Brevet FR3116896A1 — publié le 20220603

L’invention concerne un capteur (4) comprenant un composant sensible (5) apte à détecter le champ magnétique délivré par le déplacement d’un codeur disposé à distance d’entrefer, ledit capteur comprenant un circuit imprimé (7) présentant une face (8) sur laquelle ledit composant sensible est implanté en présentant une surface de détection (9) qui est disposée à l’opposé de ladite face, ledit circuit imprimé comprenant une couche (16) de revêtement d’au moins une partie de la face (8), la couche de revêtement (16) formant une cavité (17) dans laquelle le composant sensible (5) est disposé, l’épaisseur de ladite couche de revêtement étant telle que la surface de détection (9) est affleurante d’une ouverture de la cavité (17) débouchant dans la face libre (26) de ladite couche de revêtement, ladite ouverture étant occultée par un film de protection (18) qui est disposé de sorte à recouvrir la surface de détection (9). Figure 4a Capteur apte à détecter le champ magnétique d’un codeur à distance d’entrefer L’invention concerne un capteur comprenant un composant sensible apte à détecter le champ magnétique délivré par le déplacement d’un codeur disposé à distance d’entrefer, ainsi qu’un ensemble comprenant un organe mobile équipé d’un tel codeur et monté en déplacement par rapport à une structure fixe équipée d’un tel capteur. Elle s’applique en particulier à une machine électrique comprenant un tel ensemble, un système de détermination d’au moins une information relative au déplacement de l’organe mobile, ainsi qu’un système d’alimentation électrique qui est géré par ladite information. Dans une application particulière, la machine est alimentée en électricité pour actionner l’entraînement en déplacement de l’organe mobile, par exemple dans le but de motoriser un dispositif appartenant à une unité d’aide à la conduite d’un véhicule automobile, ou un véhicule à guidage automatique. Dans une autre application, la machine génère de l’électricité par déplacement de l’organe mobile afin de pouvoir alimenter le système. Dans ce type de machine électrique, on peut souhaiter connaître en temps réel et avec une fiabilité optimale au moins une information relative au déplacement de l’organe mobile, par exemple un paramètre tel que sa position, sa vitesse, son accélération ou son sens de déplacement, notamment afin de pouvoir piloter l’alimentation électrique d’une machine motrice et/ou contrôler l’électricité fournie par une machine génératrice. Pour ce faire, on connaît notamment des ensembles dans lequel le codeur comprend au moins une piste magnétique associée à un organe tournant, par exemple un arbre de transmission, ainsi qu’un capteur comprenant un circuit imprimé présentant une face sur laquelle un composant sensible est implanté en présentant une surface de détection qui est disposée à l’opposé de ladite face, afin d’être en regard du codeur. Pour éviter les chocs et/ou l’intrusion de corps étrangers, notamment de poussières, qui peuvent nuire à son bon fonctionnement, il est nécessaire de protéger le composant sensible. Pour ce faire, on connaît des ensembles dans lequel le composant sensible est enfermé dans un boîtier réalisé en un matériau amagnétique, par exemple en plastique et/ou un aluminium, afin de ne pas perturber la détection magnétique du champ émis par le codeur. Cette solution ne donne pas entière satisfaction, en ce qu’elle ne permet pas d’obtenir une distance d’entrefer suffisamment petite, notamment inférieure à 1 mm, pour garantir une bonne détection du champ magnétique émis par le codeur. En effet, le montage d’un tel boîtier nécessite un jeu suffisant à l’interface entre le composant sensible et le codeur, notamment pour y loger une épaisseur du boîtier mais également pour tenir compte des jeux mécaniques nécessaires au montage dudit boîtier. L’invention vise à résoudre les problèmes de l’art antérieur en proposant notamment un capteur d’un champ magnétique émis par un codeur, dans lequel le composant sensible peut être protégé de façon efficace à une distance d’entrefer réduite pour pouvoir fiabiliser sa détection dudit champ magnétique. A cet effet, selon un premier aspect, l’invention propose un capteur comprenant un composant sensible apte à