Brevet FR2837329A1 — publié le 20030919

selon l'une des revendications precedentes. 1 2837329 Resolver CAPTEUR ANGULAIRE INDUCTIF DE TYPE SYNCHRO RESOLVEUR La presente invention concerne les capteurs angulaires inductifs de type synchro, et notamment des resolveurs et synchro fonctionnant a la maniere d'un transformateur tournant. Les synchro-resolveurs comprennent deux parties deplagables angulairement l'une par rapport a l'autre autour d'un axe. Par commodite, on designee l'une de ces - parties comme etant un stator et l'autre comme etant un rotor. Mais cela n'implique pas que le stator ait une orientation fixe. Dans les resolveurs classiques, a transformateur tournant, le rotor supporte un ls bobinage secondaire du transformateur et la partie active du resolveur avec son bobinage primaire. Le stator comprend un bobinage primaire de transfo et la partie active avec le bobinage secondaire du resolveur. Le rotor et les elements du stator ont une constitution telle que les tensions aux bornes de deux bobines constituent le bobinage secondaire soient fonction de la position angulaire du rotor, pour une tension alternative donnee d'alimentation du primaire. Ces bobines vent montees de fa,con a fournir deux tensions Us 1 et Us2: Us1 = k. Up. Cos (n.) Us1 = k. Up. Cos (n.) ou n est un nombre entier, egal au nombre de padres de poles Up est la tension primaire k est une constante est ['angle fait par le rotor avec une orientation de reference. Dans un capteur destine a constituer emetteur ou recepteur d'un synchro, le bobinage secondaire est prevu pour fournir trots tensions de sorte Us1 = k. Up. Sin (n.) Us2 = k. Up. Sin (120/n+n O) Us2 = k. Up. Sin (-120/n+n O) 2 2837329 Les capteurs inductifs de type synchro-resolveur existants ont generalement un rotor de constitution complexe. On peut reduire cette complexite en placant tous les bobinages sur le stator et le rotor devient sans balai ni bobinage. Mais avec les conceptions actuelles la precision sur la mesure d'angle est reduite et les tensions fournies par les bobines secondaires presentent un dephasage tres variable en fonction de divers parametres. La presente invention vise notamment a fournir un capteur angulaire inductif de type resolveur repondant mieux que ceux anterieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce que le rotor a une constitution simple et robuste et que le capteur peut neanmoins etre realise pour des resolutions angulaires adaptees a chaque besoin. Dans ce but, I'invention propose notamment un capteur angulaire inductif comprenant: - un stator ayant une armature de revolution autour d'un axe, en materiau ferromagnetique, portent: une bobine primaire annulaire centree sur ['axe, prevue pour etre alimentee par une tension alternative, de constitution telle qu'elle genere un flux o electromagnetique dans ['armature et plusieurs bobinages secondaires, regulierement repartis angulairement, traversant un bras de ['armature par des ouvertures menagees dans le sens axial dans ['armature, et - un rotor sans bobinage, en materieu ferromagnetique, ayant successivement, dans le sens axial, un tron,con presentant une symetrie de revolution situe radialement au droit de la bobine primaire et un tron,con presentant, au droit des bobines secondaires, un pole semi-cylind rique en sail lie rad iale d' angle determine et de diametre tel que l'entrefer qui subsiste entre lui et le stator soit faible par comparaison a l'entrefer entre le stator et le rotor en dehors du segment du tron,con de fac,on a provoquer un couplage de la bobine primaire avec les bobines secondaires qui varie en fonction de la position angulaire du rotor. En general cheque bobinage secondaire sera en forme d'anneau cintre. 3 2837329 La bobine primaire peut etre formee par un seul enroulement. Wile peut egalement etre constituee de deux enroulements annulaires places de part et d'autre des bobines secondaires sur le stator. Dans le cas d'un resolveur, les bobinages secondaires vent disposes en quadrature du point de vue electrique L'armature entoure le rotor. Wile comporte avantageusement une premiere partie annulaire, qui peut etre en materieu massif, portent un support de la bobine 0 primaire et une seconde partie annulaire, en materiau ferromagnetique avantageusement feuillete dans le sens axial (paquet de soles), portent les bobines secondaires. La premiere partie peut notamment avoir une section droite en L. Les d e ux bobi nages seco ndai res peuvent traverser la second e partie par d es ouvertures communes. Wiles ont chacune un developpement angulaire aussi proche que possible de 180 electrique. Les caracteristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparatront mieux a la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de realisation de ['invention, donne a titre d'exemple non limitatif. La description se refere aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est une representation simplifiee d'un capteur, en coupe suivant un plan median passant par ['axe; - la figure 1A est une vue en perspective du rotor - la figure 2 est une vue en elevation d'une des t61es du stator, faisant appara^'tre les encoches de passage des bobines secondaires portees par le stator; - la figure 3 montre 1'allure des lignes de flux magnetiques dans la partie