Brevet FR3134175A1 — publié le 20231006

CARTE DE CIRCUIT IMPRIME POUR UN CAPTEUR INDUCTIF DE MESURE DE POSITION ANGULAIRE D’UNE PIECE MECANIQUE DE ROTATION Un aspect de l’invention concerne une carte de circuit imprimé (5) pour un capteur inductif (1) de mesure de position angulaire d’une pièce mécanique (2) de rotation comportant : Une première couche et une deuxième couches superposées comportant un bobinage primaire et au moins deux bobinages secondaires, Une troisième couche comportant un composant électronique connecté auxdits bobinages primaire et secondaires, Une quatrième couche disposée entre ladite deuxième couche et ladite troisième couche, ladite quatrième couche comportant une surface métallique recouvrant ledit composant électronique et étant munie d’au moins une fente, chaque fente traversant ladite surface métallique sur toute son épaisseur et s’étendant depuis un bord périphérique extérieur jusqu’à une zone centrale de ladite surface métallique. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 CARTE DE CIRCUIT IMPRIME POUR UN CAPTEUR INDUCTIF DE MESURE DE POSITION ANGULAIRE D’UNE PIECE MECANIQUE DE ROTATION DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne une carte de circuit imprimé pour un capteur inductif de mesure de position angulaire, le capteur inductif étant agencé pour mesurer la position angulaire d’une pièce mécanique de rotation, notamment un axe de rotation ou un rotor de machine électrique tournante. L'invention trouve des applications intéressantes, par exemple, dans le domaine de l'industrie automobile. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Le principe de fonctionnement d'un capteur inductif repose sur une variation de couplage entre un bobinage primaire et des bobinages secondaires. Le couplage entre ces bobinages primaire et secondaires varie en fonction d’une position angulaire d'une pièce mécanique de rotation électriquement conductrice, appelée couramment "cible". Des courants induits dans la cible viennent, lors de la mise en rotation de cette dernière, 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 avec précision la position angulaire de la cible. Il est usuel de réaliser les bobinages précités sur une carte de circuit imprimé. Afin de limiter l'espace occupé sur la carte de circuit imprimé, il est connu du document FR3002034A1 de réaliser des spires pour former les bobinages primaire et secondaires sur deux couches superposées de la carte de circuit imprimé. Une telle carte de circuit imprimé comporte en outre un composant électronique présentant une fonction d’alimentation électrique du bobinage primaire et une fonction de mesure de valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires. Ce composant électronique est généralement disposé à côté des bobinages, sur la carte de circuit imprimé. Afin de protéger ce composant électronique des perturbations électromagnétiques susceptibles d’impacter négativement son fonctionnement, une surface métallique, ou plan de masse, est habituellement disposée en deçà du composant électronique. Un objectif de l’invention est de proposer une solution pour augmenter la compacité d’une carte de circuit imprimé telle que décrite en introduction. Dans ce contexte, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à une carte de circuit imprimé pour un capteur inductif de mesure de position angulaire d’une pièce mécanique de rotation comportant : Une première couche et une deuxième couches superposées comportant un bobinage primaire et au moins deux bobinages secondaires, les bobinages primaire et secondaires formant ensemble une partie sensible du capteur inductif, Une troisième couche comportant un composant électronique connecté aux bobinages primaire et secondaires, le composant électronique étant construit et agencé pour alimenter électriquement le bobinage primaire et/ou pour mesurer des valeurs de tension aux bornes des bobinages secondaires, Une quatrième couche disposée entre la deuxième couche et la troisième couche, la quatrième couche comportant une surface métallique recouvrant le composant électronique et étant munie d’au moins une fente, chaque fente traversant ladite surface métallique sur toute son épaisseur et s’étendant depuis un bord périphérique extérieur jusqu’à une zone centrale de la surface métallique, Les première, deuxième, troisième et quatrième couches étant espacées les unes des autres par une couche respective en matériau diélectrique. Ainsi, l’invention propose de superposer, au sein d’une même carte de circuit imprimé, les bobinages primaire et secondaires ainsi que le composant électronique. Cet agencement superposé, plutôt que juxtaposé, permet de réduire l’encombrement de la carte de circuit imprimé selon l’invention, en