Brevet FR3123430A1 — publié le 20221202

Capteur de position inductif comportant, d'une part, une bobine primaire (2) et, d'autre part, au moins une bobine secondaire (3, 5) qui comporte au moins deux bobinages secondaires constitués chacun de plusieurs spires réalisées sur deux couches d'une carte de circuit imprimé. Chacune desdites spires présente une première partie globalement concave disposée sur une couche de la carte de circuit imprimé et une seconde partie globalement concave disposée sur une autre couche de la carte de circuit imprimé. Parmi les premières parties (12) et deuxième parties (14) des spires des deux bobinages secondaires, au moins certaines de ces premières et deuxièmes parties sont agencées selon une symétrie miroir de part et d’autre d’un plan de séparation transversal, ce plan de séparation transversal (étant situé entre les deux bobinages secondaires et étant orthogonal à la direction longitudinale. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Capteur de position inductif symétrique La présente invention concerne un capteur de position inductif. Ce type de capteur présente l'avantage de permettre de déterminer la position d'une pièce mécanique, ou de tout autre élément, sans nécessiter de contact avec la pièce dont on souhaite connaitre la position. Cet avantage fait que les applications de tels capteurs sont très nombreuses dans tous types d'industries. De tels capteurs sont également utilisés dans des applications grand public comme par exemple le domaine de l'automobile au sein duquel la présente invention a été réalisée. Toutefois, elle peut être utilisée dans d'autres domaines. Le principe de fonctionnement d'un capteur inductif repose sur la variation de couplage entre un bobinage primaire et des bobinages secondaires d'un transformateur fonctionnant à haute fréquence et sans utiliser de circuit magnétique. Le couplage entre ces bobinages varie en fonction de la position d'une pièce conductrice (de l'électricité) mobile, appelée généralement "cible". Des courants induits dans la cible viennent en effet modifier les courants induits dans les bobinages secondaires. En adaptant la configuration des bobinages et en connaissant le courant injecté dans le bobinage primaire, la mesure de la tension induite dans les bobinages secondaires permet de déterminer la position de la cible. ART ANTÉRIEUR Pour intégrer un tel capteur inductif dans un dispositif, notamment un dispositif électronique, il est connu de réaliser le transformateur évoqué plus haut sur une carte de circuit imprimé. Le bobinage primaire et les bobinages secondaires sont alors constitués de pistes tracées sur la carte de circuit imprimé. Le bobinage primaire est alors par exemple alimenté par une source externe et les bobinages secondaires sont alors le siège de tensions induites par le champ magnétique créé par la circulation d'un courant dans le bobinage primaire. La cible, qui est une pièce conductrice, par exemple métallique, peut présenter une forme simple. Il peut par exemple s'agir d'une pièce découpée dans une tôle. Pour réaliser un capteur linéaire, la découpe pour réaliser la cible est par exemple rectangulaire tandis que pour un capteur rotatif, cette découpe sera par exemple en forme d'un secteur angulaire de rayon et d'angle adaptés au mouvement de la pièce. Généralement, deux ensembles de bobinages secondaires sont dessinés pour réaliser sur une course complète du capteur des fonctions sinus et cosinus de la position de la cible. De telles fonctions (cos et sin) sont bien connues et peuvent facilement être traitées par un système électronique. En faisant le rapport du sinus par le cosinus puis en appliquant une fonction arctangente, on obtient une image de la position de la cible. L'argument des fonctions sinus et cosinus est une fonction linéaire (ou affine) de la position de la cible dont la course représente alors une partie plus ou moins grande de la période spatiale de ces fonctions trigonométriques. Pour obtenir des courants induits mesurables de manière fiable, il est préférable d'avoir soit un grand nombre de spires, soit des spires de grande taille. La seconde option n'est pas compatible avec la réalisation d'un capteur compact. De ce fait, il est généralement choisi d'avoir un grand nombre de spires. Pour limiter l'espace occupé sur la carte de circuit imprimé, il a été proposé notamment par le document FR3002034 de réaliser des spires pour former les bobinages secondaires