détecter le champ magnétique délivré par le déplacement d’un codeur disposé à distance d’entrefer, ledit capteur comprenant un circuit imprimé présentant une face sur laquelle ledit composant sensible est implanté en présentant une surface de détection qui est disposée à l’opposé de ladite face, ledit circuit imprimé comprenant une couche de revêtement d’au moins une partie de la face, la couche de revêtement formant une cavité dans laquelle le composant sensible est disposé, l’épaisseur de ladite couche de revêtement étant telle que la surface de détection est affleurante d’une ouverture de la cavité débouchant dans la face libre de ladite couche de revêtement, ladite ouverture étant occultée par un film de protection qui est disposé de sorte à recouvrir la surface de détection. Selon un second aspect, l’invention propose un ensemble comprenant un organe monté en déplacement par rapport à une structure fixe, dans lequel un codeur est solidaire de l’organe mobile en étant apte à délivrer un champ magnétique représentatif de son déplacement, ledit ensemble comprenant en outre un tel capteur dont le circuit imprimé est associé à la structure fixe en disposant la surface de détection du composant sensible à distance d’entrefer du codeur au travers du film de protection. D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles : et sont des représentations schématiques d’un ensemble selon un mode de réalisation de l’invention, respectivement en vue de côté ( ) et en coupe suivant le plan A-A de la ( ) ; est un agrandissement de la centré sur le capteur ; est un agrandissement en coupe suivant le plan B-B de la , centré sur l’association du capteur à la structure fixe ; et sont des représentations schématiques en coupe longitudinale de la structure d’un capteur selon respectivement un mode de réalisation de l’invention. En relation avec ces figures, on décrit un ensemble comprenant un organe 1 monté en déplacement par rapport à une structure fixe 2. En particulier, l’ensemble peut être intégré dans une machine, et comprend un organe mobile 1 sous forme d’un arbre qui est entraîné en rotation par rapport à la structure fixe 2. Selon une application, la machine est alimentée en électricité pour actionner l’entraînement en déplacement de l’organe mobile 1, par exemple dans le but de motoriser un dispositif appartenant à une unité d’aide à la conduite d’un véhicule automobile, ou un véhicule à guidage automatique. En particulier, la machine électrique peut constituer un moteur synchrone à aimant permanent. Dans une autre application, la machine génère de l’électricité par déplacement de l’organe mobile 1. A cet effet, la machine électrique peut comprendre un système d’alimentation électrique qui est géré pour : dans le cas d’une machine motrice, pouvoir piloter le déplacement de l’organe mobile 1, notamment en relation avec le couple et la vitesse de déplacement ; et/ou dans le cas d’une machine génératrice, contrôler son alimentation électrique, notamment en relation avec la fréquence de la tension électrique générée. Pour ce faire, la machine électrique est équipée d’un système de détermination d’au moins une information relative au déplacement de l’organe mobile 1, notamment agencé pour délivrer une information relative à la position dudit organe mobile, ladite information étant utilisée par le système d’alimentation électrique pour sa gestion. L’information déterminée peut aussi être relative à la vitesse, à l’accélération et/ou au sens de déplacement de l’organe mobile 1. Le système de détermination comprend un codeur 3 solidaire en déplacement de l’organe mobile 1, ledit codeur étant apte à délivrer un champ magnétique représentatif de son déplacement, et un capteur 4 solidaire de la structure fixe 2, qui comprend un composant sensible 5 apte à détecter le champ magnétique délivré par le déplacement dudit codeur disposé à distance d’entrefer D. En particulier, le capteur 4 peut comprendre un dispositif de détermination d’au moins une information relative au déplacement du codeur 3. Selon une réalisation, permettant une résolution optimale de l’information déterminée, le codeur 3 présente une piste magnétique formée d’une succession de paires de pôles magnétiques Nord et Sud qui sont disposées pour délivrer un