WO2024046946A1 - Carte de circuit imprimé pour un capteur inductif de position, muni d'un moyen d'insensibilisation à un environnement métallique - Google Patents

Carte de circuit imprimé pour un capteur inductif de position, muni d'un moyen d'insensibilisation à un environnement métallique Download PDF

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WO2024046946A1
WO2024046946A1 PCT/EP2023/073482 EP2023073482W WO2024046946A1 WO 2024046946 A1 WO2024046946 A1 WO 2024046946A1 EP 2023073482 W EP2023073482 W EP 2023073482W WO 2024046946 A1 WO2024046946 A1 WO 2024046946A1
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WO
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circuit board
printed circuit
screen
metal
secondary windings
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/073482
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Inventor
Alain Fontanet
Jérémie BLANC
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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    • 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
    • G01D5/2053—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 non-ferromagnetic conductive element
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
    • H05K1/165—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor incorporating printed inductors
    • 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
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    • G01D2205/40—Position sensors comprising arrangements for concentrating or redirecting magnetic flux
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10151—Sensor

Definitions

  • Printed circuit board for an inductive position sensor provided with a means of insensitization to a metallic environment
  • the field of the invention is that of detecting the position of a moving mechanical structure, in particular a rotor of a rotating machine, using a target mounted integral with said structure.
  • the invention relates more particularly, but in a non-limiting manner, to an inductive sensor configured to measure a position of a rotating part, in particular an axis of rotation or a rotor of a rotating electric machine, in particular an electric motor of a motor vehicle.
  • the inductive position sensors comprise a fixed part, called a “transformer”, comprising a fixed primary winding and at least two fixed secondary windings, and a mobile part constituted by a metal target which is rigidly connected to a mechanical part whose position we wish to control.
  • the operating principle of such a sensor is based on an electromagnetic coupling between the primary winding and the secondary windings, and on variations in this coupling when the position of the target varies relative to the windings.
  • a high frequency alternating current is circulated in the primary winding.
  • This current produces a magnetic field of the same frequency.
  • This magnetic field generates currents induced in the target, by skin effect, which modify voltages induced in the secondary windings by the primary winding.
  • the coupling between the primary and secondary windings varies depending on the position of the target. Measuring the voltage across the secondary windings therefore makes it possible to determine the position of the target.
  • the primary winding and the secondary windings are generally made on a printed circuit board, and each made up of electrically conductive tracks traced on said card.
  • FIG. 1A to 1C illustrate a printed circuit board 10 of an inductive sensor according to the prior art, for measuring angular position.
  • the printed circuit board 10 here comprises two metal layers 101, 102, separated by a layer 111 of dielectric material (see Figure 1 C).
  • the windings of the inductive sensor here comprise a primary winding 11 and two secondary windings 12a and 12b.
  • Figure 1 A shows a first secondary winding 12a.
  • Figure 1 B shows the primary winding 11 and a second secondary winding 12b.
  • Each of the secondary windings 12a and 12b is made up of a plurality of turns, which extend one after the other in a ring shape.
  • the turns each extend partly in the metal layer 101 and partly in the metal layer 102 of the printed circuit board 10 (with vias crossing the layer 111 of dielectric material)
  • the primary winding 11 is in the shape of a circle, with an opening for the arrival and exit of an electric current. It surrounds the secondary windings 12a and 12b. It extends in at least one of the first metal layer 101 and the second metal layer 102, in the form of one or more superimposed and/or concentric circles.
  • the operating principle of such a sensor is therefore based on the skin effect, which is an electromagnetic coupling between a magnetic field (generated here by the primary winding) and an electrically conductive part located in this magnetic field (here the metal target).
  • the electromagnetic coupling by skin effect can occur with the metal target, as desired, but also with any other electrically conductive part which is located too close to the secondary windings. If this happens, the electromagnetic coupling with these electrically conductive parts generates induced currents which modify the induced voltages in the secondary windings. Thus, the voltages measured across the secondary windings are affected not only by the position of the target, but also by these electrically conductive parts.
  • the secondary windings of the inductive sensor can then be located near electrically conductive metal parts, distinct from the target.
  • An objective of the present invention is to propose a solution to remedy this drawback.
  • a printed circuit board for an inductive sensor intended to measure the position of a target comprising a plurality of metal layers, separated in pairs by respective layers of dielectric material , the printed circuit board comprising:
  • winding layers at least two secondary windings each formed by interlaced turns, the secondary windings extending together in at least two layers among said plurality of metal layers, called winding layers;
  • the printed circuit board also includes a screen, to insensitize the primary and secondary windings to a metallic environment;
  • the screen is made up of metal surfaces located in a layer belonging to said plurality of metal layers, called the masking layer, the layers of windings all extending on the same side of the masking layer;
  • each of said metal surfaces is inscribed in a surface delimited by the outline of an orthogonal projection of the secondary windings in the plane of the masking layer.
  • the screen according to the invention is therefore made of metal. It is therefore capable of establishing an electromagnetic coupling (by skin effect) with a source of magnetic field, in particular the primary and secondary windings of the printed circuit board.
  • the screen is located in a masking layer, with the layers of windings which all extend on the same side of the masking layer.
  • the screen extends between the secondary (and primary) windings and any metal parts distinct from the target.
  • these metal parts are necessarily on the side opposite the target, because the side receiving the target is left free of any other metal part for obvious reasons of bulk.
  • the screen according to the invention makes it possible to impose on the secondary windings an electromagnetic coupling with a screen, which blocks the electromagnetic coupling with other metallic parts distinct from the target.
  • the screen according to the invention is integrated on the same printed circuit board as the windings. All points on the screen are thus at the same distance from the secondary windings. In this way, a stray voltage, generated at the terminals of the secondary windings by the electromagnetic coupling with the screen, takes a fixed value which does not vary as a function of time. The variations in the voltage across the secondary windings are then a function only of the movement of the target.
  • the screen Due to its arrangement on the same printed circuit board as the windings, the screen is located in the immediate vicinity of the secondary winding. Very high induced currents can therefore develop there, leading to large energy losses.
  • the screen according to the invention is made up of a plurality of metal surfaces, all distinct and spaced from each other. This division of the screen into a plurality of small surfaces prevents the development of excessively strong induced currents in the screen.
  • the invention thus makes it possible to avoid the generation of parasitic measurement signals, linked to the presence of metal parts distinct from the target near the secondary windings.
  • the invention thus offers an improvement in the precision of the position measurement of the target, without this resulting in a significant increase in electrical energy consumption.
