 comporte des spires 8 décalées longitudinalement (le long du même axe longitudinal 10) comportant chacune une première partie supérieure 12 concave, une seconde partie inférieure 14 de concavité opposée et des tronçons 16 de liaison entre la partie supérieure 12 et la partie inférieure 14. De plus, on retrouve au niveau de l'ensemble formé par le troisième bobinage secondaire 20, le quatrième bobinage secondaire 22 et le cinquième bobinage secondaire 24 également des pistes de connexion 18.
Le troisième bobinage secondaire 20 et le quatrième bobinage secondaire 22 sont reliés l'un à l'autre au niveau d’un deuxième plan de séparation transversal P2 de telle sorte que pour un flux magnétique variable donné, les forces électromotrices induites dans le troisième bobinage secondaire 20 s'opposent aux forces électromotrices induites dans le quatrième bobinage secondaire 22. De plus, le quatrième bobinage secondaire 22 et le cinquième bobinage secondaire 24 sont reliés l'un à l'autre au niveau d’un troisième plan de séparation transversal P3 de telle sorte que pour un flux magnétique variable donné, les forces électromotrices induites dans le quatrième bobinage secondaire 22 s'opposent aux forces électromotrices induites dans le cinquième bobinage secondaire 24. Au sein d'un même bobinage, on remarque que les forces électromotrices induites par un flux magnétique variable dans chacune des spires 8 s'additionnent.
Comme pour le premier plan de séparation transversal P1, le deuxième plan de séparation transversal P2 et le troisième plan de séparation transversal P3 sont orthogonaux à la direction longitudinale 10 et sont disposés chacun entre deux bobinages.
Les figures 1 et 2 illustrent l’imbrication de ces deux bobines secondaires 3, 5. L’imbrication est réalisée en faisant coïncider les axes longitudinaux 10 des bobines 3, 5. Dans une forme de réalisation préférée (non représentée), il est choisi d'avoir une redondance pour pouvoir réaliser deux mesures de position et ainsi pouvoir identifier une éventuelle défaillance au niveau du capteur de position. Des bobinages secondaires redondants sont alors prévus.
Les bobinages secondaires, comme la bobine primaire 2, sont réalisés sur la même carte de circuit imprimé de manière telle que les bobinages secondaires soient centrés à l'intérieur du bobinage primaire 2. Ce dernier présente des spires 26 disposées de telle manière que l'axe longitudinal 10 soit également l’axe longitudinal pour le bobinage primaire 2. Il est ainsi possible pour chaque spire d'un bobinage secondaire de se retrouver à une même distance du bobinage primaire 2 qu'une autre spire de bobinage secondaire. Chaque spire peut ainsi apporter le même couplage, facilitant ainsi le réglage des bobinages pour assurer une bonne précision du capteur.
La forme des spires est de préférence optimisée pour disposer un plus grand nombre de spires sur une surface donnée, ou plus exactement dans un volume donné, le plus petit possible. La forme sensiblement hexagonale des spires permet cette optimisation. La forme hexagonale des spires n'est pas parfaite puisque les hexagones ne sont pas vraiment fermés du fait du décalage entre deux spires voisines. Toutefois, chaque demi-spire présente trois côtés (deux bords et un fond) formant un demi-hexagone irrégulier.
Les figures 5 et 6 illustrent respectivement la première bobine secondaire 3 et la deuxième bobine secondaire 5, vues en perspective de manière à rendre visible le trajet des spires compte tenu du trajet des pistes gravées sur la carte de circuit imprimé (cette dernière n’ayant pas été représentée).
En résumé, pour chaque bobine secondaire 3, 5, un (ou des) bobinage(s) fournissent un signal positif, et un (ou des) bobinage(s) fournissent un signal négatif. Chaque bobinage est composé de plusieurs spires 8. Chaque spire 8 est composée de deux parties, en forme de demi-spire. Chaque demi-spire est positionnée sur une couche de la carte de circuit imprimée. Les deux demi-spires constituant une spire sont positionnées sur deux couches différentes de la carte de circuit imprimé et sont reliées par des vias. En référence à la figure 5, la première bobine secondaire 3 comporte des spires 8 qui présentent chacune une première partie supérieure 12 (formant une première demi-spire) et une seconde partie inférieure 14 (formant une deuxième demi-spire), la première partie supérieure 12 correspondant à une piste gravée sur une couche d'une carte de circuit imprimé et la seconde partie inférieure 14 correspondant à une piste gravée sur une autre couche de la même carte de circuit imprimé. Une continuité électrique entre lesdites pistes formant la première partie supérieure 12 et la seconde partie inférieure 14 est assurée par un premier via 36a (voir figure 3) traversant la carte de circuit imprimé au sein duquel un tronçon 16 assure ladite continuité électrique. Il en va de même pour la deuxième bobine secondaire 5.
