Brevet FR2029367A1 — publié le 19701023

L'invention a trait à des enroulements à plusieurs couches pour capteurs de position à mutuelle induction et a pour un de ses objets de fournir des capteurs de position, soit tournants soit linéaires, ayant une plus grande exactitude de déplacements angulaires ou linéaires que celle pouvant être obtenue jusqu'ici, Un autre objet de la présente invention est de fournir des enroulements à plusieurs couches de la nature de circuits imprimés pour capteurs de position qui soient capables de produire des configurations de pôles magnétiques qui ne sont pas possibles dans une construction à une seule couche, dans le but de diminuer les erreurs que comporte de type de capteur et d'obtenir une onde sinusoidale de couplage plus parfaite, Un autre objet de la présente invention est de fournir un capteur de déplacements ayant des enroulements planaires polyphasés à la fois sur des éléments mobiles et sur des éléments fixes. L'invention fournit une pluralité d'assemblages d'enroulements co-fonctionnels, où les assemblages dans une forme de l'invention sont disposés en juxtaposition sous la forme de couches multiples et, dans une autre forme de l'invention, sont disposés latéralement les uns par-rapport aux autres en une seule couche. Des mises en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrites, à titre d'exempLe, en référence aux dessins annexés, dans lesquels Figure 1 est une vue en coupe verticale montrant un capteur de position tournant de la presente invention Figures 2 et 3 sont respectivement des sues en plan montrant schématiquement des sections de couches d'enroulements pour un élément du capteur de position tournant Figure 4 est une vue en plan montrant une section de l'enroulement pour l'autre élément dn capteur de position ;; Figure 5 est un schéma de câblage montrant la relation de sections superposéès des couches d'enroulements, les huit conducteurs par section, ou segment, des figures 2 et 3 étant représentées dans- cette figure 5 sous forme de quatre conducteurs par section ou segment Figure 6 est un schéma de câblage développé de la forme tournante représentée dans les figures I-4,mais stapplique également à la forme linéaire représentée dans la figure 7,et montre les agencements desécci ffi eexeions des couches d'enroulements;; Figure 7 est une vue/rspective- montrant un capteur de position linéaire de l'invention Figures 8 et 9 montrent les connexions des différents secteurs des deux couches d'enroulements pour le capteur de position tournant illustré, la figure 8 montrant les connexions du stator intérieur, les secteurs n'étant pas représentés, et la figure 9 montrant les connexions du stator extérieur Figure 10 est une vue des bornes imprimées de secteurs des couches respectives Figure Il montre une disposition d'un stator triphasé à trois couches Figure 12 est une modification montrant deux enroulements de rotor Figure 13 est une vue éclatée d'une modification montrant un rotor et un stator où l'enroulement de stator est sous forme de plusieurs anneaux dans une seule couche. En référence aux dessins qui concernent le capteur de position tournant, ce capteur est indiqué d'une manière générale par 1, et a un support 2 portant un élément de base fixe 3 sur lequel est montée une couche 4 de conducteurs, isolée des éléments de base 5 par une couche de matière plastique de collage 5. Ces conducteurs de la couche 4 ont la configuration montrée dans la figure 2. Sur la couche 4 de conducteurs est montée une seconde couche 6 de conducteurs ayant la configuration montrée dans la figure 3. Les conducteurs de la couche 6 sont isolés par une couche de matière plastique de collage 7 et sont en juxta- position avec les conducteurs de la première couche 4 comme on le décrira plus loin. Le support 2 renferme des enroulements 8 et 9 qui portent un arbre 10,un élément de base mobile Il dans lequel est monté un enroulement de rotor sous forme d'une couche 12 de conducteurs isolée de l'élément de base par une couche de matière plastique de collage 13, avec deux connexions terminales 14 et aux conducteurs du rotor. Les couches 4 et 6 de conducteurs et la couche 12 de conducteurs sont