  • the metal surfaces forming the screen are each inscribed inside a surface delimited by an orthogonal projection of the secondary windings in the plane of the screen. This avoids any overlap between the metal surfaces forming the screen and the secondary windings, for optimal precision of the position measurement via a voltage measurement across the secondary coils.
  • the screen according to the invention extends facing the secondary windings, over the entire extent of the latter along a path of movement of the target relative to said secondary windings.
  • This path can be in the shape of a circle, as in the example shown in the figures, or in the shape of a rectilinear segment, or in the shape of a curvilinear segment, or any other shape.
  • the screen according to the invention is located in one of the two outermost metal layers of the printed circuit board.
  • a gap between two neighboring metal surfaces among the metal surfaces forming the screen is less than or equal to D max , where D max is 2 mm.
  • metal surfaces forming the screen are distributed in a regular pattern.
  • the metal surfaces forming the screen all have the same area.
  • the metal surfaces forming the screen can all have the same shape.
  • the metal surfaces forming the screen can each be located between the orthogonal projections of different turn portions belonging to distinct secondary windings.
  • the printed circuit board according to the invention is intended to carry out an angular position measurement, and the secondary windings and the primary winding each extend in a ring shape.
  • the metal surfaces forming the screen each have the shape of a ring portion.
  • the printed circuit board according to the invention comprises four metal layers, with:
  • the screen can be electrically connected to a voltage source of constant and non-zero potential. Alternatively, the screen can be electrically connected to ground.
  • the printed circuit board according to the invention further comprises an electronic component configured to electrically power the primary winding and/or to measure voltage values across the secondary windings, said electronic component being offset laterally relative to the primary and secondary windings.
  • the metal surfaces forming the screen are spaced two by two by a distance greater than or equal to 800 pm.
  • the invention also covers an inductive sensor intended to measure the position of a target, comprising a printed circuit board according to the invention, as well as least one electronic component configured to measure voltage values across the secondary windings and to deduce position measurements therefrom.
  • the invention also covers an assembly comprising an inductive sensor according to the invention and a metal target, the inductive sensor being configured to measure the position of said target.
  • Figure 1A illustrates a first secondary winding of a printed circuit board according to the prior art, for an inductive sensor
  • Figure 1 B illustrates a primary winding and a second secondary winding of the printed circuit board of Figure 1A;
  • Figure 1 C illustrates the printed circuit board of Figure 1 A, in a sectional view in a plane orthogonal to the plane of the windings;
  • Figure 2A illustrates a first secondary winding of a printed circuit board according to the invention
  • Figure 2B illustrates a primary winding and a second secondary winding of the printed circuit board of Figure 2A;
  • Figure 2C illustrates the screen of the printed circuit board of Figure 2A
  • Figure 2D illustrates the printed circuit board of Figure 2A, in a sectional view in a plane orthogonal to the plane of the windings;
  • Figure 2E illustrates the screen of the printed circuit board of Figure 2A, as well as the orthogonal projection of the secondary windings in the same plane;
  • Figure 3 illustrates the printed circuit board of Figure 2A, in a side view and in use with a target and in an environment comprising metal parts;
  • Figure 4 illustrates the screen of a first variant of printed circuit board according to the invention
  • Figure 5 illustrates the screen of a second variant of printed circuit board according to the invention
  • FIG. 6 Figure 6 illustrates a third variant of printed circuit board according to the invention.
  • Figure 7 illustrates an inductive sensor according to the invention.
  • a printed circuit board 20 according to the invention.
  • the printed circuit board is intended to be part of an angular position sensor.
  • the printed circuit board 20 is shown in a sectional view in a plane orthogonal to the windings.
  • the printed circuit board comprises a first, second, third and fourth metal layers 201, 202, 203, 204, separated in pairs by respective layers of dielectric material 211, 212, 213.
  • the windings together forming the sensitive part of the inductive sensor, here comprise a primary winding 21 and two secondary windings 22a and 22b.
  • Figure 2A shows a first secondary winding 22a
  • Figure 2B shows the primary winding 21 and a second secondary winding 22b.
  • each of the secondary windings 22a and 22b is made up of a plurality of turns, which extend one after the other in a ring shape.
  • the turns each extend partly in the first metal layer 201 and partly in the second metal layer 202 of the printed circuit board 20 (with vias passing through at least the layer 211 made of dielectric material).
  • Said first and second metal layers 201, 202 can be called “winding layers”.
  • the primary winding 21 is in the shape of a circle, with an opening for the arrival and exit of an electric current. It surrounds the secondary windings 22a and 22b. It extends in at least one of the first metal layer 201 and the second metal layer 202, in the form of one or more superimposed and/or concentric circles.
  • the printed circuit board further comprises a screen 23, consisting of a plurality of distinct metal surfaces 231 (see Figure 2C), and located in a metal layer of the printed circuit board 20, distinct from those receiving the windings.
  • the screen 23 is located in the metal layer furthest from the windings (in particular secondary), that is to say the fourth metal layer 204.
  • Said fourth metal layer 204 can be called a “masking layer”.
  • the screen 23 makes it possible to desensitize the secondary windings with regard to a metallic environment distinct from the target.
  • it involves imposing an electromagnetic coupling between the secondary windings and a known metallic element formed by the screen, this coupling replacing an electromagnetic coupling between the secondary windings and an uncontrolled metallic environment.
  • the screen 23 extends facing the secondary windings 22a, 22b, over the entire extent of the latter along a path 24 of movement of the target relative to said secondary windings, in use.
  • this path 24 (dotted) is in the shape of a circle, and the screen 23 therefore extends in a general ring shape.
  • the metal surfaces 231 forming the screen 23 all have the same area. Even more, these metal surfaces here all have the same shape.
  • each of the metal surfaces 231 forming the screen 23 has a substantially square shape.
  • the metal surfaces 231 forming the screen 23 are distributed here in a regular pattern along the path 24 of movement of the target.
  • said metal surfaces 231 are distributed regularly angularly, with a constant angular distance between two neighboring metal surfaces 231.
  • Figure 2E shows the screen 23, as well as the orthogonal projection 25 of the two secondary windings in the plane of the screen 23.
  • Said orthogonal projection 25 delimits surfaces 251, distributed one after the other along the path 24 of movement of the target.
  • the surfaces 251 are closed surfaces, which all have substantially the same shape.
  • each of the metal surfaces 231 is inscribed in a respective one of these surfaces 251.
  • each of said surfaces 251 receives a respective one of these metal surfaces 251.