semi cylindrique du rotor et dans les soles, lorsque le rotor est dans une position mediane; - la figure 4 est un schema electrique de principe du capteur et de ses liaisons; 4 2837329 - la figure5 montre ['allure de la variation des tensions de sortie des bobines statoriques en fonction de ['angle du rotor par rapport a sa position mediane; - la figure6, similaire a la figure 1, montre une variante de realisation a deux bobinages primaires. s La figure 7 montre une repartition des bobinages secondaires dans le cas d'un capteur utilisable comme resolveur, sous forme developpee; et La figure 8, encore similaire a la figure 1, montre une variante de realisation a deux jeux d'enroulements secondaires et deux poles. La figure 9 est une vue en elevation montrant, a titre d'exemple, une 0 repartition debobinages correspondent a un resolvour a 12 encoches. Le capteur de type synchro resolveur represente sur les figures 1 a 3 comporte une partie ferro-magnetique comparable a celle decrite dans la demande de brevet FR 01 14022, a laqueile on pourra se reporter, sauf en ce qui concerne le decoupage des soles du bras de ['armature. II peut etre regarde comme ayant un s stator et un rotor. Le stator comporte une armature ou carcasse en materiau ferromagnetique, constituee en deux parties assemblees dans le cas illustre en figure 1. Une premiere partie 11, qui peut etre notamment en materiau ferromagnetique massif, est de revolution et a une section droite en forme de L dans un plan passant par ['axe. Dans ceffe partie 11 est pratique un logement annulaire de reception du support 12 d'une bobine primaire 13, constituee par un enroulement de spires jointives. Cette bobine primaire a un montage et une constitution similaires a celles d'une bobine de transformateur tournant. Wile est prevue pour etre alimentee par un generateur G (figure 4) sous une tension alternative constante Up. Souvent la frequence d'alimentation sera comprise entre 100 Hz et 10 KHz. La seconde partie 10 de ['armature du stator est constituee par un paquet de soles fixe a la premiere partie 11 pour assurer la continuite du circuit magnetique. Wile a une structure feuilletee dans le sens axial comme le montre la figure 2. On peut notamment utiliser des soles minces (par exemple de 0,35 mm d'epaisseur environ) en far-nickel. Dans une variante de realisation, utilisable notamment lorsque la frequence d'alimentation est relativement basse, la partie 10 est egalement en materieu ferromagnetique massif. La seconde partie 10 porte deux bobinages secondaires, 14a et 14b, disposees en quadrature. Les bobines presentent une forme generale ayant une courbure tel le qu'elles se placent a peu pres coaxia lement au rotor et el les traversent 2837329 la partie 10 par un nombre pair d'encoches ou ouvertures 16, particulierement aisees a realiser dans des soles du genre represente en figure 2. Cheque bobinage secondaire 14a, 14b est en plusieurs enroulements repartis comme dans un synchro-resolveur classique, adaptes aux nombres d'encoches 16 dans le stator. Les bobinages 14a et 14b, vent identiques et presentent des fils courbes de fa,con a avoir des portions en arc de cercle autour de ['axe, raccordees par des portions s'etendant parallelement a ['axe. La constitution du rotor constitue un element important du capteur suivant 0 I'inventeur. II est constitue en materiau ferromagnetique, entierement ou du moins dans les parties externes ou circule le flux magnetique. II peut etre de constitution massive ou en plusieurs pieces assemblees. II peut etre regarde comme ayant successivement, dans le sens axial (figure 1A): - un tron,con de revolution 18, cylindrique ou segmente, situe radialement au droit du bobinage primaire et delimitant un entrefer de faible dimension radiale, et - un tron,con presentant, au droit des bobines secondaires, un pole 20 en forme de segment semi- cylindrique de diametre suffisamment superieur a celui du reste du developpement angulaire et suffisamment proche du diametre interne de la partie pour provoquer seul un coupiage de la bobine primaire avec les bobines secondaires 14a et 14b. La dimension angulaire du segment depend du nombre de padres de poles du stator. II volt une section constante sur 360 degree. Quelle que soit la position du rotor, I'impedance du circuit magnetique reste done constante. Pour un resolveur a 2 poles (n=1) on adoptera generalement un angle de 120 degree. Pour un resolveur a 4 poles (n=2); = 60 degree. Pour 2n poles on adoptera = 120 /n. Ce dernier couplage varie, pour chaque bobine, en fonction de la position angulaire du rotor. Dans un tel capteur les tensions Ua et Ub qui apparaissent aux bornes des bobinages secondaires 14a et 14b, pour une tension au primaire Up donnee, varient en fonction de ['angle electrique entre primaire et secondaire comme indique sur la figure 6. La variation des tensions est pratiquement sinusoidale sur la quasi totalite des 360 et ne depend pratiquement pas des charges au secondaire. Les dephasages des tensions secondaires Usa et Usb par rapport a la tension primaire restent sensiblement constantes queue que soit la position du rotor. 