circonférentiellement complètes. Les deux connexions terminales pour la couche 4 de conduc tueurs adjacente à l'élément de base de stator 2 sont indiquées en 15', 16 dans la figure 1. Les deux connexions terminales pour la couche 6 de conductéurs superposée à la première couche 4 de conducteurs sont montrées en 21, 18 dans la figure 1. La couche 12 de conducteurs de rotor est espacée des conducteurs de stator de la couche de dessus 6 par un petit entrefer de l'ordre de 0,254 mm La figure 2 montre un fragment de l'anneau de conducteurs de stator de la couche 4, représenté sous forme de quatre segments 19a, b, c, d, d'un total de 48 segments. Chaque segment comme 19a comporte huit barres radiales, comme montré en 20, reliées en série et ayant des connexions terminales comme 21,22. La figure 3 montre un fragment de l'anneau de conducteurs de stator de la couche 6 similaire à ceux des conducteurs de la couche 4, avec des barres 23 similaires aux barres 20 de conducteurs 4. Comme la figure 2, la figure 3 montre quatre segments -indiqués en 39a-d, d'un total de 48 segments, chaque segment ayant huit barres radiales comme indiqué en 23. Les connexions terminales 24,25 sont décalées par rapport aux bornes 21,22 des conducteurs de la figure 2,de manière à ce que, quand les deux couches sont en juxtaposition, les bornes d'une couche 4 ne recouvrent pas les bornes de l'autre couche telle que 6. La figure 4 montre un fragment de 1' anneau de la couche 12 de conducteurs de rotor, comportant dans le cas présent, trois cent soixante barres, indiquées en 26 d'une longueur radiale sensiblement inférieure à celle des barres 20 et 23.0n a représenté uh enroulement monophasé, mais celui-ci peut, dans une autre possibilité, être un enroulement polyphasé semblable à ceux des figures 2 et 3. La figure 5 montre schématiquement deux secteurs 40,41 d'un anneau de conducteurs de stator et deux secteurs 42,43 d'un autre anneau de conducteurs de stator, et dans cette figure les conducteurs de la coche 4 des sections 42,43 adjacents à la base 3 sont montrés en traits discontinus et les conducteurs superposés de la couche 6 des sections 40,41 sont montrés en traits pleins. Des secteurs alternés de chacune des couches respectives 4 et 6 sont reliés comme enroulement sinus et des secteurs alternés adjacents sont reliés comme enroulement cosinus,comme décrit dans le brevet U.S. 2.799.835. La figure 6 montre schématiquement les connexions des enroulements sinus et cosinus des deux couches de conducteurs de stator, la couche interne étant indiquée en 35,comme il ressort de la figure 7,la coucheexterne étant indiquée en 37. Dans l'exemple illustré le rotor a 360 Pâles, chaque enroulement de stator ayant 384 pâles, chaque enroulement étant disposé en 48 secteurs de 8 pôles chacun. Vingt-quatre secteurs sont reliés en série pour chacun des deux enroulements de phase, les secteurs sinus interpénétrant les secteurs cosinus0 Le secteur sinus d'une couche est en juxtaposition avec l'intervalle entre des secteurs sinus adjacents de l'autre couche, à savoir en juxtaposition avec le secteur cosinus de l'autre couche, de qui fait que les enroulements sinus de toutes les couches dans leur ensemble offrent sensiblement l'aspect d'un enroulement continu dans un sens faisant face à l'enroulement de rotor. Les enroulements des couches interne et externe 35 et 37 de la figure 6 sont reliés essentiellement non induc1:ivement les uns aux autres comme décrit ci-après. En référence à la figure 6,les enroulements sinus des couches 35 et 37 sont reliés comme suit S2 de la couche interne 35 à S3 de l'enroulement sinus décalé de la couche externe 37,S4 de la couche externe 37 à S5 de la couche interne 35, S6 de la couche interne 35 à S7 de la couche externe 37 ; S1 et S8 étant des bornes. Les enroulements cosinus sont reliés comme suit C2 de la couche externe 22 à C3 de l'enroulement cosinus décalé de la couche interne 35, C4 de la couche interne 35 à C5 de la couche externe 37, C6 de la couche externe 37 à C7 de la couche interne 35, C1 et C8 étant des bornes. Avec le rotor dans la position montrée dans la figure 6, les enroulements sinus des couches 35 et 37 sont sans effet par