  • This arrangement also allows the metal surfaces 231 not to overlap the tracks of the secondary windings 22a, 22b, thus disrupting the electromagnetic fluxes received by the secondary windings. Thus, optimal precision of the position measurement is guaranteed via a voltage measurement across the secondary coils. [0077] This arrangement also allows a large part of the periphery of the primary winding to be located facing the free spaces between two of the metal surfaces forming the screen. This limits the currents induced by the primary winding in the screen.
  • This arrangement also allows the metal surfaces 231 to bypass, by construction, metal vias passing through the printed circuit board over its entire thickness and connecting together different portions of turns of the primary, respectively secondary, windings.
  • the distribution of the metal surfaces 231 is a function solely of the arrangement of the secondary windings, independently of the shape of the target.
  • the metal surfaces 231 are each located between the orthogonal projections of turn portions belonging respectively to the first secondary winding 22a and to the second secondary winding 22b. This is linked to the interlaced arrangement of the secondary windings 22a and 22b.
  • the metal surfaces 231 are for example copper surfaces, with a thickness of between 34 pm and 40 pm.
  • the axis A1 schematically represents the axis of rotation of the target 330.
  • the first and second metal layers 201, 202, receiving the windings are located on the side of the target 330.
  • the fourth metal layer 204, receiving the screen is located on the side opposite the target. The screen is thus positioned between the windings (in particular secondary windings), and additional metal parts 340 which, in the absence of the screen, could disrupt the signal measured at the terminals of the secondary windings.
  • Figure 3 shows in particular that, unlike the screen according to the invention, the annexed metal parts 340 have a distance from the secondary windings which varies in space, which results in a parasitic signal which varies in function of time at the secondary windings.
  • each metal surface 431 forming the screen 43 each have the shape of a ring portion.
  • each metal surface has the shape of an arc of a ring, or in other words a shape of a portion of a ring delimited laterally by two radii of a disc arranged concentric with the ring.
  • Figure 4 also illustrates the distance D between two neighboring metal surfaces 341. [0088] According to the invention, this difference D is between:
  • DrTM value defined in particular by technological manufacturing constraints.
  • the upper value D max is a function in particular of an expected distance between the secondary windings and said additional metal part distinct from the target. Under these current conditions of use (i.e. with a distance less than 10 mm between the secondary windings and the metal part to be masked), we have for example Dmax - 2 mm.
  • the metal surfaces 531 are all connected to the same electrical potential U.
  • said metal surfaces 531 are advantageously electrically connected to each other, via an electrical connection track 57.
  • the electrical connection track 57 has the shape of a circle passing through each of the metal surfaces 531.
  • the circle is advantageously the circle of smallest diameter allowing each of the metal surfaces 531 to pass through (to maximize a distance to the primary winding).
  • the electric potential U can be a zero potential, forming the mass of an electric circuit connected to the windings (primary and secondary).
  • the screen also has a protection function against electromagnetic attacks (or EMC, for Electro-Magnetic Compatibility).
  • the electric potential U is a non-zero potential, distinct from the mass of an electric circuit connected to the windings.
  • Figure 6 schematically illustrates a variant of a printed circuit board 60 according to the invention, which differs from the examples described above in that it further comprises an electronic component 68, configured to power electrically the primary winding 61 and/or to measure voltage values across the secondary windings 62a, 62b.
  • the electronic component 68 is arranged laterally offset relative to the primary 61 and secondary windings 62a, 62b. In other words, the electronic component 68 is not superimposed on the windings. In a top view, the electronic component 68 is but located next to the windings, outside a disk delimited by the primary winding 61.
  • Figure 7 finally illustrates an inductive sensor 700 according to the invention, comprising a printed circuit board 70 according to the invention, and at least one electronic component 79 configured to measure voltage values across the secondary windings and to deduce position measurements of a target.
  • the at least one electronic component 79 comprises:
  • a first electronic component 78 configured to electrically power the primary winding 61 and/or to measure voltage values across the secondary windings 62a, 62b;
  • a second electronic component 78' configured to receive as input voltage values at the terminals of the secondary windings 62a, 62b, and to deduce position values of a target.
  • the invention ultimately makes it possible to produce inductive sensors of reduced dimensions and to facilitate their integration in highly constrained environments, in particular in an electric vehicle engine or in electric motor control electronics.
  • the invention has no negative impact on OEM.
  • the screen can extend in the form of distinct metal surfaces, distributed in such a manner. regular and extending not only with respect to the secondary windings, but also extending relative to the orthogonal projection of the secondary windings.
  • the screen can be formed of metal surfaces distributed regularly, in a pattern decorrelated from the shape of the turns of the secondary windings.
  • metallic surfaces covering the entirety of several turns adjacent to the secondary windings.
  • the metal surfaces can be distributed in series of concentric arcs, superimposed one on top of the other along an axis orthogonal to the path of the target.

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Abstract

Carte de circuit imprimé pour un capteur inductif destiné à mesurer la position d'une cible, la carte de circuit imprimé comportant une pluralité de couches métalliques séparées deux à deux par des couches respectives en matériau diélectrique, la carte de circuit imprimé comportant : - au moins deux bobinages secondaires, et un bobinage primaire entourant les bobinages secondaires, formés dans au moins deux desdites couches métalliques; et - un écran (23), situé dans une autre desdites couches métalliques, configuré pour insensibiliser les bobinages primaire et secondaires à l'égard d'un environnement métallique, et constitué de surfaces métalliques (231). Chacune desdites surfaces métalliques (231) est inscrite à l'intérieur d'une surface délimitée par une projection orthogonale des bobinages secondaires dans le plan de l'écran.

Description

Carte de circuit imprimé pour un capteur inductif de position, muni d’un moyen d’insensibilisation à un environnement métallique
Description
Domaine technique
[0001] Le domaine de l'invention est celui de la détection de la position d’une structure mécanique en mouvement, notamment un rotor d'une machine tournante, à l'aide d’une cible montée solidaire de ladite structure.
[0002] L'invention se rapporte plus particulièrement, mais de manière non limitative, à un capteur inductif configuré pour réaliser la mesure d’une position d'une pièce tournante, notamment un axe de rotation ou un rotor de machine électrique tournante, notamment un moteur électrique de véhicule automobile.
Etat de la technique
[0003] De façon connue en soi, les capteurs inductifs de position comprennent une partie fixe, nommée « transformateur », comportant un bobinage primaire fixe et au moins deux bobinages secondaires fixes, et une partie mobile constituée par une cible métallique qui est reliée rigidement à une pièce mécanique dont on souhaite contrôler la position.
[0004] Le principe de fonctionnement d’un tel capteur repose sur un couplage électromagnétique entre le bobinage primaire et les bobinages secondaires, et sur les variations de ce couplage lorsque la position de la cible varie relativement aux bobinages.