sur deux couches distinctes de la carte de circuit imprimé. Pour ce faire, des via traversant la carte de circuit imprimé sont prévus pour permettre le raccordement des spires ainsi réalisées. Une telle spire présente des premier et deuxième secteurs successifs dans une direction longitudinale de la spire. L’agencement de spires des bobinages secondaires d'un tel capteur de position inductif est facile à mettre en œuvre, limite pour un nombre de spires données le nombre de vias à réaliser dans la carte de circuit imprimé correspondant, et les spires peuvent être agencées de manière compacte afin de limiter l'encombrement du capteur. L’invention a pour but d’améliorer les capteurs de position inductifs de l’art antérieur, notamment en ce qui concerne leur linéarité et leur précision. À cet effet, l’invention vise un capteur de position inductif comportant, d'une part, une bobine primaire et, d'autre part, au moins une bobine secondaire qui comporte au moins deux bobinages secondaires constitués chacun de plusieurs spires réalisées sur au moins deux couches d'une carte de circuit imprimé, chacun de ces deux bobinages secondaires étant agencé comme suit : – le bobinage secondaire comporte des spires présentant chacune sensiblement la même forme ; – lesdites spires sont alignées selon une direction longitudinale avec à chaque fois un décalage dans la direction longitudinale ; – chacune desdites spires présente une première partie globalement concave disposée sur une couche de la carte de circuit imprimé et une seconde partie globalement concave disposée sur une autre couche de la carte de circuit imprimé ; – la première partie d'une spire est reliée à la seconde partie de la même spire par un premier via traversant la carte de circuit imprimé ; – la première partie d'une spire est reliée à la seconde partie d'une spire voisine par un second via traversant la carte de circuit imprimé ; – la première partie d'une spire présente un premier bord s'étendant à partir du premier via, un second bord s'étendant à partir du second via et un fond reliant les premier et second bords ; – le premier bord et le second bord convergent en s'éloignant des premier et second vias correspondants ; – un décalage dans la direction longitudinale entre deux spires voisines est inférieur à une distance séparant le fond d'une première partie d'une spire et un axe traversant le premier et second vias correspondants. De plus, parmi les premières parties et deuxièmes parties des spires des deux bobinages secondaires, au moins certaines de ces premières et deuxièmes parties sont agencées selon une symétrie miroir de part et d’autre d’un plan de séparation transversal, ce plan de séparation transversal étant situé entre les deux bobinages secondaires et étant orthogonal à la direction longitudinale. L’expression « comportant deux bobinages secondaires » est ici à interpréter comme « comportant au moins deux bobinages secondaires ». Un tel capteur de position inductif bénéficie d’une amélioration de sa précision et de sa linéarité. Les mesures de tension aux bornes des bobines secondaires d’un tel capteur produisent des signaux sinusoïdaux dont la symétrie des amplitudes négatives et positives est améliorée. De plus, les positions de la cible qui théoriquement doivent correspondre à une tension nulle aux bornes d’une bobine secondaire, correspondent effectivement, grâce à cet agencement symétrique, à une valeur proche de zéro. Le réglage de l’électronique du capteur est facilité en ce qui concerne la compensation du décalage résiduel des signaux, ce décalage étant réduit à sa source. La réduction de ce décalage résiduel des signaux permet de régler facilement l’électronique du capteur et donc la machine électrique auquel le capteur est associé, et ce sans augmenter l’encombrement et en gardant la forme habituelle de ce type de capteur. Le capteur de position inductif selon l’invention est particulièrement adapté à la mesure de la position angulaire d’un rotor de machine tournante. L’invention est particulièrement adaptée à l’électrification des véhicules, que ce soit dans les véhicules à propulsion électrique ou dans le nombre croissant de fonctions réalisées par des moteurs électriques au sein des groupes motopropulseurs thermiques. Ces moteurs électriques sont généralement des moteurs synchrones à aimants permanents dont le rendement est élevé mais qui exigent une connaissance précise de la position angulaire du rotor pour être