La continuité électrique entre deux spires voisines est assurée de la façon suivante : la première partie 12 d'une spire est reliée à la seconde partie d'une spire voisine par un second via 36b (voir figures 3 et 4) traversant la carte de circuit imprimé au sein duquel un tronçon 16 assure ladite continuité électrique. Chaque première partie supérieure 12 et chaque seconde partie inférieure 14 présentent dans le mode de réalisation représenté sur le dessin la forme d'un demi hexagone (irrégulier). Chaque première partie supérieure 12 et chaque seconde partie inférieure 14 présentent chacune ainsi une forme globalement concave, la concavité de la première partie supérieure 12 d'une spire 8 étant orientée à l'inverse de la concavité de la seconde partie inférieure 14 de la même spire. Plus généralement, dans un bobinage secondaire, les parties supérieures 12 présentent une concavité orientée d'un premier côté et les parties inférieures 14 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.
Les tronçons 16, dont la position correspond également à celle des premiers et seconds vias (36a, 36b) auxquels ils sont reliés, sont alignés sur deux arcs de cercles s’étendant tous deux à égale distance de part et d’autre de l'axe longitudinal 10.
De préférence, toujours dans un souci d'optimisation, les demi-spires sont régulièrement réparties avec un décalage régulier. Le décalage d1 (cf. figure 3) suivant la direction longitudinale entre deux spires voisines, c'est-à-dire entre deux premiers vias (36a) voisins ou deux seconds vias (36b) voisins est inférieur à une distance d2 entre le fond 32 d'une première partie 12 d'une spire 8 et un axe X traversant le premier et second via (36a, 36b) correspondants (voir figure 3). Ceci permet d'optimiser le nombre de spires sur une surface donnée.
De plus, au moins certaines des spires de la première bobine secondaire 3 sont agencées selon une symétrie miroir de part et d’autre du premier plan de séparation transversal P1 qui est entre les deux bobinages 4 et 6. C’est l’agencement des spires, et notamment la répartition des parties supérieures 12 et des parties inférieures 14, qui sont disposées selon une symétrie miroir, et non l’ensemble de la bobine 3 proprement dite.
Cet agencement selon une symétrie miroir des spires correspond précisément, dans cet exemple, au fait que :
- toutes les spires 8 se trouvant sur la droite du plan de séparation P1 (sur la vue de la figure 5), sont agencées de sorte que leur première partie supérieure 12 respective est tournée du côté du plan de séparation transversal P1, et que leur deuxième partie inférieure 14 est tournée du côté opposé au plan de séparation transversal P1 ;
- toutes les spires 8 se trouvant sur la gauche du plan de séparation P1 (sur la vue de la figure 5), sont agencées de sorte que leur première partie supérieure 12 respective est tournée du côté du plan de séparation transversal P1, et que leur deuxième partie inférieure 14 est tournée du côté opposé au plan de séparation transversal P1.
Autrement dit, les premières parties supérieures 12 de chaque spire 8 sont disposées symétriquement de part et d’autre du plan de séparation transversal P1, sur la même couche du circuit imprimé. De même, les deuxièmes parties inférieures 14 de chaque spire 8 sont également disposées symétriquement de part et d’autre du plan de séparation transversal P 1 , toutes deux sur une même couche du circuit imprimé, différente de la précédente.
Lorsque la cible à détecter est à cheval sur le plan de séparation transversal P1, elle est donc en vis-à-vis de la première partie supérieure 12 des deux spires encadrant le plan de séparation transversal P1. La cible est donc en vis-à-vis de deux demi-spires dont une fournit un signal positif et l’autre un signal négatif. La cible est à égale distance de ces deux demi-spires (qui se trouvent sur la même couche de la carte de circuit imprimé). Le couplage correspond donc ici à une valeur de tension nulle (ou proche de zéro), ce qui est conforme au modèle théorique du capteur. Un capteur plus linéaire, plus précis, et plus facile à réglé est ainsi obtenu.