[0005] En particulier, on fait circuler un courant alternatif haute fréquence circule dans le bobinage primaire. Ce courant produit un champ magnétique de même fréquence. Ce champ magnétique génère des courants induits dans la cible, par effet de peau, lesquels viennent modifier des tensions induites dans les bobinages secondaires par le bobinage primaire. Ainsi, le couplage entre les bobinages primaire et secondaires varie en fonction de la position de la cible. La mesure de la tension aux bornes des bobinages secondaires permet donc de déterminer la position de la cible.
[0006] Le bobinage primaire et les bobinages secondaires sont généralement réalisés sur une carte de circuit imprimé, et constitués chacun de pistes électriquement conductrices tracées sur ladite carte.
[0007] Un exemple d’un tel capteur est décrit par exemple dans la demande de brevet US 2014/0167788 A1 . Dans cet exemple, le capteur inductif est configuré pour mesurer une position angulaire, à l’aide de bobinages primaire et secondaires agencés selon une forme de disque ou d’anneau. [0008] On a illustré, aux figures 1A à 1C une carte de circuit imprimé 10 d’un capteur inductif selon l’art antérieur, pour une mesure de position angulaire. La carte de circuit imprimé 10 comporte ici deux couches métalliques 101 , 102, séparées par une couche 111 en matériau diélectrique (voir figure 1 C).
[0009] Les bobinages du capteur inductif comportent ici un bobinage primaire 11 et deux bobinages secondaires 12a et 12b. La figure 1 A montre un premier bobinage secondaire 12a. La figure 1 B montre le bobinage primaire 11 et un second bobinage secondaire 12b. Chacun des bobinages secondaires 12a et 12b est constitué d’une pluralité de spires, qui s’étendent les unes à la suite des autres selon une forme d’anneau. Ici, les spires s’étendent chacune pour partie dans la couche métallique 101 et pour partie dans la couche métallique 102 de la carte de circuit imprimé 10 (avec des vias traversant la couche 111 en matériau diélectrique)
[0010] Le bobinage primaire 11 est en forme de cercle, avec une ouverture pour l’arrivée et la sortie d’un courant électrique. Il entoure les bobinages secondaires 12a et 12b. Il s’étend dans l’une au moins parmi la première couche métallique 101 et la seconde couche métallique 102, sous la forme d’un ou plusieurs cercles superposés et/ou concentriques.
[0011] Le principe de fonctionnement d’un tel capteur repose donc sur l’effet de peau, qui est un couplage électromagnétique entre un champ magnétique (généré ici par le bobinage primaire) et une pièce électriquement conductrice située dans ce champ magnétique (ici la cible métallique).
[0012] Le couplage électromagnétique par effet de peau peut se produire avec la cible métallique, comme souhaité, mais également avec toute autre pièce électriquement conductrice qui serait située trop proche des bobinages secondaires. Si cela se produit, le couplage électromagnétique avec ces pièces électriquement conductrices génère des courants induits qui modifient les tensions induites dans les bobinages secondaires. Ainsi, les tensions mesurées aux bornes des bobinages secondaires sont affectées non seulement par la position de la cible, mais également par ces pièces électriquement conductrices.
[0013] Dans l’art antérieur, il est connu d’associer un capteur inductif à des recommandations en termes d’environnement, pour éviter la présence de pièces métalliques autres que la cible à proximité des bobinages secondaires.
[0014] Cependant, il arrive que les contraintes en termes de géométrie et d’encombrement empêchent de respecter ces contraintes. Les bobinages secondaires du capteur inductif peuvent alors se trouver à proximité de pièces métalliques électriquement conductrices, distinctes de la cible.
[0015] Pire, ces contraintes peuvent amener à placer les bobinages secondaires du capteur inductif à proximité de pièces métalliques distinctes de la cible, et dépourvues d’une symétrie de révolution. Dit autrement, une distance entre la pièce métallique distincte de la cible et les bobinages secondaires varie dans l’espace. Ces pièces métalliques conduisent alors à de fortes non-linéarités dans la réponse du capteur inductif. La mesure de position de la cible présente alors une précision amoindrie.
[0016] Un objectif de la présente invention est de proposer une solution pour remédier à cet inconvénient.
Exposé de l’invention
[0017] Cet objectif est atteint avec une carte de circuit imprimé pour un capteur inductif destiné à mesurer la position d’une cible, la carte de circuit imprimé comportant une pluralité de couches métalliques, séparées deux à deux par des couches respectives en matériau diélectrique, la carte de circuit imprimé comportant :
- au moins deux bobinages secondaires formés chacun par des spires entrelacées, les bobinages secondaires s’étendant ensemble dans deux couches au moins parmi ladite pluralité de couches métalliques, nommées couches de bobinage ;
- un bobinage primaire, entourant les bobinages secondaires et s’étendant sur au moins l’une des couches de bobinage.
[0018] Selon l’invention :
- la carte de circuit imprimé comporte en outre un écran, pour insensibiliser les bobinages primaire et secondaires à l’égard d’un environnement métallique ;
- l’écran est constitué de surfaces métalliques situées dans une couche appartenant à ladite pluralité de couches métalliques, nommée couche de masquage, les couches de bobinages s’étendant toutes d’un même côté de la couche de masquage ; et
- chacune desdites surfaces métalliques est inscrite dans une surface délimitée par le tracé d’une projection orthogonale des bobinages secondaires dans le plan de la couche de masquage.
[0019] L’écran selon l’invention est donc en métal. Il est donc apte à établir un couplage électromagnétique (par effet de peau) avec une source de champ magnétique, notamment les bobinages primaire et secondaires de la carte de circuit imprimé.
[0020] L’écran est situé dans une couche de masquage, avec les couches de bobinages qui s’étendent toutes d’un même côté de la couche de masquage.
[0021] En utilisation, l’écran s’étend entre les bobinages secondaires (et primaire) et d’éventuelles pièces métalliques distinctes de la cible. En effet, ces pièces métalliques sont forcément du côté opposé à la cible, car le côté recevant la cible est laissé libre de toute autre pièce métallique pour des raisons évidentes d’encombrement.
[0022] Ainsi, le couplage électromagnétique qui pourrait exister entre les bobinages secondaires et ces pièces métalliques, est empêché par la présence de l’écran entre les deux. A la place, il se produit un couplage électromagnétique entre les bobinages secondaires et l’écran. Ainsi, l’écran selon l'invention permet d’imposer aux bobinages secondaires un couplage électromagnétique avec un écran, qui bloque le couplage électromagnétique avec d’autres pièces métalliques distinctes de la cible. [0023] L’écran selon l’invention est intégré sur la même carte de circuit imprimé que les bobinages. Tous les points de l’écran se trouvent ainsi à une même distance des bobinages secondaires. De cette manière, une tension parasite, générées aux bornes des bobinages secondaires par le couplage électromagnétique avec l’écran, prend une valeur fixe qui ne varie pas en fonction du temps. Les variations de la tension aux bornes des bobinages secondaires ne sont alors fonction que du mouvement de la cible.