champ magnétique pseudo sinusoïdal, le composant sensible 5 comprenant au moins deux éléments sensibles disposés à distance de lecture de la piste magnétique du codeur 3. Selon une réalisation connue notamment du document EP-1 403 622, le codeur 3 peut présenter une piste magnétique secondaire permettant en particulier de déterminer une information de position absolue. En particulier, le caractère bi-piste du codeur permet de générer une pulse de référence par paire de pôles d’un moteur, ce qui permet de le piloter plus facilement. A titre d’exemple, le codeur 3 peut être formé d’un aimant sur lequel les pôles magnétiques sont constitués, notamment en formant au moins une piste aimantée 6. En particulier, l’aimant peut comprendre une matrice, par exemple réalisée à base d’un matériau plastique ou élastomère, dans laquelle sont dispersées des particules magnétiques, notamment des particules de ferrite ou de terres rares comme le NdFeB, qui sont aimantées suivant la succession de pôles. Les éléments sensibles du capteur 4 sont aptes à émettre chacun un signal qui est fonction du champ délivré par la piste 6 du codeur 3, le dispositif de détermination comprenant : un dispositif de traitement des signaux émis par les éléments sensibles qui est agencé pour fournir deux signaux en quadrature et de même amplitude qui sont chacun représentatifs du champ magnétique ; et à partir desdits signaux en quadrature, un dispositif de calcul de l’information relative au déplacement de l’organe mobile. Selon une réalisation, le document WO-2006/064169 décrit un capteur agencé pour délivrer deux signaux respectivement SIN et COS en quadrature et de même amplitude qui sont chacun représentatifs du champ magnétique délivré par la piste 6 du codeur 3. En particulier, le composant 5 peut comprendre au moins un élément sensible, notamment choisi parmi les sondes magnétosensibles, par exemple à effet Hall, et/ou les sondes à base de magnétorésistances à effet tunnel (TMR), de magnétorésistances anisotropes (AMR) ou de magnétorésistances géantes (GMR). Par ailleurs, le dispositif de calcul peut comprendre des moyens d’interpolation permettant d’augmenter la résolution de l’information relative au déplacement du codeur 3. Le capteur 4 comprend un circuit imprimé 7 présentant une face 8 sur laquelle le composant sensible 5 est implanté, en présentant une surface de détection 9 qui est disposée à l’opposé de ladite face. Le circuit imprimé 7 est associé à la structure fixe 2, en disposant la surface de détection 9 à distance d’entrefer D du codeur 3. Dans les modes de réalisation représentés, le circuit imprimé 7 est équipé de moyens d’association 10 adaptés pour permettre un tel positionnement de la surface de détection 9 par rapport au codeur 3. En particulier, le circuit imprimé 7 est percé d’au moins un orifice d’association 10 sur toute son épaisseur, afin de permettre le passage d’une vis 11 pour son association à la structure fixe 2, comme représenté sur la . Le circuit imprimé 7 peut comprendre plusieurs couches conductrices 12a, 12b, par exemple à base d’un matériau tel que le cuivre, le composant sensible 5 étant implanté sur une couche externe 12a. Sur les figures 4a et 4b, le circuit imprimé 7 comprend deux couches conductrices 12a, 12b séparées par une couche isolante 13, notamment à base d’une résine, ainsi que deux autres composants électroniques 14 implantés sur la couche externe 12b opposée à la couche conductrice 12a portant le composant sensible 5. Le circuit imprimé 7 intègre en outre un connecteur 15 pour une prise de connexion du capteur 4, ledit connecteur étant associé à la couche externe 12b opposée au composant sensible 5 sur les figures 4a et 4b. Le circuit imprimé 7 comprend une couche 16 de revêtement d’au moins une partie de la face 8 sur laquelle le composant sensible 5 est implanté. La couche de revêtement 16 forme une cavité 17 dans laquelle le composant sensible 5 est disposé, l’épaisseur de ladite couche de revêtement étant telle que la surface de détection 9 est affleurante d’une ouverture de la cavité 17 débouchant dans la face libre 26 de ladite couche de revêtement, ladite ouverture étant occultée par un film de protection 18 qui est disposé de sorte à recouvrir la surface de détection 9. Ainsi, on