6 2837329 Les signaux de sortie, representatifs de fonctions trigonometriques de ['angle du rotor par rapport a une position mediane, peuvent etre fournis directement ou par des amplificateurs 22 reiies aux bobinages secondaires 14a et 14b. s Dans le mode de realisation montre en figure 6, on retrouve une armature ayant une premiere partie 11 qui porte les supports 12 enroulements montes en serie et constituent une bobine primaire 13 et une seconde partie constituee par un paquet de soles 10. L'armature statorique constitue, avec le rotor, un circuit magnetique ferme. Les deux enroulements de la bobine primaire 13 vent a spires jointives et alimentes 0 en serie par une tension alternative qui genere un flux magnetique alternatif dans le circuit. Le rotor a une constitution symetrique et comporte cette fois deux tron,cons de revolution 18 places en face des bobinages primaires et un segment semi-cylindrique place en face du paquet de soles. Les tron,cons rotoriques 18 presentent encore un entrefer constant queue que soit la position angulaire du rotor. Le tron,con 20, constitue par un secteur de 120 dans le cas illustre, volt une section totale constante du circuit magnetique sur tout son debattement. Ainsi, queue que soit la position du rotor, I'impedance globale du circuit magnetique reste constante. Les deux bobinages 14a et 14b de cheque secondaire ont le meme nombre de spires et vent places dans les encoches du paquet de tole 10. La quantite de flux 2s magnetique qui traverse ces bobines depend essentiellement de la position du rotor par rapport aux encoches du stator. Les bobinages secondaires 14a et 14b generent en consequence chacune une tension alternative dont ['amplitude varie avec la position du rotor. Cette tension de sortie est proportionnelle a la tension primaire Up et en phase avec elle. L'amplitude des tensions secondaires Ua et Ub depend, comme dans le cas precedent, du rapport des surfaces en regard du segment semi- cylindrique par rapport a la position des bobinages secondaires. 7 2837329 LO figure 7 monUe, sous game dveppAe, une constitution possible des bobinages sandals dens le cas d'un Captor unusable en SoeuL urnssnt deux Kansans de sodle; Ensemble des llsons vent psenes. Au lieu d'une constitution symAtrlque salon la figure 6 on peat utilizer la disposition de figure 8, compodan1 deux pales 208 et 20b packs chacun face an paquet de t6s 10a, JOb. Les saNHes des deux p6s vent opposdes, ce qui lvantage d'Aqullibrer le rotor. 8 2837329 REVENDICATIONS 1. Capteur angulaire inductif de type resolveur, comprenant: - un stator ayant une armature (10,11) de revolution autour d'un axe, s en materiau ferromagnetique, portent: une bobine primaire annulaire centree sur ['axe, prevue pour etre alimentee par une tension alternative, de constitution telle qu'elle genere un flux electromagnetique dans ['armature et plusieurs bobinages secondaires identiques regulierement repatis angulairement traversant un bras de ['armature par des ouvertures menagees dans le sens axial dans ['armature, et disposes en quadrature du point de vue electrique - un rotor sans bobinage, en materiau ferromagnetique, ayant successivement, dans le sens axial, un tron,con de revolution situe au droit du bobinage primaire et un tron,con prbsentant, au droit des bobines secondaires, au moins un pole semi-cylindrique en saillie radiale d'angle determine et de diametre tel que l'entrefer qui subsiste entre lui et le stator soit faible par comparaison a ltentrefer entre le stator et le rotor en dehors du segment du tron,con de fa,con a provoquer un couplage de la bobine primaire avec les bobines secondaires qui varie en fonction de la position angulaire du rotor. 2. Capteur suivant la revendication 1, dont ['armature comporte une premiere partie annulaire (11) en materiau massif, pouvant presenter une section droite en L, portent un support de la bobine primaire, et une seconde partie en forme d'anneau, portent les bobines secondaires et constituent le dit bras. 3. Capteur suivant la revendication 2, dont la seconde partie de ['armature est en materiau ferromagnetique feuillete dans le sens axial. 4. Capteur suivant la revendication 1, 2 ou 3, caracterise en ce que les bobinages secondaires (14a, 14b) traversent le bras de ['armature (10) par des encoches ou fenetres (16). 9 2837329 5. Capteur suivant l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le pole, en forme de segment semi-cylindrique, est de diametre suffisamment supeneur a celui du reste du developpement angulaire et sufffisamment proche du diametre interne de la partie (10) pour provoquer seul un couplage de la s bobine primaire avec les bobinages secondaires (14a et 14b). 6. Capteur suivant l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte des amplificateurs (22) relies aux bobinages secondaires pour fournir des signaux de sortie. 7. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 1 a 6, caracterise en ce que la bobine primaire est constituee de deux bobinages annulaires places de part et d'autre du plan median et du segment semi-cylindrique. 8. Capteur de type resolveur suivant l'une quelconque des revendications 1 a 7, caracterise en ce que les bobinages secondaires vent disposes en quadrature du point de vue electrique. 9. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 1 a 6, caracterise en ce que le rotor comporte deux poles places chacun en face d'un paquet de soles du