De même, si deux cibles (dans le cas d’un capteur à plusieurs cibles angulairement réparties sur un rotor) sont, à un instant donné, chacune en vis-à-vis d’une extrémité latérale du capteur, ces deux cibles seront chacune en vis-à-vis de demi-spires correspondant aux deuxièmes parties inférieures des spires de chaque bord du capteur. De même, le couplage renverra ici également une valeur nulle (ou proche de zéro) et sera plus conforme au modèle théorique du capteur.
En référence à la figure 6, la deuxième bobine secondaire 5 est agencée selon les mêmes principes que la première bobine secondaire 3. Les bobinages 20, 22, 24 sont symétriques deux à deux par rapport aux plans de séparation transversaux P2, P3.
Pour les troisième et quatrième bobinages 20, 22, les premières parties supérieures 12 des spires qui sont disposées de part et d’autre du deuxième plan de séparation transversal P2, sont agencées selon une symétrie miroir. Autrement dit, les demi-spires supérieures des deux bobinages 20, 22 sont tournées du côté du plan de séparation transversal P2.
Dans cet exemple relatif à la deuxième bobine secondaire 5, le troisième bobinage 20 étant tronqué par rapport au quatrième bobinage 22, seules les premières parties supérieures 12 des spires sont agencées selon la symétrie miroir.
Pour les quatrième et cinquième bobinages 22, 24, Les deuxièmes parties inférieures 14 des spires qui sont disposées de part et d’autre du troisième plan de séparation transversal P3, sont agencées selon une symétrie miroir. Autrement dit, les demi-spires inférieures des deux bobinages 22, 24 sont tournées du côté du plan de séparation transversal P3.
De même que précédemment, le cinquième bobinage 24 étant tronqué par rapport au quatrième bobinage 22, seules les deuxièmes parties inférieures 14 des spires sont agencées selon la symétrie miroir. De préférence, la hauteur des tronçons 16 de la deuxième bobine 5 est inférieure à la hauteur des tronçons 16 de la première bobine 2, et la deuxième bobine 5 est logée, au sein de la carte de circuit imprimé, dans une position médiane par rapport à la première bobine 3. De préférence, la carte à circuit imprimé est une carte à quatre couches et :
- les première parties supérieure 12 et deuxième parties inférieure 14 de la deuxième bobine secondaire 5 sont gravées sur les deux couches internes de la carte ;
- les premières parties supérieure 12 et deuxième parties inférieure 14 de la première bobine secondaire 3 sont gravées sur les deux couches externes de la carte.
De préférence, le plan correspondant au milieu magnétique de la première bobine secondaire 3 est confondu avec le plan correspondant au milieu magnétique de la deuxième bobine secondaire 5, et correspond au plan médian de la carte de circuit imprimé. La cible agit ainsi sur le signal sinus et sur le signal cosinus selon la même distance, ce qui contribue à améliorer la linéarité du capteur.
Par ailleurs, en variante, le capteur peut de plus intégrer les améliorations décrites dans le document FR3068464. Ainsi, chacune des spires étant divisée dans une longueur de spire en un premier secteur et un deuxième secteur, complémentaires et successifs :
- le premier secteur est divisé dans une largeur de spire en une première portion disposée sur une première couche de la carte de circuit imprimé, et une seconde portion disposée sur une deuxième couche de circuit imprimé, 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 couche 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 couche 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.
Ainsi, selon cette variante, chaque demi-spire peut elle-même être répartie sur deux couches de circuit imprimé. Cette variante n’améliore pas la linéarité mais diminue la sensibilité du capteur à la variation de la valeur de l’entrefer.