peut disposer la surface de détection 9 à une distance D du codeur 3 qui est suffisamment réduite pour permettre une bonne détection par le composant sensible 5 du champ magnétique émis par ledit codeur, et ce tout en assurant une protection de ladite surface, qui est disposée à distance d’entrefer D dudit codeur au travers du film 18. De façon avantageuse, le film de protection 18 présente une épaisseur qui est inférieure à 1 mm, notamment en étant inférieure à 0,5 mm, ce qui permet de limiter la distance d’entrefer D, mais également de faciliter la détection du champ magnétique par le composant sensible au travers dudit film. Le circuit imprimé 7 peut également présenter une face 19 opposée qui porte un film de protection 20, ce qui permet notamment de protéger d’éventuels autres composants électroniques 14 implantés sur cette face 19. Sur les figures 4a et 4b, la couche conductrice 12b portant les autres composants électroniques 14 comprend : une couche de revêtement 21 associée sur sa face externe 22, en formant trois cavités 23 dans chacune desquelles un composant électronique 14 ou le connecteur 15 est disposé, la surface libre 25 de chaque composant 14 étant affleurante avec l’ouverture de la cavité 23 correspondante ; un film de protection 20 occultant chacune desdites ouvertures, de sorte à recouvrir chaque composant électronique 14. Sur les figures 1a, 2, 3 et 4a, un film de protection 18, 20 est associé, par exemple par collage, sur la face libre 26, 19 de chaque couche de revêtement 16, 21, en venant recouvrir l’ouverture de la cavité 17 dans laquelle est disposé le composant sensible 5 et les éventuelles cavités 23 contenant d'autres composants électroniques 14 ou le connecteur 15. En particulier, les films 18, 20 représentés sur ces figures recouvrent chacun la totalité de la face libre 26,19 de la couche de revêtement 16, 21 correspondante. Cet agencement permet de maîtriser facilement l’épaisseur de la protection recouvrant le composant électronique 5, 14, notamment le composant sensible 5, en choisissant un film 18, 20 d’épaisseur réduite, par exemple inférieure à 0,3 mm, et en l’associant à la couche de revêtement 16, 21 au moyen d’un film de colle d’épaisseur modérée, par exemple inférieure à 0,2 mm. Pour ne pas interférer avec le champ magnétique émis par le codeur 3, les films 18, 20, notamment le film 18 recouvrant le composant sensible 5, sont réalisés en un matériau amagnétique, par exemple de type aluminium ou polycarbonate. Par ailleurs, le matériau composant les films 18, 20 peut être choisi afin de permettre des opérations supplémentaires sur lesdits films, par exemple une sérigraphie ou une impression, ainsi que leur perçage pour former l’orifice 10 et/ou pour laisser passer le connecteur 15. En relation avec les figures 2 et 4a, la surface de détection 9 est disposée dans le plan P1 de la surface libre 26 de la couche de revêtement 16. De même, sur la , les surfaces libres 25 des autres composants électroniques sont disposées dans le plan P2 de la surface libre 19 de l’autre couche de revêtement 21. Sur la , chaque cavité 17, 23 est comblée par un matériau 27 d’enrobage du composant sensible 5, du connecteur 15 ou des autres composants électroniques 14, en formant le film de protection 18, 20 entre la surface de détection 9 ou la surface libre 25 du composant 5, 14 correspondant et la surface libre 28 dudit matériau d’enrobage. Le matériau d’enrobage 27 comprend une résine amagnétique, notamment à base de polyuréthane, d’époxy ou de silicone. Par ailleurs, pour faciliter le repérage du composant sensible 5 et/ou des composants électroniques 14 de l’autre face 22, la résine peut être teinte d’une couleur adaptée, notamment de manière à être translucide ou transparente. La surface libre 28 du matériau d’enrobage 27 du composant sensible 5 est disposée dans le plan P1 de la surface libre 26 de la couche de revêtement 16, la surface de détection 9 étant alors en retrait dudit plan d’une distance réduite correspondant à l’épaisseur du film de protection 18. Capteur (4) comprenant un composant sensible (5) apte à détecter le champ magnétique délivré par le déplacement d’un codeur (3) disposé à distance d’entrefer (D), ledit capteur comprenant un circuit imprimé (7) présentant une