rapport à l'enroulement de rotor 38. Les enroulements de stator sont représentés en relation annulée mais peuvent être en position de couplage maximum les uns par rapport aux autres. Les enroulements cosinus représentés sont montés dans le même sens, c'est-à-dire de façon à ce que leurs effets s'additionnent et avec un couplage avec le rotor sensiblement maximum. Dans l'agencement montré dans le brevet U.S. 2.799.835, les enroulements sinus et cosinus ne sont pas continus respectivement par suite de leur interpénétration. Cette situation est évitée par la présente invention, car les enroulements sinus et cosinus sont effectivement continus à cause de l'interconnexion des enroulements des deux couches ZZ et 22 comme montré et décrit en référence à la figure 6. Dans le précédent agencement, une anomalie de l'enroulement de rotor produirait un signal d'erreur modulé proportionnel à la fréquence de la distribution des secteurs, ctest-à-dire dans le cas présent 24 ou 48 cycles. Grâce à la présente invention, le signal d'erreur est essentiellement éliminé. En remplissant l'espace entre les secteurs sinus par exemple, avec les secteurs sinus de la couche adjacente, la fréquence de modulation du signal d'erreur est changée d'un signal basse fréquence haute amplitude en un signal haute fréquence basse amplitude. Alors que les enroulements ont été montrés en couches "internes" et "externes",il est bien entendu qu'ils peuvent être placés dans l'une ou l'autre couche du moment que les connexions décrites sont maintenues. Par exemple, l'enroulement entre les bornes S) et 54 pourrait être dans la couche interne et l'enroulement entre les bornes C3 et C4 pourrait être dans la couche externe, ainsi que tous autres enroulements. il est désirable qu'il y ait un minimum de couplage entre les enroulements sinus et cosinus . La réduction de couplage entre l'enroulement sinus complet,composé des secteurs sinus des deux couches, et l'enroulement cosinus complet composé des secteurs cosinus des deux couches est réalisé par leur connexion montrée dans la figure 6 et décrite. Les enroulements à secteurs sinus sont reliés additivement et en quadrature aux enroulements cosinus et les enroulements à secteurs cosinus sont reliés additivement et en quadrature aux enroulements sinus. Du fait qu'ils sont espacés en relation de quadrature les uns par rapport aux autres, il n'existe aucun couplage entre eux.De plus, si les enroulements de stator de la première couche sont une reproduction de ceux de la seconde couche et leurs enroulements sinus et cosinus respectifs sont seulement en quadrature appro ximative, en juxtaposant les couches avec les secteurs sinus par dessus les secteurs cosinus et en reliant tous les secteurs sinus ensemble et tous les secteurs cosinus ensemble, on obtient un enroulement sinus complet et un enroulement cosinus complet en quadrature exacte. Les essais d'un capteur de position tournant conforme à l'invention montrent une amélioration de quatre à un par rapport à l'appareil antérieur. Bien que 1 l'invention ait été décrite en rapport à des groupes en quadrature, polyphasés, à couches multiples d'enroulements, il est bien entendu que ces enroulements peuvent avoir d'autres nombres de phases, de secteurs, et de barres et être disposés sur l'un ou l'autre des organes relativement mobiles du capteur de position ou sur les deux. Dans la figure 7 l'invention est illustrée appliquée à un capteur linéaire de position qui consiste en une échelle 30 d'une manière générale du type exposé dans le brevet U.S. N0 2.799.835 et d'un curseur 31, d'une manière générale du type exposé dans le brevet U.S. 2.915.722. L'échelle 30 a une base 32 en métal ou autre matériau, sur laquelle est collée par une matière isolante,non représentée, une série de conducteurs électriques 33. Le curseur 31 est adjacent à cette série, agencé pour coulisser, et espacé par un entrefer ; il comporte une base 34 en métal ou autre matériau, à laquelle est collée, par une matière isolante non représentée, une couche de conducteurs 35 du type montré dans le brevet U.S0 sus-mentionné nO 2.91-5.722. Une couche isolante 36 lie cette couche de conducteurs à une couche semblable de