[0024] L’intégration de l’écran dans une des couches d’une carte de circuit imprimé multicouches permet également d’éviter des problématiques d’encombrement et de déformation mécanique, qu’on aurait avec un écran constitué d’une pièce massive distincte de la carte de circuit imprimé recevant les bobinages.
[0025] Du fait de son agencement sur une même carte de circuit imprimé que les bobinages, l’écran se trouve à proximité immédiate du bobinage secondaire. Il peut donc s’y développer des courants induits très élevés, entraînant de grandes pertes d’énergie.
[0026] Afin de limiter ces courants induits, l’écran selon l’invention est constitué d’une pluralité de surfaces métalliques, toutes distinctes et espacées les unes des autres. Ce découpage de l’écran en une pluralité de petites surfaces empêche le développement de courants induits trop forts dans l’écran.
[0027] L’invention permet ainsi d’éviter la génération de signaux de mesure parasites, liés à la présence de pièces métalliques distinctes de la cible à proximité des bobinages secondaires. L’invention offre ainsi une amélioration de la précision de la mesure de position de la cible, sans que cela se traduise par une forte augmentation de la consommation d’énergie électrique.
[0028] Enfin, selon l’invention, les surfaces métalliques formant l’écran sont chacune inscrites à l’intérieur d’une surface délimitée par une projection orthogonale des bobinages secondaires dans le plan de l’écran. On évite ainsi tout chevauchement entre les surfaces métalliques formant l'écran et les bobinages secondaires, pour une précision optimale de la mesure de position par l’intermédiaire d’une mesure de tension aux bornes des bobines secondaires.
[0029] Cet agencement offre également d’autres avantages, notamment :
- une répartition uniforme des surfaces métalliques formant l’écran, obtenue automatiquement, par construction ; et
- une réduction supplémentaire du couplage inductif entre le bobinage primaire et l’écran, les surfaces métalliques formant l’écran n’étant présentes que le long d’une portion réduite du contour du bobinage primaire.
[0030] De préférence, l’écran selon l’invention s’étend au regard des bobinages secondaires, sur toute l’étendue de ces derniers le long d’un chemin de déplacement de la cible relativement auxdits bobinages secondaires. Ce chemin peut être en forme de cercle, comme sur l’exemple représenté sur les figures, ou en forme de segment rectiligne, ou en forme de segment curviligne, ou toute autre forme. [0031] De préférence, l’écran selon l’invention est situé dans l’une des deux couches métalliques les plus externes de la carte de circuit imprimé.
[0032] Avantageusement, un écart entre deux surfaces métalliques voisines parmi les surfaces métalliques formant l’écran, est inférieur ou égal à Dmax, où Dmax vaut 2 mm.
[0033] De préférence, surfaces métalliques formant l’écran sont réparties selon un motif régulier.
[0034] Avantageusement, les surfaces métalliques formant l’écran présentent toutes une même aire.
[0035] Les surfaces métalliques formant l’écran peuvent présenter toutes une même forme.
[0036] Les surfaces métalliques formant l’écran peuvent être situées chacune entre les projections orthogonales de différentes portions de spire appartenant à des bobinages secondaires distincts.
[0037] De préférence, la carte de circuit imprimé selon l’invention est destinée à réaliser une mesure de position angulaire, et les bobinages secondaires et le bobinage primaire s’étendent chacun selon une forme d’anneau.
[0038] Avantageusement, les surfaces métalliques formant l’écran ont chacune une forme de portion d’anneau.
[0039] De manière avantageuse, la carte de circuit imprimé selon l’invention comporte quatre couches métalliques, avec :
- une première et une deuxième couches métalliques formant ensemble les couches de bobinage ; et
- une quatrième couche métallique formant la couche de masquage, séparée des couches de bobinage par une troisième couche métallique.
[0040] L’écran peut être électriquement connecté à une source de tension de potentiel constant et non nul. En variante, l’écran peut être électriquement connecté à la masse.
[0041] De manière avantageuse, la carte de circuit imprimé selon l’invention comporte en outre un composant électronique configuré pour alimenter électriquement le bobinage primaire et/ou pour mesurer des valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires, ledit composant électronique étant déporté latéralement relativement aux bobinages primaire et secondaires.
[0042] De préférence, les surfaces métalliques formant l’écran sont espacées deux à deux d’une distance supérieure ou égale à 800 pm.
[0043] L’invention couvre également un capteur inductif destiné à mesurer la position d’une cible, comportant une carte de circuit imprimé selon l’invention, ainsi qu’au moins un composant électronique configuré pour mesurer des valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires et pour en déduire des mesures de position.
[0044] L’invention couvre aussi un ensemble comportant un capteur inductif selon l’invention et une cible métallique, le capteur inductif étant configuré pour mesurer la position de ladite cible.
Description des figures
[0045] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
[0046] [Fig. 1A] La figure 1A illustre un premier bobinage secondaire d’une carte de circuit imprimé selon l’art antérieur, pour un capteur inductif ;
[0047] [Fig. 1 B] La figure 1 B illustre un bobinage primaire et un deuxième bobinage secondaire de la carte de circuit imprimé de la figure 1A ;
[0048] [Fig. 1 C] La figure 1 C illustre la carte de circuit imprimé de la figure 1 A, selon une vue en coupe dans un plan orthogonal au plan des bobinages ;
[0049] [Fig. 2A] La figure 2A illustre un premier bobinage secondaire d’une carte de circuit imprimé selon l’invention ;
[0050] [Fig. 2B] La figure 2B illustre un bobinage primaire et un deuxième bobinage secondaire de la carte de circuit imprimé de la figure 2A ;
[0051] [Fig. 2C] La figure 2C illustre l’écran de la carte de circuit imprimé de la figure 2A ;
[0052] [Fig. 2D] La figure 2D illustre la carte de circuit imprimé de la figure 2A, selon une vue en coupe dans un plan orthogonal au plan des bobinages ;
[0053] [Fig. 2E] La figure 2E illustre l’écran de la carte de circuit imprimé de la figure 2A, ainsi que la projection orthogonale des bobinages secondaires dans le même plan ;
[0054] [Fig. 3] La figure 3 illustre la carte de circuit imprimé de la figure 2A, selon une vue de côté et en utilisation avec une cible et dans un environnement comportant des pièces métalliques ;
[0055] [Fig. 4] La figure 4 illustre l’écran d’une première variante de carte de circuit imprimé selon l’invention ;
[0056] [Fig. 5] La figure 5 illustre l’écran d’une deuxième variante de carte de circuit imprimé selon l’invention ;
[0057] [Fig. 6] La figure 6 illustre une troisième variante de carte de circuit imprimé selon l’invention ; et [0058] [Fig. 7] La figure 7 illustre un capteur inductif selon l’invention.