D’autres variantes du capteur de position inductif peuvent être envisagées. Notamment, dans le nombre, l’agencement, et la forme des bobines employées, tant qu’au moins deux bobinages d’une bobine secondaire comportent des demi-spires agencées selon une symétrie miroir de part et d’autre d’un plan de séparation transversal.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur de position inductif comportant, d'une part, une bobine primaire (2) et, d'autre part, au moins une bobine secondaire (3, 5) qui comporte au moins deux bobinages secondaires (4, 6 ; 20, 22, 24) constitués chacun de plusieurs spires (8) réalisées sur au moins deux couches d'une carte de circuit imprimé, chacun de ces au moins deux bobinages secondaires étant agencé comme suit :
- le bobinage secondaire (4, 6 ; 20, 22, 24) comporte des spires (8) présentant chacune sensiblement la même forme ;
- lesdites spires (8) sont alignées selon une direction longitudinale (10) avec à chaque fois un décalage dans la direction longitudinale (10) ;
- chacune desdites spires (8) présente une première partie (12) globalement concave disposée sur une couche de la carte de circuit imprimé et une seconde partie (14) globalement concave disposée sur une autre couche de la carte de circuit imprimé ;
- la première partie (12) d'une spire (8) est reliée à la seconde partie (14) de la même spire (8) par un premier via (36a) traversant la carte de circuit imprimé ;
- la première partie (12) d'une spire (8) est reliée à la seconde partie (14) d'une spire (8) voisine par un second via (36b) traversant la carte de circuit imprimé ;
- la première partie (12) d'une spire (8) présente un premier bord (28) s'étendant à partir du premier via (36a), un second bord (30) s'étendant à partir du second via (36b) et un fond (32) reliant les premier et second bords (28, 30) ;
- le premier bord (28) et le second bord (30) convergent en s'éloignant des premier et second vias (36a, 36b) correspondants ;
- un décalage (d1) dans la direction longitudinale entre deux spires voisines est inférieur à une distance (d2) séparant le fond (32) d'une première partie (12) d'une spire (8) et un axe (X) traversant le premier et second vias (36a, 36b) correspondants ; ce capteur de position inductif étant caractérisé en ce que, parmi les premières parties (12) et deuxièmes parties (14) des spires (8) des au moins deux bobinages secondaires (4, 6 ; 20, 22, 24), au moins certaines de ces premières et deuxièmes parties (12, 14) sont agencées selon une symétrie miroir de part et d’autre d’un plan de séparation transversal (P1, P2, P3), ce plan de séparation transversal (P1, P2, P3) étant situé entre les au moins deux bobinages secondaires (4, 6 ; 20, 22, 24) et étant orthogonal à la direction longitudinale (10).
2. Capteur de position inductif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte une première bobine secondaire (3) comportant un premier bobinage secondaire (4) et un deuxième bobinage secondaire (6) électriquement reliés au niveau d’un premier plan de séparation transversal (P1), les premières parties (12) des spires (8) de chacun desdits premier bobinage secondaire (4) et deuxième bobinage secondaire (6) s’étendant symétriquement de part et d’autre du premier plan de séparation transversal (P1), sur une première couche du circuit imprimé.
3. Capteur de position inductif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deuxièmes parties (14) des spires (8) de chacun desdits premier bobinage secondaire (4) et deuxième bobinage secondaire (6) s’étendent symétriquement de part et d’autre du premier plan de séparation transversal (P1), sur une deuxième couche du circuit imprimé.
4. Capteur de position inductif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu’il comporte une deuxième bobine secondaire (5) comportant un troisième bobinage secondaire (20) et un quatrième bobinage secondaire (22) électriquement reliés au niveau d’un deuxième plan de séparation transversal (P2), les premières parties (12) des spires (8) de chacun desdits troisième bobinage secondaire (20) et quatrième bobinage secondaire (22) s’étendant symétriquement de part et d’autre du deuxième plan de séparation transversal (P2), sur une troisième couche du circuit imprimé.
5. Capteur de position inductif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la deuxième bobine secondaire (5) comporte de plus un cinquième bobinage secondaire (24) électriquement relié au quatrième bobinage secondaire (22) au niveau d’un troisième plan de séparation transversal (P3), les deuxièmes parties (14) des spires (8) de chacun desdits quatrième bobinage secondaire (22) et cinquième bobinage secondaire (24) s’étendant symétriquement de part et d’autre du troisième plan de séparation transversal (P3), sur une quatrième couche de circuit imprimé.
6. Capteur de position inductif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la première bobine secondaire (3) et la deuxième bobine secondaire (5) sont imbriquées de sorte que le plan correspondant au milieu magnétique de la première bobine secondaire (3) est confondu avec le plan correspondant au milieu magnétique de la deuxième bobine secondaire (5).
7. Capteur de position inductif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plan correspondant au milieu magnétique de la première bobine secondaire (3) et le plan correspondant au milieu magnétique de la deuxième bobine secondaire
(5) sont confondus avec le plan médian de la carte de circuit imprimé.
8. Capteur de position inductif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les au moins deux bobinages secondaires (4, 6 ; 20, 22, 24) sont disposés de sorte que les forces électromotrices induites dans les spires de l'un parmi les au moins deux bobinages secondaires s'opposent aux forces électromotrices induites dans le spires d’un autre parmi les au moins deux bobinages secondaires.
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