conducteurs 22. Chaque paire de barres ou 'IU conducteurs est analogue à un secteur des enroulements tournants et les "U" sont reliés de la mtme manière que celle expliquée dans la figure 6. La portion conductrice en forme d'U est l'objet du brevet U.S. NO 3.064.218. Dans les deux formes linéaire et tournante, la base des conducteurs peut être en métal ou en matériau magnétique, comme décrit et revendiqué dans le brevet U.ss. 3.202.948. Alors que le capteur de position décrit ici est du type bi-phasé dans lequel les enroulements sont en quadrature, il est bien entendu que l'invention est applicable à d'autres dispositions polyphasées d'enroulements. Dans maintes applications, il est désirable d'avoir des enroulements sinus et cosinus tant sur les organes fixes que sur les organes mobiles. Gelà est réalisé, conformément à la présente invention, en appliquant les enroulements à couches multiples des figures 2,3,5 et 6 aux deux éléments 3 et Il du capteur tournant de la figure 1 et, dans une autre possibilité, aux éléments LO et 31 du capteur linéaire de la figure 7.Dans chaque cas, tournant et linéaire, le capteur de position a, sur un élément, des enroulements sinus et cosinus qui ne sont pas magnétiquement couplés les uns aux autres,et sur l'autre élément relativement mobile des enroulements sinus et cosinus qui ne sont pas couplés les uns aux autres, et les enroulements des éléments sont magnétiquement couplés en relation mobile. En référence à la figure 8, le cabrage des connexions à chacun des 48 secteurs de l'enroulement interne 35 est montré depuis la face de l'élément faisant vis-à-vis aux enroulements, les connexions à chaque secteur traversant les trous indiqués dans l'élément. De même, dans la figure 9,les connexions-pour les secteurs de l'enroulement 22 sont pareillement montrées En référence à la figure 10,dans laquelle les secteurs des enroulements 35 et 37 sont reprézentés en relation juxtaposée, il est bien entendu que la couche isolante sur les bornes de l'enroulement interne a été enlevée pour permettre la connexion. Dans la figure 12 sont montrés deux enroulements de rotor à employer avec un enroulement de stator bi-phasé pour un capteur bi-phasé, en position juxtaposée. L'enroulement interne 4J est montré avec l'enroulement externe 44 en juxtaposition avec lui et, dans l'exemple de 360 pôles illustré, ces enroulements sont déplacés d'un demi-degré pour donner une relation de quadrature. La figure Il montre une autre mise en oeuvre possible de l'invention, dans laquelle trois couches d'enroulements de stator sont en juxtaposition, chaque couche comportant trois phases, en relation de coopération avec un enroulement de rotor non représenté. Les phases respectives des trois stators doivent autre connectées comme indiqué par leurs polarités. Alors que les stators sont représentés en couches, ils peuvent, dans une autre possibilité, être disposés en plusieurs anneaux dans une seule couche,comme montré dans la figure 13, et produire le même résultat. De plus, le rotor peut avoir une pluralité de couches pour coopérer avec les pluralités de phases des stators précédemment décrits,donnant ainsi un capteur de position qui transmettra toutes phases d'entrée et-,- par exemple, avec deux stators et deux enroulements de rotor, produira un qéparateur à quatre enroulements. L'arrangement des enroulements de rotor de la figure 12 peut, dans une autre possibilité, être employé avec dës stators à couche unique ou à couches multiples. L'arrangement des enroulements de la figure 12, convenablement modifié en forme linéaire, peut servir au lieu de l'en- roulement 33 de l'échelle 30 de la figure 7,donnant un capteur linéaire de position à quatre bornes en employant les enroulements de stator des deux couches du curseur 24 ou bien les enroulements de stator d'une couche seulement. il est donc évident que de nombreux arrangements de couches et de phases peuvent être employés sans s'écarter du domaine de l'invention. REVENICATI0N5 Is Capteur de position à mutuelle induction comprenant un premier et un second élément relativement mobiles, ledit premier élément ayant un enroulement à couches multiples dont chacune a des groupes d'enroulements co-fonctionnels, les groupes d'enroulements dtune signification de co-fonction dans une couche étant décalés par rapport aux groupes ayant la mEme signification de co-fonction dans l'autre ou les autres couches, et le second élément ayant un enroulement d'au moins une couche qui est inductivement relié audit enroulement à couches multiples du premier élément. 