Description détaillée d’au moins un mode de réalisation
[0059] On décrit dans la suite, en référence aux figures 2A à 2E, un premier mode de réalisation d’une carte de circuit imprimé 20 selon l’invention. Ici, mais de manière non limitative, la carte de circuit imprimé est destinée à faire partie d’un capteur de position angulaire.
[0060] A la figure 2D, la carte de circuit imprimé 20 est représentée selon une vue en coupe dans un plan orthogonal aux bobinages. La carte de circuit imprimé comporte une première, deuxième, troisième et quatrième couches métalliques 201 , 202, 203, 204, séparées deux à deux par des couches respectives en matériau diélectrique 211 , 212, 213.
[0061] Les bobinages, formant ensemble la partie sensible du capteur inductif, comporte ici un bobinage primaire 21 et deux bobinages secondaires 22a et 22b. Pour faciliter la compréhension, la figure 2A montre un premier bobinage secondaire 22a, et la figure 2B montre le bobinage primaire 21 et un second bobinage secondaire 22b.
[0062] Comme dans l’art antérieur décrit en introduction, chacun des bobinages secondaires 22a et 22b est constitué d’une pluralité de spires, qui s’étendent les unes à la suite des autres selon une forme d’anneau.
[0063] Ici, et de manière avantageuse, les spires s’étendent chacune pour partie dans la première couche métallique 201 et pour partie dans la deuxième couche métallique 202 de la carte de circuit imprimé 20 (avec des vias traversant au moins la couche 211 en matériau diélectrique). On peut nommer « couches de bobinage » lesdites première et deuxième couches métalliques 201 , 202.
[0064] Le bobinage primaire 21 est en forme de cercle, avec une ouverture pour l’arrivée et la sortie d’un courant électrique. Il entoure les bobinages secondaires 22a et 22b. Il s’étend dans l’une au moins parmi la première couche métallique 201 et la deuxième couche métallique 202, sous la forme d’un ou plusieurs cercles superposés et/ou concentriques.
[0065] La carte de circuit imprimé comporte en outre un écran 23, constitué d’une pluralité de surfaces métalliques distinctes 231 (voir figure 2C), et situé dans une couche métallique de la carte de circuit imprimé 20, distincte de celles recevant les bobinages. Ici, l’écran 23 est situé dans la couche métallique la plus éloignée des bobinages (notamment secondaires), c’est-à-dire la quatrième couche métallique 204. On peut nommer « couche de masquage >> ladite quatrième couche métallique 204.
[0066] Comme expliqué dans l’exposé de l’invention, l’écran 23 permet d’insensibiliser les bobinages secondaires à l’égard d’un environnement métallique distinct de la cible. Il s’agit en particulier d’imposer un couplage électromagnétique entre les bobinages secondaires et un élément métallique connu formé par l’écran, ce couplage remplaçant un couplage électromagnétique entre les bobinages secondaires et un environnement métallique non contrôlé.
[0067] L’écran 23 s’étend au regard des bobinages secondaires 22a, 22b, sur toute l’étendue de ces derniers le long d’un chemin 24 de déplacement de la cible relativement auxdits bobinages secondaires, en utilisation. Ici, ce chemin 24 (en pointillés) en forme de cercle, et l’écran 23 s’étend donc selon une forme générale d’anneau.
[0068] Ici, mais de manière non limitative, les surfaces métalliques 231 formant l’écran 23 présentent toutes la même aire. Plus encore, ces surfaces métalliques présentent ici toutes la même forme. Ici, mais de manière non limitative, chacune des surfaces métalliques 231 formant l’écran 23 présente une forme sensiblement carrée.
[0069] En outre, les surfaces métalliques 231 formant l’écran 23 sont réparties ici selon un motif régulier le long du chemin 24 de déplacement de la cible. Ici, mais de manière non limitative, lesdites surfaces métalliques 231 sont réparties régulièrement angulairement, avec un écart angulaire constant entre deux surfaces métalliques 231 voisines.
[0070] On détaille dans la suite les conditions vérifiées avantageusement par l’écart entre deux surfaces métalliques 231 voisines.
[0071] Enfin, la figure 2E montre l’écran 23, ainsi que la projection orthogonale 25 des deux bobinages secondaires dans le plan de l’écran 23.
[0072] Ladite projection orthogonale 25 délimite des surfaces 251 , réparties les unes à la suite des autres le long du chemin 24 de déplacement de la cible. Les surfaces 251 sont des surfaces fermées, qui présentent toutes sensiblement la même forme.
[0073] Dans le cas où on pourrait définir plusieurs séries de surfaces de formes similaires réparties le long du chemin 24, on choisit la série dont les surfaces 251 présentent la plus grande aire.
[0074] Selon l’invention, chacune des surfaces métalliques 231 est inscrite dans l’une respective de ces surfaces 251 . De préférence, chacune desdites surfaces 251 reçoit l’une respective de ces surfaces métalliques 251 .
[0075] Cet agencement assure automatiquement une répartition régulière des surfaces métalliques 231 .
[0076] Cet agencement permet également que les surfaces métalliques 231 ne chevauchent pas les pistes des bobinages secondaires 22a, 22b, venant ainsi perturber les flux électromagnétiques reçus par les bobinages secondaires. Ainsi, on garantit une précision optimale de la mesure de position par l’intermédiaire d’une mesure de tension aux bornes des bobines secondaires. [0077] Cet agencement permet également qu’une grande partie du pourtour du bobinage primaire se trouve au regard des espace libres entre deux des surfaces métalliques formant l’écran. On limite ainsi les courants induits par le bobinage primaire dans l’écran.
[0078] Cet agencement permet aussi que les surfaces métalliques 231 contournent, par construction, des vias métalliques traversant la carte de circuit imprimé sur toute son épaisseur et reliant ensemble différentes portions de spires des bobinages primaire, respectivement secondaires.
[0079] On remarque que, selon l’invention, la répartition des surfaces métalliques 231 est fonction uniquement de l’agencement des bobinages secondaires, indépendamment de la forme de la cible.
