Brevet FR2696826A1 — publié le 19940415

Capteur pour la mesure du déplacement angulaire d'une pièce mobile. L'invention concerne un capteur pour la mesure du déplacement angulaire d'une pièce mobile, un capteur de déplacement angulaire étant un capteur inductif à couplage magnétique variable La présente invention portera plus précisément, mais à titre non limitatif, sur le cas d'un capteur de déplacement angulaire encore appelé resolver. Un capteur de déplacement angulaire comprend un rotor constitué d'un assemblage de tôles magnétiques supportant un premier bobinage et un stator constitué également d'un assemblage de tôles magnétiques et supportant un second bobinage Le bobinage du rotor est alimenté par une tension alternative A cause de la rotation du rotor, l'amplitude de15 la tension alternative induite dans le bobinage statorique n'est pas constante mais varie en fonction du sinus de l'angle de rotation du rotor par rapport au stator On recueille donc aux bornes du bobinage statorique une tension alternative modulée en amplitude par le sinus de l'angle de20 rotation du rotor par rapport au stator. Le rotor et le stator d'un capteur de déplacement angulaire peuvent comprendre un ou deux bobinages selon le cas Un capteur transmetteur possède un rotor à un bobinage et un stator à deux bobinages Les bobinages statoriques25 sont disposés de façon que l'un délivre une tension d'amplitude modulée en sinus de l'angle de rotation et que l'autre délivre une tension d'amplitude modulée en cosinus du même angle. Les versions les plus robustes et les plus fiables des capteurs de déplacement angulaire sont ceux possédant un transformateur tournant constitué de deux bobines concentriques, l'une servant de primaire au transformateur et l'autre servant de secondaire. La tension d'excitation du capteur est alors fournie par l'intermédiaire du secondaire du transformateur Le secondaire du transformateur est monté sur la pièce servant de rotor et est donc solidaire en rotation du bobinage ou des bobinages rotoriques Leur connexion électrique par fils de liaison ne pose donc aucun problème. L'utilisation d'un transformateur tournant évite l'utilisation de collecteurs comprenant des bagues et des balais Cependant le transformateur est à l'origine de tensions parasites qui nuisent à la précision du capteur. Le flux de fuite du tranformateur tournant ne crée théoriquement pas de tension induite dans la partie dispositif de mesure du capteur, car il s'agit d'un flux10 homopolaire dont le coefficient de bobinage est nul En pratique, il existe de légères dissymétries dans le bobinage et dans la répartition du flux Ces dissymétries, font que les tensions induites en sortie du dispositif de mesure ne sont pas nulles.15 Il est connu de remédier à ces phénomènes dûs aux tensions parasites en écartant la partie transformateur de la partie dispositif de mesure Un écart de l'ordre de 1 cm est alors nécessaire Cependant cette solution n'est pas satisfaisante En effet, on demande aux capteurs de20 déplacement angulaire d'avoir une très bonne précison tout en ayant l'encombrement le plus réduit possible En outre, un capteur de faible encombrement peut être logé directement dans le moteur auquel il est destiné, ce qui contribue à réduire le coût de l'ensemble.25 L'invention apporte une solution satisfaisante à ce problème Elle autorise des écarts de l'ordre de 3 mm entre la partie transformateur et la partie dispositif de mesure tout en conservant la même précision que pour les capteurs de l'art antérieur qui ont des écarts de l'ordre de 1 cm30 entre ces parties. Selon l'invention, le flux de fuite est fortement réduit par la présence d'une spire en matériau conducteur de l'électricité et en court-circuit, située entre le transformateur et la partie dispositif de mesure En35 présence d'un flux de fuite, cette spire est parcourue par un courant en opposition de phase par rapport au courant circulant dans le secondaire du transformateur Ce courant s'oppose au passage du flux de fuite vers les assemblages de tôles magnétiques du dispositif de mesure. Cette spire est réalisée en matériau amagnétique pour éviter le passage, sur la surface de la spire, des lignes de flux de fuite En effet, si la spire était en matériau magnétique, des lignes de flux passeraient en surface La spire étant en matériau amagnétique, les lignes de flux de fuite sont forcées de passer dans l'air.10 L'invention a donc pour objet un capteur pour la mesure de déplacement angulaire d'une pièce mobile, comprenant un transformateur tournant comportant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, et