Brevet FR2916270A1 — publié le 20081121

Capteur pouvant détecter la présence d'une pièce magnétique et machine électrique comprenant un tel capteur L'invention concerne un capteur pouvant détecter la présence d'une pièce magnétique et une machine électrique comprenant un tel capteur. L'invention trouve une utilité particulière dans les moteurs électriques destinés à entraîner une charge dont le couple est non nul au démarrage du moteur. Dans une telle utilisation du moteur il est important de connaître la position angulaire du rotor du moteur afin d'adapter l'alimentation électrique du moteur. Pour connaître cette position angulaire, il est connu de lier une pièce magnétique au rotor pour qu'elle passe devant une self solidaire du stator lors du mouvement du rotor. Le déplacement de la pièce magnétique modifie la valeur de la self. Ce type de capteur ne permet de détecter une évolution de la valeur de self que lorsque la pièce est en mouvement. En effet, rotor à l'arret, la valeur de self reste inchangée, que la pièce magnétique soit présente ou non, à proximité de la self. En conséquence, ce type de capteur ne permet de mesurer la position du rotor que lorsque celui-ci tourne par rapport au stator mais pas la position du rotor lorqu'il est à l'arret. L'invention vise à pallier ce problème en proposant un capteur de 20 position très simple à mettre en oeuvre et capable de détecter la présence d'une pièce magnétique même à l'arret. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur pouvant détecter la présence d'une pièce magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte deux bobines formant respectivement un primaire et un secondaire d'un 25 transformateur, les deux bobines étant séparées par un entrefer dans lequel circule principalement un flux magnétique généré au primaire et capté au secondaire et en ce que la présence de la pièce magnétique dans l'entrefer fait écran à la circulation du flux dans l'entrefer. Ce type de capteur du fait de sa simplicité peut être mis en oeuvre 30 dans un environnement sévère notamment en haute température. L'invention a également pour objet une machine électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor, un stator et un capteur selon l'invetion, le capteur permettant de déterminer une position angulaire du stator par rapport au rotor. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1 représente en perspective un capteur conforme à l'invention ; la figure 2 représente en coupe le capteur de la figure 1 ; la figure 3 représente une tension mesurée aux bornes d'une bobine secondaire du capteur ainsi qu'une exploitation binaire de cette tension ; la figure 4 représente un exemple de montage du capteur dans une machine électrique. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. La figure 1 représente un capteur 1 comportant deux bobines 2 et 3 formant respectivement un primaire et un secondaire d'un transformateur. Les deux bobines 2 et 3 sont séparées par un entrefer 4. La bobine 2 comporte deux bornes 5 et 5a sur lesquelles sont respectivement raccordés des fils de connexion 6 et 7. De même, la bobine 3 comporte deux bornes 8 et 8a sur lesquelles sont respectivement raccordés des fils de connexion 10 et 11. Les bobines 2 et 3 forment respectivement un primaire et un secondaire d'un transformateur 12. Le capteur 1 comporte des moyens d'alimentation du primaire en un signal haute fréquence appliqué entre les deux bornes 5 et 5a. Ces moyens comportent par exemple un générateur de tension alternative d'amplitude constante relié aux bornes 5 et 5a par les fils 6 et 7. Le capteur 1 comporte en outre des moyens pour mesurer l'amplitude d'un signal induit au secondaire par le signal appliqué au primaire. La mesure de l'amplitude au secondaire se fait entre les bornes 8 et 8a et peut se faire simplement par comparaison de l'amplitude du signal induit par rapport à une amplitude de référence. Si l'amplitude du signal induit est supérieure à l'amplitude de référence, on déduit que la pièce magnétique n'est pas présente dans l'entrefer 4. Si au contraire l'amplitude du signal induit est inférieure à l'amplitude de référence, on déduit que la pièce magnétique est présente dans l'entrefer 4. La figure 2 représente en coupe le capteur 1. Les deux bobines 2 et 3 sont enroulées sensiblement autour du même axe 15. Lorsque la bobine 2 est alimentée, un flux magnétique circule dans la bobine 2 principalement le long de l'axe 15. Le flux magnétique généré dans la bobine 2 se propage le long de l'axe 15, traverse l'entrefer 4 et la bobine 3 pour générer le signal induit aux bornes 8 et 8a. Le capteur 1 est destiné à détecter la présence d'une pièce magnétique située dans l'entrefer 4. la présence d'une telle pièce fait écran au passage du flux magnétique entre les deux bobines 2 et 3 et affaiblit le signal induit. II n'est pas nécessaire que la pièce magnétique soit en mouvement pour être détectée. Son absence ou sa présence dans l'entrefer 4 suffit à modifier l'amplitude du signal induit. La figure 3 représente sous forme de chronogramme une tension 20 mesurée entre les bornes 8 et 8a de la bobine 3 du capteur 1 ainsi qu'un signal binaire 21 dérivé de la tension 20. Un signal haute fréquence d'amplitude constante est appliquée entre les bornes 5 et 5a de la bobine 2. La fréquence de ce signal est par exemple de 150 kHz. A un instant to, une pièce magnétique est présente dans l'entrefer 4 et la tension 20 du signal induit dans la bobine 3 est d'amplitude Al. Entre les instants t1 et t2, la pièce magnétique est absente de l'entrefer 4 et la tension 20 atteint une amplitude A2. L'amplitude A2 est supérieure à l'amplitude Al. Entre les instants t2 et