[0080] Avantageusement, les surfaces métalliques 231 sont situées chacune entre les projections orthogonales de portions de spire appartenant respectivement au premier bobinage secondaire 22a et au deuxième bobinage secondaire 22b. Ceci est lié à l’agencement entrelacé des bobinages secondaires 22a et 22b.
[0081] Dans un exemple non limitatif, les surfaces métalliques 231 sont par exemple des surfaces en cuivre, d’épaisseur comprise entre 34 pm et 40 pm.
[0082] On illustre ensuite, en référence à la figure 3 et de façon schématique, la carte de circuit imprimé 20 en utilisation avec une cible 330. L’axe A1 représente de façon schématique l’axe de rotation de la cible 330.
[0083] Les première et deuxième couches métalliques 201 , 202, recevant les bobinages, sont situées du côté de la cible 330. La quatrième couche métallique 204, recevant l’écran, est située du côté opposé à la cible. L’écran se trouve ainsi positionné entre les bobinages (notamment secondaires), et des pièces métalliques annexes 340 qui, en l’absence de l’écran, pourraient perturber le signal mesuré aux bornes des bobinages secondaires.
[0084] La figure 3 montre en particulier que, contrairement à l’écran selon l’invention, les pièces métalliques annexes 340 présentent une distance aux bobinages secondaires qui varie dans l’espace, ce qui se traduit par un signal parasite qui varie en fonction du temps au niveau des bobinages secondaires.
[0085] On illustre ensuite, en référence à la figure 4, l’écran 43 d’une première variante de carte de circuit imprimé selon l’invention.
[0086] Dans cette variante, les surfaces métalliques 431 formant l’écran 43 ont chacune une forme de portion d’anneau. En particulier, chaque surface métallique à une forme d’arc d’anneau, ou autrement dit une forme de portion d’anneau délimitée latéralement par deux rayons d’un disque agencé concentrique avec l’anneau.
[0087] La figure 4 illustre également l’écart D entre deux surfaces métalliques 341 voisines. [0088] Selon l’invention, cet écart D est compris entre :
- une valeur supérieure Dmax, au-delà de laquelle il peut exister un couplage électromagnétique entre les bobinages secondaires et une pièce métallique annexe distincte de la cible, passant par les espaces libres entre les surfaces métalliques 341 ; et
- une valeur inférieure Dr™, définie notamment par les contraintes technologiques de fabrication.
[0089] La valeur supérieure Dmax est fonction notamment d’une distance attendue entre les bobinages secondaires et ladite pièce métallique annexe distincte de la cible. Dans ces conditions courantes d’utilisation (soit avec une distance inférieure à 10 mm entre les bobinages secondaires et la pièce métallique à masquer), on a par exemple Dmax— 2 mm.
[0090] La valeur inférieure Dmin est par exemple 125 pm. Elle est avantageusement plus élevée, ce qui permet de relâcher les contraintes de fabrication sans impact sur l’effet technique recherché. On a par exemple Dmin = 800 m, voire Dmin = 1 mm.
[0091] On illustre ensuite, en référence à la figure 5, l’écran 53 d’une deuxième variante de carte de circuit imprimé selon l’invention.
[0092] Dans cette variante, les surfaces métalliques 531 sont toutes reliées à un même potentiel électrique U. Pour cela, lesdites surfaces métalliques 531 sont avantageusement connectées électriquement entre elles, par l’intermédiaire d’une piste de connexion électrique 57. Ici, mais de manière non limitative, la piste de connexion électrique 57 présente une forme de cercle passant par chacune des surfaces métalliques 531 . Le cercle est avantageusement le cercle de plus petit diamètre permettant de passer par chacune des surfaces métalliques 531 (pour maximiser une distance au bobinage primaire).
[0093] Le potentiel électrique U peut être un potentiel nul, formant la masse d’un circuit électrique connecté aux bobinages (primaire et secondaires). Dans ce cas, l’écran présente également une fonction de protection à l’égard des agressions électromagnétique (ou CEM, pour Compatibilité Electro-Magnétique).
[0094] En variante, le potentiel électrique U est un potentiel non nul, distinct de la masse d’un circuit électrique connecté aux bobinages.
[0095] La figure 6 illustre de façon schématique une variante d’une carte de circuit imprimé 60 selon l’invention, qui se distingue des exemples décrits ci-dessus en ce qu’elle comporte en outre un composant électronique 68, configuré pour alimenter électriquement le bobinage primaire 61 et/ou pour mesurer des valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires 62a, 62b.
[0096] Le composant électronique 68 est agencé déporté latéralement relativement aux bobinages primaire 61 et secondaires 62a, 62b. Dit autrement, le composant électronique 68 n’est pas superposé aux bobinages. Dans une vue de dessus, le composant électronique 68 est mais situé à côté des bobinages, à l’extérieur d’un disque délimité par le bobinage primaire 61 .
[0097] La figure 7 illustre enfin un capteur inductif 700 selon l’invention, comportant une carte de circuit imprimé 70 selon l’invention, et au moins un composant électronique 79 configuré pour mesurer des valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires et pour en déduire des mesures de position d’une cible.
[0098] Ici, l’au moins un composant électronique 79 comporte :
- un premier composant électronique 78, configuré pour alimenter électriquement le bobinage primaire 61 et/ou pour mesurer des valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires 62a, 62b ; et
- un second composant électronique 78’, configuré pour recevoir en entrée des valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires 62a, 62b, et pour en déduire des valeurs de position d’une cible.
[0099] L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus, et peut couvrir de nombreuses autres variantes avec par exemple :
- l’écran réalisé dans la troisième couche métallique d’une carte de circuit imprimé à 4 couches métalliques telle qu’illustrée à la figure 2D ;
- un nombre différent de couches métalliques dans la carte de circuit imprimé, ce nombre étant cependant supérieur ou égal à 3 ;
- un nombre de bobines secondaires supérieur à 2, par exemple égal à 3 ;
- un agencement des bobinage non pas le long d’un trajet circulaire, mais le long d’un trajet rectiligne, ou curviligne, ou toute autre forme ;
- un agencement des bobinages selon une forme de disque, et non d’anneau, associé à un capteur inductif configuré pour être monté à l’extrémité d’un arbre de rotation ;
- un écran qui ne recouvre pas les bobinages secondaires sur toute leur étendue le long du trajet de la cible, l’effet technique étant alors obtenu sur une partie seulement du trajet de la cible ;
- des surfaces métalliques formant l’écran qui présentent des formes quelconques, par exemple des formes quelconques et permettant de contourner des vias métalliques traversant la carte de circuit imprimé sur toute son épaisseur ;
- plusieurs surfaces métalliques formant l’écran, à l’intérieur d’une même surface délimitée par la projection orthogonale des bobinages secondaires dans le plan de l’écran ; etc.