2s Capteur de position selon la Revendication 1,dans lequel, en ce qui concerne les groupes d'enroulements de l'enroulement à couches multiples du premier élément de capteur, les groupes d'enroulements de chaque couche ont des espaces intermédiaires, les groupes d'enroulements d'une signification de chaque couche sont disposés dans les espaces des groupes de la signification associée, les groupes d'une couche d'une signification faisant vis à vis aux groupes d'une autre signification dans une autre couche,et les groupes opposés de dites couches ayant des conducteurs actifs sont positionnés en relation de quadrature et ne sont pas inductivement reliés les uns aux autres. 3.- Capteur de position selon la revendication 2,dans lequel les enroulements de tous les dits groupes de chaque signification de co-fonction de toutes les dites couches dans leur ensemble présentent essentiellement l'aspect d'un enroulement continu dans un sens faisant face audit second élément de capteur0 4.- Capteur de position selon les revendications 1,2 ou 3, dans lequel les groupes d'enroulements de toutes les dites couches de meme signification sont reliées en série et dans le même sens dans un circuit séparé pour les enroulements de chaque signification. 5.- Capteur de position selon la revendication 1,dans lequel les groupes d'enroulements co-fonctionnels s'interpénètrent et les enroulements de toutes les dites couches de meme signification sont reliés en série et dans le même sens. 6.- Capteur de position selon la revendication 1,dans lequel les groupes d'enroulements d'une signification de cofonction d'une couche sont juxtaposés en relation de quadrature avec les groupes d'enroulements d'une autre signification de cofonction dans une autre couche, et les enroulements d'une cofonction desdites couches sont reliés en série et dans le meme sens. 7.- Capteur de position selon la revendication 1,dans lequel chaque couche comprend des groupes décalés d'enroulements aMant une signification de co-fonction, les dits groupes ayant des espaces intermédiaires, et les enroulements d'une signification de co-fonction de chaque couche sont disposés dans les espaces des groupes de la signification associée, les groupes d'une signification dtune couche faisant vis-à-vis aux groupes d'une autre signification dans une autre couche. 8;- Capteur de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier élément de capteur est un stator et le second élément de capteur est un rotor, et l'enroulement de rotor est d'une longueur radiale sensiblement moindre que la longueur radiale de l'enroulement de stator, les dits enroulements de rotor et de stator étant inductivement reliés et chacun d'eux s'étendant transversalement par rapport au sens de rotation relative des dits rotor et stator. 9.- Capteur de position selon la revendication 1, dans lequel les enroulements dudit élément ayant des portions conductrices actives s'étendant dans un sens transversal par rapport au sens de déplacement relatif desdits éléments, la longueur dudit enroulement à couches multiples dans ledit sens transversal étant plus grande que la longueur de l'enroulement dudit second élément dans ledit sens transversal. 10.- Capteur de position ayant un premier et un second élément relativement mobiles, le premier élément ayant une pluralité d'arrangements d'enroulements de co-fonction, les enroulements d'une signification de co-fonction d'un arrangement étant juxtaposés et couplés aux enroulements d'une autre signification de co-fonction dans un autre arrangement, les enroulements d'une signification de co-fonction d'un arrangement étant en relation de quadrature et non inductrive avec les enroulements de l'autre signification de co-fonction dans un autre arrangement, le se cmnd élément dudit capteur ayant un enroulement inductivement relié à ladite pluralité d'arrangements d'enroulements de co-fonctio. 