pilotés. Le capteur selon l’invention est insensible au champ magnétique des aimants permanents (dans le cas d’une alimentation du primaire à haute fréquence) tout en fournissant des données de position linéaires et plus précises. Le capteur de position inductif selon l’invention est également particulièrement adapté à la mesure de la position angulaire d’un rotor à partir seulement d’un secteur angulaire coopérant avec de multiples cibles liées au rotor, favorisant ainsi la compacité du capteur de position inductif. Le capteur de position inductif peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison : – le capteur comporte une première bobine secondaire comportant un premier bobinage secondaire et un deuxième bobinage secondaire électriquement reliés au niveau d’un premier plan de séparation transversal, les premières parties des spires de chacun desdits premier bobinage secondaire et deuxième bobinage secondaire s’étendant symétriquement de part et d’autre du premier plan de séparation transversal, sur une première couche du circuit imprimé ; – les deuxièmes parties des spires de chacun desdits premier bobinage secondaires et deuxième bobinage secondaire s’étendent symétriquement de part et d’autre du premier plan de séparation transversal, sur une deuxième couche du circuit imprimé ; – le capteur comporte une deuxième bobine secondaire comportant un troisième bobinage secondaire et un quatrième bobinage secondaire électriquement reliés au niveau d’un deuxième plan de séparation transversal, les premières parties des spires de chacun desdits troisième bobinage secondaire et quatrième bobinage secondaire s’étendant symétriquement de part et d’autre du deuxième plan de séparation transversal, sur une troisième couche du circuit imprimé ; – la deuxième bobine secondaire comporte de plus un cinquième bobinage secondaire électriquement relié au quatrième bobinage secondaire au niveau d’un troisième plan de séparation transversal, les deuxièmes parties des spires de chacun desdits quatrième bobinage secondaire et cinquième bobinage secondaire s’étendant symétriquement de part et d’autre du troisième plan de séparation transversal, sur une quatrième couche de circuit imprimé ; – la première bobine secondaire et la deuxième bobine secondaire sont imbriquées de sorte que le plan correspondant au milieu magnétique de la première bobine secondaire est confondu avec le plan correspondant au milieu magnétique de la deuxième bobine secondaire ; – le plan correspondant au milieu magnétique de la première bobine secondaire et le plan correspondant au milieu magnétique de la deuxième bobine secondaire sont confondus avec le plan médian de la carte de circuit imprimé ; – les bobinages secondaires sont disposés de sorte que les forces électromotrices induites dans les spires de l'un des bobinages secondaires s'opposent aux forces électromotrices induites dans les spires de l’autre bobinage secondaire. PRÉSENTATION DES FIGURES – la représente en perspective un capteur de position inductif selon l’invention ; – la représente le capteur selon l’invention, vu de face ; – la représente la première bobine secondaire du capteur selon l’invention ; – la représente la deuxième bobine secondaire du capteur selon l’invention ; – la représente la première bobine secondaire du capteur selon l’invention, vue en perspective ; – la représente la deuxième bobine secondaire du capteur selon l’invention, vue en perspective. Capteur de position inductif comportant, d'une part, une bobine primaire (2) et, d'autre part, au moins une bobine secondaire (3, 5) qui comporte au moins deux bobinages secondaires (4, 6 ; 20, 22, 24) constitués chacun de plusieurs spires (8) réalisées sur au moins deux couches d'une carte de circuit imprimé, chacun de ces au moins deux bobinages secondaires étant agencé comme suit : – le bobinage secondaire (4, 6 ; 20, 22, 24) comporte des spires (8) présentant chacune sensiblement la même forme ; – lesdites spires (8) sont alignées selon une direction longitudinale (10) avec à chaque fois un décalage dans la direction longitudinale (10) ; – chacune desdites spires (8) présente une première partie (12) globalement concave disposée sur une couche de la carte de circuit imprimé et une seconde partie (14) globalement concave disposée sur une autre couche de la carte de circuit imprimé ; – la première partie (12) d'une spire (8) est reliée à la seconde partie (14) de la même spire (8) par un premier via (36a) traversant la carte de circuit imprimé ; – la première partie (12) d'une spire (8) est reliée à la seconde partie (14) d'une spire (8) voisine par un second via (36b) traversant la carte de circuit imprimé ; – la première partie (12) d'une spire (8) présente un premier bord (28) s'étendant à partir du premier via (36a), un second bord (30) s'étendant à partir du second via (36b) et un fond (32) reliant les premier et second bords (28, 30) ; – le premier bord (28) et le second bord (30) convergent en s'éloignant des premier et second vias (36a, 36b) correspondants ; – un décalage (d1) dans la direction longitudinale entre deux spires voisines est inférieur à une distance (d2) séparant le fond (32) d'une première partie (12) d'une spire (8) et un axe (X) traversant le premier et second vias (36a, 36b) correspondants ; ce capteur de position inductif étant caractérisé en ce que, parmi les premières parties (12) et deuxièmes parties (14) des spires (8) des au moins deux bobinages secondaires (4, 6 ; 20, 22, 24), au moins certaines de ces premières et deuxièmes parties (12, 14) sont agencées selon une symétrie miroir de part et d’autre d’un plan de séparation transversal (P1, P2, P3), ce plan de séparation transversal (P1, P2, P3) étant situé entre les au moins deux bobinages secondaires (4, 6 ; 20, 22, 24) et étant orthogonal à la direction longitudinale (10). Capteur de position inductif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte une première bobine secondaire (3) comportant un premier bobinage secondaire (4) et un deuxième bobinage secondaire (6) électriquement reliés au niveau d’un premier plan de séparation transversal (P1), les premières parties (12) des spires (8) de chacun desdits premier bobinage secondaire (4) et deuxième bobinage secondaire (6) s’étendant symétriquement de part et d’autre du premier plan de séparation transversal (P1), sur une première couche du circuit imprimé. Capteur de position inductif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deuxièmes parties (14) des spires (8) de chacun desdits premier bobinage secondaire (4) et deuxième bobinage secondaire (6) s’étendent symétriquement de part et d’autre du premier plan de séparation transversal (P1), sur une deuxième couche du circuit imprimé. Capteur de position inductif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu’il comporte une deuxième bobine secondaire (5) comportant un troisième bobinage secondaire (20) et un quatrième bobinage secondaire (22) électriquement reliés au niveau d’un deuxième plan de séparation transversal (P2), les premières parties (12) des spires (8) de chacun desdits troisième bobinage secondaire (20) et quatrième bobinage secondaire (22) s’étendant symétriquement de part et d’autre du deuxième plan de séparation transversal (P2), sur une troisième couche du circuit imprimé. Capteur de position inductif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la deuxième bobine secondaire (5) comporte de plus un cinquième bobinage secondaire (24) électriquement relié au quatrième bobinage secondaire (22) au niveau d’un troisième plan de séparation transversal (P3), les deuxièmes parties (14) des spires (8) de chacun desdits quatrième bobinage secondaire (22) et cinquième bobinage secondaire (24) s’étendant symétriquement de part et d’autre du troisième plan de séparation transversal (P3), sur une quatrième couche de circuit imprimé. Capteur de position inductif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la première bobine secondaire (3) et la deuxième bobine secondaire (5) sont imbriquées de sorte que le plan correspondant au milieu magnétique de la première bobine secondaire (3) est confondu avec le plan correspondant au milieu magnétique de la deuxième bobine secondaire (5). Capteur de position inductif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plan correspondant au milieu magnétique de la première bobine secondaire (3) et le plan correspondant au milieu magnétique de la deuxième bobine secondaire (5) sont confondus avec le plan médian de la carte de circuit imprimé. Capteur de position inductif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les au moins deux bobinages secondaires (4, 6 ; 20, 22, 24) sont disposés de sorte que les forces électromotrices induites dans les spires de l'un parmi les au moins deux bobinages secondaires s'opposent aux forces électromotrices induites dans le spires d’un autre parmi les au moins deux bobinages secondaires.