face (8) sur laquelle ledit composant sensible est implanté en présentant une surface de détection (9) qui est disposée à l’opposé de ladite face, ledit circuit imprimé comprenant une couche (16) de revêtement d’au moins une partie de la face (8), ledit capteur étant caractérisé en ce que la couche de revêtement (16) forme une cavité (17) dans laquelle le composant sensible (5) est disposé, l’épaisseur de ladite couche de revêtement étant telle que la surface de détection (9) est affleurante d’une ouverture de la cavité (17) débouchant dans la face libre (26) de ladite couche de revêtement, ladite ouverture étant occultée par un film de protection (18) qui est disposé de sorte à recouvrir la surface de détection (9). Capteur (4) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film de protection (18) est associé sur la face libre (26) de la couche de revêtement (16) en venant recouvrir l’ouverture de la cavité (17). Capteur (4) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le film de protection (18) s’étend sur la totalité de la face libre (26) de la couche de revêtement (16). Capteur (4) selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface de détection (9) est disposée dans le plan (P1) de la surface libre (26) de la couche de revêtement (16). Capteur (4) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le film de protection (18) est réalisé en matériau amagnétique de type aluminium ou polycarbonate. Capteur (4) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité (17) est comblée par un matériau (27) d’enrobage du composant sensible (5) en formant le film de protection (18) entre la surface de détection (9) et la surface libre (28) dudit matériau d’enrobage. Capteur (4) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface libre (28) du matériau d’enrobage (27) est disposée dans le plan (P1) de la surface libre (26) de la couche de revêtement (16). Capteur (4) selon l’une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le matériau d’enrobage (27) comprend une résine amagnétique à base de polyuréthane, d’époxy ou de silicone. Capteur (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le film de protection (18) présente une épaisseur qui est inférieure à 1 mm, notamment en étant inférieure à 0,5 mm. Capteur (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le circuit imprimé (7) est équipé de moyens (10) d’association permettant de positionner la surface de détection (9) du composant sensible (5) à distance d’entrefer (D) d’un codeur (3). Capteur (4) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le circuit imprimé (7) est percé d’au moins un orifice d’association (10). Capteur (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le circuit imprimé (7) présente une face opposée (19) qui porte un film de protection (20). Capteur (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le circuit imprimé (7) comprend plusieurs couches conductrices (12a, 12b), le composant sensible (5) étant implanté sur une couche externe (12a). Capteur (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le composant sensible (5) comprend au moins deux éléments sensibles qui sont aptes à émettre chacun un signal qui est fonction du champ délivré par le codeur (3), ledit capteur comprenant un dispositif de détermination d’au moins une information relative au déplacement du codeur (3), ledit dispositif de détermination comprenant : un dispositif de traitement des signaux émis par les éléments sensibles qui est agencé pour fournir deux signaux en quadrature et de même amplitude qui sont chacun représentatifs du champ magnétique ; et à partir desdits signaux en quadrature, un dispositif de calcul de l’information relative au déplacement du codeur (3). Ensemble comprenant un organe (1) monté en déplacement par rapport à une structure fixe (2), dans lequel un codeur (3) est solidaire de l’organe mobile (1) en étant apte à délivré un champ magnétique représentatif de son déplacement, ledit ensemble comprenant en outre un capteur (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 dont le circuit imprimé (7) est associé à la structure fixe (2) en disposant la surface de détection (9) du composant sensible (5) à distance d’entrefer (D) du codeur (3) au travers du film de protection (18).