11.- Capteur de position selon la revendication 10, dans lequel les enroulements du second élément sont plus courts dans le sens transversal au déplacement que les enroulements du premier élément, les enroulements de tous les dits arrangements de même signification étant reliés en série/dans le même sens. 12.- Capteur de position comprenant un premier et un second élément relativement mobiles, le premier élément ayant des couches multiples d'enroulements de co-fonction, un enroulement d'une co-fonction d'une couche étant juxtaposé à un enroulement d'une autre co-fonction dans une autre couche, et le second élément ayant un enroulement inductivement relié audit enroulement à couches multiples. 13.- Capteur de position selon la revendication 12, dans lequel l'enroulement dudit second elément est un enroulement à une seule couche. 14.- Capteur de position selon la revendication 12, dans lequel l'enroulement du second élément est un enroulement à couches multiples d'enroulements de co-fonction, un enroulement co-fonctionnel d'une signification étant juxtaposé à un enroulement co-fonctionnel d'une autre signification. 15.- Capteur de position selon la revendication 12, dans lequel les dites couches multiples sont au moins au nombre de trois, ledit enroulement d'une co-fonction étant juxtaposé à au moins deux des enroulements d'autre co-fonction. 16.- Capteur de position selon la revendication 12, dans lequel les enroulements de co-fonction sont en relation de quadrature. 17.- Capteur de position selon la revendication 12, dans lequel l'enroulement dudit second élément est une couche unique d'enroulements de co-fonction. 18.- Capteur de position selon la revendication 12,dans lequel les enroulements d'une signification de co-fonction dans une couche sont décalés en relation non-inductive avec les enroulements de l'autre signification de co-fonction. 19.- Capteur de position comprenant un premier et un second élément relativement mobiles, le premier élément ayant deux couches de groupes d'enroulements sinus et cosinus cofonctionnels, un enroulement co-fonctionnel d'une signification dans une couche étant juxtaposé à l'autre enroulement co fonctionnel d'une autre signification dans l'autre couche, et le second élément ayant un enroulement inductivement relié au dit enroulement à couches multiples. 20.- Capteur de position selon la revendication 19, dans lequel les groupesd'enroulements co-fonctionnels d'une signification dans une couche sont décalés pour donner une relation non inductive entre les enroulements de co-fonction des deux couches. 21.- Capteur de position comprenant un premier et un second élément relativement mobiles, le premier élément ayant des assemblages d'enroulements de co-fonction, chaque assemblage comprenant au moins deux groupes, les enroulements d'une signification de co-fonction d'un assemblage étant juxtaposés à l'enroulement d'une autre signification de co-fonction dans un autre assemblage,et les groupes de chaque enroulement de co-fonction dans un assemblage étant décalés de l'autre assemblage pour donner une relation non inductive entre les assemblages d'enroulements de co-fonction,et le second élément ayant un enroulement inductivement relié aux enroulements desdits assemblages. 22.- Capteur de position comprenant des éléments relativement mobiles, un desdits éléments ayant un enroulement à assemblages multiples, chaaue assemblage comprenant une pluralité de groupes décalés d'enroulements ayant une signification de co-fonction, les dits groupes de chaque assemblage ayant des espaces intermédiaires,et les enroulements d'une signification de chaque assemblage étant disposés dans les espaces des groupes de la signification associée, les groupes d'un assemblage d'une signification faisant vis-à-vis aux groupes d'une autre signification dans un autre assemblage, les groupes opposés dedits assemblages ayant des conducteurs actifs positionnés en relation de quadrature et non inductivement reliés les uns aux autres, et le dit capteur ayant un autre élément qui a un enroulement inductivement relié au dit enroulement à assemblages multiples.