diminuant la surface de la carte de circuit imprimé. Le composant électronique permet d’alimenter à une fréquence donnée le bobinage primaire associé à un condensateur, et de faire la mesure des tensions sur les bobinages secondaires, puis de calculer la position de la cible et de fournir en sortie cette information de position. Il peut comporter par exemple au moins un microcontrôleur. Afin de protéger le composant électrique, il est connu de superposer à ce dernier une surface électriquement conductrice, en pratique une surface métallique, destinée à être connectée à la masse électrique. On protège ainsi le composant électronique à l’égard des perturbations électromagnétiques susceptibles d’impacter négativement son fonctionnement. On parle parfois de couche « CEM » pour désigner la surface métallique, pour « Compatibilité ElectroMagnétique ». Selon l’invention, les bobinages se trouvent d’un côté de l’empilement de couches formant la carte de circuit imprimé, et le composant électronique se trouve de l’autre côté de cet empilement, avec entre les deux la surface métallique. Une solution évidente pour réaliser cet empilement aurait été d’utiliser une surface métallique pleine telle qu’elle existe dans l’art antérieur lorsque le composant électronique est simplement juxtaposé aux bobinages. Les inventeurs ont cependant réalisé qu’en utilisation, le plan de masse allait produire des courants induits risquant de perturber le fonctionnement électromagnétique des bobinages primaire et secondaire. Ils ont eu l’idée de former des fentes dans la surface métallique, s’étendant chacune depuis un bord périphérique de la surface métallique jusqu’à une région centrale de cette dernière. En utilisation, un courant électrique circulant dans le bobinage primaire produit un champ électromagnétique variable dans le temps, lequel génère à son tour une tension électrique dans la surface métallique selon l’invention. Cette tension produit un courant induit, qui circule dans la surface métallique le long du bord périphérique extérieur de cette dernière. La présence des fentes va augmenter le chemin parcouru par ce courant induit, et donc la résistance électrique à laquelle il est soumis. Finalement, c’est l’intensité du courant induit qui est ainsi diminuée par les fentes dans la surface métallique. Ainsi, l’invention permet de superposer les bobinages primaire et secondaire, d’une part, et un composant électronique associé auxdits bobinages et muni d’une surface métallique de protection, d’autre part. L’invention permet de réaliser cette superposition, tout en limitant au maximum la génération de courants induits dans ladite surface métallique, de tels courants induits étant susceptibles de perturber le fonctionnement électromagnétique des bobinages primaire et secondaires. Le positionnement de surface métallique entre les bobinages et le composant électronique permet en outre de protéger le composant électronique d’éventuelles perturbations électromagnétiques pouvant être générées par les bobinages. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, la carte de circuit imprimé selon cet aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. De manière avantageuse, les première, deuxième, quatrième et troisième couches sont superposées dans cet ordre, séparées deux à deux par une couche respective en matériau diélectrique. De manière avantageuse, chaque fente selon l’invention s’étend rectiligne. Dans des variantes, de l’invention, l’une au moins desdites fentes peut présenter une forme curviligne, ou une forme segmentée (par exemple des créneaux ou des dents de scie). Selon un aspect non limitatif de l’invention, la surface métallique présente au moins deux fentes. Selon un aspect non limitatif de l’invention, la zone centrale de la surface métallique est dépourvue de fente, la zone centrale étant connectée électriquement à une borne de connexion électrique destinée à être reliée à une masse électrique. De préférence, la masse électrique est disposée dans la troisième couche. Selon un aspect non limitatif de l’invention, la surface métallique présente une forme générale de disque ou de rondelle, agencée concentrique avec le bobinage primaire et les bobinages secondaires. Par forme générale de disque (respectivement rondelle), on entend une forme de disque (respectivement rondelle), hors considération des fentes selon l’invention. On rappelle qu’une rondelle désigne un disque, ouvert en son centre par une ouverture traversante circulaire concentrique avec le bord externe du disque. Le rayon de la surface métallique en forme de disque ou de rondelle peut être distinct d’un rayon maximum des bobinages primaire et secondaires, tant que le composant électrique est recouvert