t3, la pièce magnétique est présente dans l'entrefer 4 et la tension 20 atteint de nouveau l'amplitude Al comme à l'instant to. Entre les instants t3 et t4, la pièce magnétique est absente de l'entrefer 4 et la tension 20 atteint l'amplitude A2. Après l'instant t4, la pièce magnétique est présente dans l'entrefer 4 et la tension 20 atteint l'amplitude Al. Des essais ont montré que la présence d'une pièce en acier magnétique dans l'entrefer 4 réduisait environ de moitié l'amplitude du signal induit. Autrement dit, l'amplitude A2 est environ deux fois plus grande que l'amplitude Al. On constate que l'amplitude du signal induit évolue de façon continue et sans à-coup entre les valeurs Al et A2. Cette évolution est due à la valeur de self des deux bobines qui s'oppose à une variation brutale d'amplitude. Au moyen d'un redressement, d'un filtrage adéquat et d'une comparaison par rapport à un niveau de seuil prédéterminé, on peut numériser le signal induit comme le montre l'évolution dans le temps sur la figure 3 du signal 21. Le signal 21 évolue entre un niveau logique 0 représentatif de la présence de la pièce magnétique dans l'entrefer 4 et un niveau logique 1 représentatif de l'absence de la pièce magnétique dans l'entrefer 4. On constate un léger décalage des fronts du signal 21 par rapport à l'apparition ou la disparition de la pièce magnétique dans l'entrefer 4. Autrement dit, des fronts montants 22 apparaissent peu après les instants tl et t3 et des fronts descendants 23 apparaissent peu après les instants t2 et t4. Ce décalage temporel entre les instants d'apparition et de disparition de la pièce magnétique et les fronts 22 et 23 est dû à la valeur du seuil de comparaison et de l'hystérésis de sorte que le déphasage ainsi obtenu est ajustable indépendamment à la montée du signal et à la descente. Les bobines 2 et 3 peuvent être assemblées sur un circuit magnétique 25 ouvert au niveau de l'entrefer 4. Le circuit magnétique 25 comporte deux extrémités 26 et 27 situées de part et d'autre de l'entrefer 4. A l'intérieur des bobines 2 et 3, le circuit magnétique s'étend le long de l'axe 15. La présence du circuit magnétique dans les bobines 2 et 3 permet de concentrer le flux magnétique le long de l'axe 15. Afin d'assurer la présence du circuit magnétique 25 sur toute la longueur des bobines 2 et 3, longueur mesurée suivant l'axe 15, les extrémités 26 et 27 peuvent dépasser dans l'entrefer 4 d'une distance par exemple de l'ordre de 1 mm. La figure 4 représente un exemple de montage du capteur 1 dans une machine électrique comprenant un stator 30 et un rotor 31 tournant autour d'un axe 32. Le capteur 1 est solidaire du stator 30. La machine électrique comporte un plateau 33 solidaire du rotor 31 et tournant donc autour de l'axe 32. Le plateau 33 comprend à sa périphérie au moins un créneau 34 réalisé en matériau magnétique et susceptible de passer dans l'entrefer 4 lors du mouvement du rotor 31. C'est le passage du créneau 34 qui est détecté par le capteur 1. Avantageusement, l'axe 15, formant un axe principal des bobines 35 2 et 3, est sensiblement perpendiculaire à l'axe 32 de rotation du plateau 33 et le créneau 34 s'étend principalement parallèlement à l'axe 32 de rotation du plateau 33. Par axe principal des bobines 2 et 3, on entend l'axe autour duquel l'enroulement de fils formant les bobines 2 et 3 est effectué. Ainsi, le plateau 33 peut se monter ou se démonter aisément par un mouvement de translation selon l'axe 32 du rotor. C'est habituellement suivant ce mouvement de translation que l'on assemble la plupart des pièces d'une machine électrique. Le fait de courber le créneau 34 à 90 de la surface principale du plateau 33, surface perpendiculaire à l'axe 32, permet de l'insérer dans l'entrefer 4 suivant l'axe 32 au moment du montage de la ~o majeure partie des pièces de la machine électrique. REVENDICATIONS 1. Capteur pouvant détecter la présence d'une pièce magnétique (34), caractérisé en ce qu'il comporte deux bobines (2, 3) formant respectivement un primaire et un secondaire d'un transformateur, les deux bobines (2, 3) étant séparées par un entrefer (4) dans lequel circule principalement un flux magnétique généré au primaire et capté au secondaire et en ce que la présence de la pièce magnétique (34) dans l'entrefer (4) fait écran à la circulation du flux dans l'entrefer (4). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'alimentation du primaire (2) en un signal haute fréquence et des moyens pour mesurer l'amplitude d'un signal induit au secondaire (3) par le signal appliqué au primaire (2). 3. Capteur selon l'une des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce que les deux bobines (2, 3) sont assemblées sur un circuit magnétique (25) ouvert au niveau de l'entrefer (4). 4. Machine électrique caractérisé en ce qu'elle comporte un rotor (31), un stator (30) et un capteur (1) selon l'une des revendications 20 précédentes, le capteur (1) permettant de déterminer une position angulaire du stator (30) par rapport au rotor (31). 5. Machine électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur (1) est solidaire du stator (30), en ce qu'elle comporte un 25 plateau (33) tournant autour d'un axe (32) du rotor (30), le plateau (33) comprenant à sa périphérie au moins un créneau (34) réalisé en matériau magnétique et susceptible de passer dans l'entrefer (4) lors du mouvement du rotor (31). 30 6. Machine électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un axe (15) principal des bobines (2, 3) est sensiblement perpendiculaire à l'axe (32) de rotation du plateau (33) et en ce que le créneau (34) s'étend principalement parallèlement à l'axe (32) de rotation du plateau (33).