un dispositif de mesure comportant au moins un bobinage15 statorique et au moins un bobinage rotorique, un stator supportant l'enroulement et le bobinage statiques, un rotor supportant l'enroulement et le bobinage tournants, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une spire en court-circuit en matériau conducteur de l'électricité et20 amagnétique, disposée entre le transformateur tournant et le dispositif de mesure pour faire obstacle aux lignes du flux de fuite du transformateur tournant vers le dispositif de mesure. La spire peut prendre la forme d'une rondelle ou d'un tube Elle peut prendre une forme résultant de la combinaison d'une rondelle et d'un tube. Le transformateur tournant peut comporter une carcasse magnétique fixée au stator et recevant l'enroulement primaire et une carcasse magnétique fixée au rotor et30 recevant l'enroulement secondaire Le dispositif de mesure peut comporter un empilement de tôles magnétiques fixées au stator et recevant le bobinage statorique et un empilement de tôles magnétiques fixées au rotor et recevant le bobinage rotorique. 35 Dans ce cas, la spire en court-circuit peut être une rondelle disposée sur le flanc de la carcasse rotorique du transformateur et/ou une rondelle disposée sur le flanc de la carcasse statorique du transformateur La spire peut aussi être un tube placé sur le rotor et/ou un tube placé sur la surface interne du stator La spire peut encore être 5 une tôle placée sur l'empilement de tôles rotoriques et/ou une tôle placée sur l'empilement de tôles statoriques. Le rotor et la carcasse rotorique du transformateur peuvent être des parties d'une même pièce réalisée en matériau magnétique.10 La spire peut être par exemple réalisée en cuivre, en aluminium ou en inox amagnétique. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif, accompagnée des dessins15 annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un capteur selon l'art connu, les figures 2 à 7 illustrent différentes variantes de mises en oeuvre de l'invention sur un capteur du type représenté à la figure 1. Bien que la description va porter sur un capteur pour la mesure du déplacement angulaire d'une pièce mobile, l'invention s'applique à tout dispositif de mesure, de type électromagnétique, de la position d'une pièce mobile (en rotation ou en translation) par rapport à une pièce de référence comprenant au moins une première bobine alimentée par une tension et une deuxième bobine placée sur cette pièce mobile et fournissant à ses bornes une tension de mesure dépendant de l'amplitude du déplacement.30 La description va porter plus précisément sur un capteur de déplacement angulaire dont la partie dispositif de mesure comporte un bobinage rotorique et deux bobinages statoriques Un tel capteur est représenté à la figure 1 dans une version selon l'art connu Il comporte un rotor 135 et un stator 2 concentriques, un transformateur tournant 3 et un dispositif de mesure 4 Le rotor est en matériau amagnétique et le stator en matériau magnétique. L'enroulement primaire 5 du transformateur tournant est disposé dans une carcasse magnétique constituée en partie par des éléments de forme du stator et en partie par un 5 élément de fermeture annulaire 6 fixé au stator. L'enroulement secondaire 7 est disposé dans une carcasse magnétique constituée de deux parties logées sur le rotor 1: une première partie 8 mise en butée sur le rotor et comportant un logement de réception de l'enroulement secondaire, et une deuxième partie 9 de fermeture du logement Ces deux parties 8 et 9 sont fixées au rotor Un passage 10 est prévu dans la partie 8 pour les fils de connexion entre le secondaire du transformateur et le dispositif de mesure.15 Le dispositif de mesure 4 comporte un bobinage rotorique il disposé sur un empilement de tôles magnétiques 12 et connecté à l'enroulement secondaire du transformateur. Les bobinages statoriques 13 sont disposés sur un empilement de tôles magnétiques 14 L'empilement rotorique est fixé sur20 le rotor et l'empilement statorique sur le stator Le stator 2 comporte un orifice 15 permettant le passage des fils électriques 16: deux fils pour l'alimentation de l'enroulement primaire du transformateur et les quatre fils de sortie du dispositif de mesure.25 Avec cette disposition, le flux de fuite du transformateur induit des tensions parasites dans la partie dispositif de mesure qui détériore la précision du resolver. Comme il a été dit plus haut, il faudrait écarter la partie transformateur de la partie dispositif de mesure pour30 améliorer la précision du resolver. Les figures 2 à 7 sont des vues partielles