[00100] L’invention permet, in fine, de réaliser des capteurs inductifs de dimensions réduites et de faciliter leur intégration dans des environnements fortement contraints, notamment dans un moteur de véhicule électrique ou dans une électronique de contrôle de moteur électrique.
[00101 ] L’invention n’a pas d’impact négatif sur la OEM.
[00102] Dans des variantes légèrement distinctes de l’invention, l’écran peut s’étendre sous la forme de surfaces métalliques distinctes, réparties de manière régulière et s’étendant non seulement au regard des bobinages secondaires, mais également en dépassant relativement à la projection orthogonale des bobinages secondaires.
[00103] Dans d’autres variantes légèrement distinctes de l’invention, l’écran peut être formé de surfaces métalliques réparties régulièrement, selon un motif décorrélé de la forme des spires des bobinages secondaires. On peut notamment avoir des surfaces métalliques recouvrant l’intégralité de plusieurs spires voisines des bobinages secondaires. En complément ou en variante, les surfaces métalliques peuvent être réparties en séries d’arc de cercle concentriques, superposés les uns audessus des autres le long d’un axe orthogonal au trajet de la cible.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Carte de circuit imprimé (20 ; 60) pour un capteur inductif destiné à mesurer la position d’une cible (330), la carte de circuit imprimé comportant une pluralité de couches métalliques (201 , 202, 203, 204), séparées deux à deux par des couches respectives en matériau diélectrique (211 , 212, 213), la carte de circuit imprimé comportant :
- au moins deux bobinages secondaires (22a, 22b ; 62a, 62b) formés chacun par des spires entrelacées, les bobinages secondaires s’étendant ensemble dans deux couches au moins parmi ladite pluralité de couches métalliques, nommées couches de bobinage (201 , 202) ;
- un bobinage primaire (21 ; 61), entourant les bobinages secondaires et s’étendant sur au moins l’une des couches de bobinage (201 , 202) ; et
- un écran (23 ; 43 ; 53), pour insensibiliser les bobinages primaire et secondaires à l’égard d’un environnement métallique (340) ; caractérisé en ce que :
- l’écran (23 ; 43 ; 53) est constitué de surfaces métalliques (231 ; 431 ; 531) situées dans une couche appartenant à ladite pluralité de couches métalliques, nommée couche de masquage (204), les couches de bobinages (201 , 202) s’étendant toutes d’un même côté de la couche de masquage (204) ;
- chacune desdites surfaces métalliques (231 ; 431 ; 531) est inscrite dans une surface délimitée par le tracé d’une projection orthogonale des bobinages secondaires (22a, 22b ; 62a, 62b) dans le plan de la couche de masquage (204) ; et
- les surfaces métalliques (231 ; 431 ; 531) formant l’écran sont situées chacune entre les projections orthogonales de différentes portions de spire appartenant à des bobinages secondaires distincts (22a, 22b ; 62a, 62b).
[Revendication 2] Carte de circuit imprimé (20 ; 60) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’un écart (D) entre deux surfaces métalliques voisines parmi les surfaces métalliques formant l’écran, est inférieur ou égal à Dmax, où Dmax vaut 2 mm.
[Revendication 3] Carte de circuit imprimé (20 ; 60) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les surfaces métalliques (231 ; 431 ; 531) formant l’écran sont réparties selon un motif régulier.
[Revendication 4] Carte de circuit imprimé (20 ; 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les surfaces métalliques (231 ; 431 ; 531) formant l’écran présentent toutes une même aire.
[Revendication 5] Carte de circuit imprimé (20 ; 60) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les surfaces métalliques (231 ; 431 ; 531) formant l’écran présentent toutes une même forme.
[Revendication 6] Carte de circuit imprimé (20 ; 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu’elle est destinée à réaliser une mesure de position angulaire, et en ce que les bobinages secondaires (22a, 22b ; 62a, 62b) et le bobinage primaire (21 ; 61) s’étendent chacun selon une forme d’anneau.
[Revendication 7] Carte de circuit imprimé (20 ; 60) selon la revendication 6, caractérisée en ce que les surfaces métalliques (231 ; 431 ; 531) formant l’écran ont chacune une forme de portion d’anneau.
[Revendication 8] Carte de circuit imprimé (20 ; 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu’elle comporte quatre couches métalliques (201 , 202, 203, 204), avec :
- une première et une deuxième couches métalliques (201 , 202) formant ensemble les couches de bobinage ; et
- une quatrième couche métallique (204) formant la couche de masquage, séparée des couches de bobinage par une troisième couche métallique (203).
[Revendication 9] Carte de circuit imprimé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l’écran (53) est électriquement connecté à une source de tension (U) de potentiel constant et non nul.
[Revendication 10] Carte de circuit imprimé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l’écran (53) est électriquement connecté à la masse.
[Revendication 11] Carte de circuit imprimé (60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre un composant électronique (68) configuré pour alimenter électriquement le bobinage primaire (61) et/ou pour mesurer des valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires (62a, 62b), ledit composant électronique (68) étant déporté latéralement relativement aux bobinages primaire (61) et secondaires (62a, 62b).
[Revendication 12] Carte de circuit imprimé (20 ; 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisée en ce que les surfaces métalliques (231 ; 431 ; 531) formant l’écran sont espacées deux à deux d’une distance supérieure ou égale à 800 pm.
[Revendication 13] Capteur inductif (700) destiné à mesurer la position d’une cible, comportant une carte de circuit imprimé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, ainsi qu’au moins un composant électronique (79) configuré pour mesurer des valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires et pour en déduire des mesures de position.
[Revendication 14] Ensemble comportant un capteur inductif (700) selon la revendication 13 et une cible métallique (330), le capteur inductif étant configuré pour mesurer la position de ladite cible.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0133126A1 (fr) * 1983-07-29 1985-02-13 Regie Nationale Des Usines Renault Capteur de déplacement angulaire, notamment pour la détection du couple dans les directions assistées
US20140167788A1 (en) 2012-12-18 2014-06-19 Continental Automotive Gmbh Inductive sensor for angular measurement of the position of a moving part and measuring method using such a sensor
DE102020203275A1 (de) * 2020-03-13 2021-09-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Induktive Rotorlagesensoreinrichtung, Antriebseinrichtung
US20220065610A1 (en) * 2020-08-25 2022-03-03 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Scanning element and inductive position measuring device therewith

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