par ladite surface métallique. Le rayon d’une rondelle désigne alors le rayon du cercle définissant le bord externe de la rondelle. Selon un aspect non limitatif de l’invention, chacune des fentes est alignée avec un rayon de la surface métallique en forme de disque ou de rondelle. Selon un aspect non limitatif de l’invention, le nombre de fentes est égal à 2*N*P, avec : N le nombre de bobinages secondaires, N étant un entier au moins égal à 2, et P le nombre de paires de pôles de l’un des bobinages secondaires, chacun des bobinages secondaires présentant un nombre de paires de pôles identiques. Selon un aspect non limitatif de l’invention, dans un même plan : Chaque bobinage secondaire comporte des pôles symétriques entre eux selon une symétrie de rotation (d’angle avantageusement égal à 360°/(2*P)), Les pôles d’un bobinage secondaire sont angulairement décalés des pôles d’un autre bobinage secondaire (d’un angle avantageusement égal à 360°/(2*N*P)), et Chacune des fentes est alignée avec un rayon de la surface métallique et décalée d’une fente voisine d’un angle égal à 360°/F, avec F le nombre de fentes (soit un décalage angulaire constant entre deux fentes voisines). Selon un aspect non limitatif de l’invention, la carte de circuit imprimé comporte des vias de connexion électrique entre deux au moins parmi les première, deuxième et troisième couches, les fentes présentant chacune une largeur constante, et s’étendant chacune à distance desdits vias de connexion électrique. Selon un aspect non limitatif de l’invention, la carte de circuit imprimé comporte des vias de connexion électrique entre deux au moins parmi les première, deuxième et troisième couches, l’une au moins des fentes s’étendant en regard d’un via de connexion électrique, chaque fente située au regard d’un via de connexion électrique présentant un élargissement local, situé au regard dudit via de connexion électrique, et présentant une largeur supérieure à une largeur dudit via de connexion électrique. Selon un aspect non limitatif de l’invention, le bobinage primaire est disposé dans la première couche, avec les première, deuxième, quatrième et troisième couches superposées dans cet ordre, et avec ladite première couche destinée à être positionnée en regard de la pièce mécanique de rotation. Ainsi, en utilisation, la première couche s’étend entre la pièce mécanique de rotation et la deuxième couche. Selon un aspect non limitatif de l’invention, chacune des fentes présente une largeur, de préférence constante, comprise entre 50 et 150 micromètres, par exemple 125 micromètres. La largeur de la fente est définie dans un plan parallèle au plan de la carte de circuit imprimé, et correspond à sa plus petite dimension. Un autre aspect de l’invention concerne un capteur inductif de mesure de position angulaire d’une pièce mécanique de rotation, ledit capteur comportant une carte de circuit imprimé selon l’un quelconque des aspects de l’invention précités et une cible métallique. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. montre une représentation schématique d’un capteur inductif de mesure de position angulaire d’une pièce mécanique de rotation, selon un aspect non limitatif de l’invention. illustre un exemple de réalisation non limitatif d’une carte de circuit imprimé selon un aspect de l’invention, pour un capteur inductif de mesure de position angulaire d’une pièce mécanique de rotation. La est une vue de dessus schématique de la carte de circuit imprimé, illustrant l’agencement d’un mode de réalisation non limitatif de bobinages primaire et secondaires. La illustre un parcours d’un courant induit dans une surface métallique pouvant être intégrée à la carte de circuit imprimé selon un aspect non limitatif de l’invention. montre une carte de circuit imprimé selon un aspect non limitatif de l’invention, comportant des vias de connexion électrique. illustre un exemple de réalisation non limitatif d’une partie sensible du capteur inductif, comportant deux bobinages secondaires présentant chacun une paire de pôles. illustre des flux magnétiques générés par l’agencement des bobinages secondaires représentés à la . illustre un autre exemple de réalisation non limitatif d’une partie sensible du capteur inductif comportant deux bobinages secondaires présentant chacun deux paires de pôles. montre une représentation schématique d’un capteur inductif de mesure de position angulaire d’une pièce mécanique de rotation, selon un autre aspect non limitatif de l’invention. Carte de circuit imprimé (5) pour un capteur inductif (1) de mesure de position angulaire d’une pièce mécanique (2) de rotation comportant : Une première couche (6) et une deuxième couche (7) superposées comportant un bobinage primaire (8) et au moins deux bobinages secondaires (9, 10), lesdits bobinages primaire (8) et secondaires (9, 10) formant ensemble une partie sensible dudit capteur inductif (1), les bobinages secondaires (9, 10) s’étendant à la fois dans la première couche (6) et dans la deuxième couche (7), et le bobinage primaire (8) s’étendant dans l’une au moins parmi la première couche (6) et dans la deuxième couche (7) en entourant les bobinages secondaires (9, 10), Ladite carte de circuit imprimé (5) étant caractérisée en ce qu’elle comporte en outre : Une troisième couche (11) comportant un composant électronique (12) connecté auxdits bobinages primaire (8) et secondaires (9, 10), ledit composant électronique (12) étant construit et agencé pour alimenter électriquement ledit bobinage primaire (8) et/ou pour mesurer des valeurs de tension aux bornes desdits bobinages secondaires (9, 10), Une quatrième couche (13) disposée entre ladite deuxième couche (7) et ladite troisième couche (11), ladite quatrième couche (13) comportant une surface métallique (14) recouvrant ledit composant électronique (12) et étant munie d’au moins une fente (16), chaque fente (16) traversant ladite surface métallique (14) sur toute son épaisseur et s’étendant depuis un bord périphérique extérieur (17) jusqu’à une zone centrale (18) de ladite surface métallique (14), Lesdites première, deuxième, troisième et quatrième couches (6, 7, 11, 13) étant espacées les unes des autres par une couche respective en matériau diélectrique (15). Carte de circuit imprimé (5) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface métallique (14) présente au moins deux fentes (16). Carte de circuit imprimée (5) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’une zone centrale (18) de la surface métallique (14) est dépourvue de fente (16), ladite zone centrale (18) étant connectée électriquement à une borne de connexion électrique destinée à être reliée à une masse électrique. Carte de circuit imprimé (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface métallique (14) présente une forme générale de disque ou de rondelle, agencée concentrique avec le bobinage primaire (8) et les bobinages secondaires (9, 10). Carte de circuit imprimé (5) selon la revendication 4, caractérisée en ce que chacune des fentes (16) est alignée avec un rayon (R) de la surface métallique (14). Carte de circuit imprimé (5) selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le nombre de fentes (16) est égal à 2*N*P, avec : N le nombre de bobinages secondaires (9, 10), N étant un entier au moins égal à 2, et P le nombre de paires de pôles (9+, 9-) de l’un des bobinages secondaires (9), chacun des bobinages secondaires (9, 10) présentant un nombre de paires de pôles (9+, 9-, 10+, 10-) identiques. Carte de circuit imprimé (5) selon la revendication 6, caractérisée en ce que dans un même plan (P5) : Chaque bobinage secondaire (9) comporte des pôles (9+, 9-) symétriques entre eux selon une symétrie de rotation d’angle (α1) égal à 360°/(2*P), Les pôles (9+, 9-) d’un bobinage secondaire (9) sont angulairement décalés des pôles (10+, 10-) d’un autre bobinage secondaire (10) d’un angle (α2) égal à 360°/(2*N*P), et Chacune des fentes (16) est alignée avec un rayon (R) de la surface métallique (14) et décalée d’une fente voisine (16) d’un angle (α3) égal à 360°/F, avec F le nombre de fentes (16). Carte de circuit imprimé (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu’elle comporte des vias de connexion électrique (20) qui s’étendent chacun entre deux au moins parmi les première, deuxième et troisième couches (6, 7, 11), et en ce que les fentes (16) présentent chacune une largeur (L 16 ) constante et s’étendent chacune à distance desdits vias de connexion électrique (20). Carte de circuit imprimé (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu’elle comporte des vias de connexion électrique (20) qui s’étendent chacun entre deux au moins parmi les première, deuxième et troisième couches (6, 7, 11), en ce que l’une au moins des fentes (16) s’étend en regard d’un via de connexion électrique (20), et en ce que chaque fente (16) située au regard d’un via de connexion électrique (20) présente un élargissement local, situé au regard dudit via de connexion électrique (20), et présentant une largeur (L 1 6 20 ) supérieure à une largeur (L 20 ) dudit via de connexion électrique (20). Carte de circuit imprimé (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le bobinage primaire (8) est disposé dans la première couche (6), avec les première, deuxième, quatrième et troisième couches (6, 7, 11, 13) superposées dans cet ordre, et avec ladite première couche (6) destinée à être positionnée en regard de la pièce mécanique (2) de rotation.