qui présentent différentes variantes de l'invention Les mêmes références qu'à la figure 1 représentent les mêmes éléments. Le capteur de la figure 2 comporte une spire en court- circuit constituée par une rondelle 21 fixée, par exemple par collage, sur le bord de la carcasse magnétique de l'enroulement primaire situé côté dispositif de mesure. Le capteur de la figure 3 comporte une spire en court- circuit constituée par une rondelle 22 fixée, par exemple par collage, sur le bord de la carcasse magnétique de l'enroulement secondaire situé côté dispositif de mesure. Le capteur de la figure 4 comporte une spire en court- circuit constituée par un tube 23 fixé, par exemple par collage ou par ajustement serré, sur le rotor 1 entre la10 pièce 8 et l'empilement de tôle 12. Le capteur de la figure 5 comporte une spire en court- circuit constituée par un tube 24 fixé, par exemple par collage ou par ajustement serré, sur la partie interne du stator 2 entre la carcasse magnétique de l'enroulement15 primaire et l'empilement de tôles 14. Le capteur de la figure 6 comporte une spire en court- circuit constituée par une tôle supplémentaire 25 fixée, par exemple par collage, sur l'empilement de tôles 12 et côté interne au capteur.20 Le capteur de la figure 7 comporte une spire en court- circuit constituée par une tôle supplémentaire 26 fixée, par exemple par collage, sur l'empilement de tôles 14 et côté interne au capteur. Pour ces deux dernières variantes, la tôle supplémentaire est bien sûr de nature différente des tôles des empilements puisqu'elle doit être amagnétique. Le cuivre est un matériau tout indiqué pour réaliser cette spire On peut également utiliser l'aluminium ou de l'inox amagnétique.30 Un rondelle de cuivre, telle que celle représentée à la figure 2, de 0,5 mm d'épaisseur atténue environ d'un facteur 10 le flux de fuite du transformateur Ainsi l'erreur due au flux de fuite est réduite de façon très importante.35 La-spire en court-circuit faisant obstacle aux flux de fuite du transformateur, on peut envisager maintenant de réaliser en une seule pièce magnétique le rotor 1 et la partie 8 de la carcasse de l'enroulement secondaire du transformateur Ceci contribue à diminuer le prix de revient de l'ensemble. 5 REVENDI CATIONS 1) Cèpteur pour la mesure du déplacement angulaire d'une pièce mobile, comprenant un transformateur tournant comportant un enroulement primaire ( 5) et un enroulement 5 secondaire ( 7), et un dispositif de mesure comportant au moins un bobinage statorique ( 13) et au moins un bobinage rotorique ( 11), un stator ( 2) supportant l'enroulement et le bobinage statiques, un rotor ( 1) supportant l'enroulement et le bobinage tournants, caractérisé en ce qu'il comprend en10 outre une spire en court-circuit ( 21 à 26) en matériau conducteur de l'électricité et amagnétique, disposée entre le transformateur tournant et le dispositif de mesure pour faire obstacle aux lignes du flux de fuite du transformateur tournant vers le dispositif de mesure.15 2) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la spire en court-circuit est une rondelle ( 21, 22). 3) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la spire en court-circuit est un tube ( 23, 24). 4) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur tournant comporte une carcasse magnétique fixée au stator et recevant l'enroulement primaire et une carcasse magnétique fixée au rotor et recevant l'enroulement secondaire, le dispositif de mesure comporte un empilement de tôles magnétiques fixées au stator et recevant le25 bobinage statorique et un empilement de tôles magnétiques fixées au rotor et recevant le bobinage rotorique. ) Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la spire en court-circuit est une rondelle ( 22) disposée sur le flanc de la carcasse rotorique du transformateur et/ou30 une rondelle ( 21) disposée sur le flanc de la carcasse statorique du transformateur. 6) Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la spire en court-circuit est un tube ( 23) placé sur le rotor et/ou un tube ( 24) placé sur la surface interne du35 stator. 7) Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce, que la spire en court-circuit est une tôle ( 25) placée sur l'empilement de tôles rotoriques et/ou une tôle ( 26) placée sur l'empilement de tôles statoriques. 5 8) Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le rotor et la carcasse rotorique du transformateur sont des parties d'une même pièce réalisée en matériau magnétique. 9) Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la spire est en cuivre, en aluminium ou en inox amagnétique. f