Brevet FR3151397A1 — publié le 20250124

L’invention concerne un capteur de position inductif (1) pour machine électrique tournante comportant un premier substrat (2a) comprenant au moins un élément d’émission destiné à émettre un champ magnétique oscillant vers une cible en rotation pour générer un champ magnétique oscillant modifié et un dispositif de réception destiné à détecter le champ magnétique oscillant modifié et à le transmettre à une unité de traitement du signal pour déterminer la position angulaire de la cible. L’unité de traitement du signal est positionnée sur un deuxième substrat (2b), distant du premier substrat (2a), et reliée au premier substrat (2a) par des moyens de liaison (4) configurés pour transmettre le champ magnétique oscillant modifié à l’unité de traitement du signal. Figure de l’abrégé : Fig. 2 Capteur de position inductif avec deux circuits imprimés L'invention concerne le domaine des capteurs de position. Elle concerne plus particulièrement le domaine des capteurs de position qui sont configurés pour détecter la position angulaire d'une cible tournante de manière inductive. Les capteurs de position inductifs, dits à courants de Foucault, utilisent un champ magnétique pour déterminer la position angulaire de la cible tournante qui forme un élément de couplage. Ces capteurs de position sont notamment utilisés dans les moteurs électriques de véhicules électriques ou hybrides comprenant un rotor tournant par rapport à un stator. La position angulaire du rotor est déterminée par rapport au stator. La cible est montée à l’extrémité d’un arbre du rotor pour modifier un champ magnétique transmis par un émetteur. La cible est centrée par rapport à un axe de rotation du rotor. La cible comprend plusieurs pales qui fournissent un motif répétitif et périodique par rapport à l'axe de rotation du rotor. Le capteur de position est monté fixe par rapport au stator, en regard de la cible et de l’extrémité de l’arbre du rotor. Le capteur de position comprend un circuit imprimé dit PCB (« Printed Circuit Board » en anglais) comportant au moins un élément d’émission destiné à émettre un champ magnétique oscillant vers la cible, générant un champ magnétique oscillant modifié à une fréquence donnée. Un circuit imprimé est une plaque de base (substrat) qui accueille physiquement et par câblage des composants montés en surface appelés CMS (Composants Montés en Surface). Le circuit imprimé comprend un dispositif de réception destiné à détecter le champ magnétique oscillant modifié et à le transmettre à une unité de traitement du signal prévue sur le circuit imprimé pour en déduire la position angulaire de la cible. L’élément d’émission présente une forme circulaire et est centré autour d’un axe d’émission. Le dispositif de réception présente également une forme circulaire et est centré autour d’un axe de réception. Le dispositif de réception est concentrique à l’élément d’émission. L’axe d’émission de l’élément d’émission et l’axe de réception du dispositif de réception sont confondus avec l’axe de rotation de la cible qui est lui-même confondu avec l’axe de rotation du rotor. Classiquement, l’unité de traitement du signal est intégrée sur le circuit imprimé et positionnée à l’extérieur du dispositif d’émission et de l’élément de réception, en périphérie de ces derniers. Cependant, ces capteurs de position inductifs sont encombrants et donc plus difficiles à intégrer dans les machines électriques tournantes. Le document FR2214742 propose de placer l’unité de traitement du signal à l’intérieur du dispositif d’émission et de l’élément de réception de sorte à obtenir une carte électronique de taille réduite. Cependant, dans certains cas de montage, l’espace disponible à l’intérieur du dispositif d’émission et de l’élément de réception n’est pas suffisant pour loger l’unité de traitement de signal en totalité. Ceci est d’autant plus problématique lorsque le capteur de position comprend plusieurs unités de traitement du signal car il est nécessaire d’augmenter le diamètre du dispositif d’émission et de l’élément de réception, entraînant un capteur de position encombrant et donc difficile à intégrer dans un système de machine électrique, par exemple. Le but de l’invention est donc de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un capteur de position inductif plus compact et plus facile à intégrer dans une machine électrique tournante. Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un capteur de position inductif pour machine électrique tournante comportant un premier substrat comprenant au moins un élément d’émission destiné à émettre un champ magnétique oscillant vers une cible en rotation pour générer un champ magnétique oscillant modifié. Le premier substrat comprend également un dispositif de réception destiné à détecter le champ magnétique oscillant modifié et à le transmettre à une unité de traitement du signal pour déterminer la position angulaire de la cible. Selon l’invention, l’unité de traitement du signal est positionnée sur un deuxième substrat, distant du premier substrat, et reliée au premier substrat par des moyens de liaison électriques configurés pour transmettre un signal électrique image du champ magnétique oscillant modifié à l’unité de traitement du signal. L’invention permet de réduire la taille de la carte électronique comprenant l’élément d’émission et le dispositif de réception et de fournir ainsi un capteur de position inductif plus compact et plus facile à intégrer dans une machine électrique tournante. L’invention permet également de pouvoir augmenter la taille des antennes d’émission et / ou de réception sans augmenter la dimension du capteur de position inductif. Selon une variante, le deuxième substrat est décalé par rapport au premier substrat suivant un axe central perpendiculaire au premier substrat. Cette solution permet de réduire la largeur du capteur de position inductif. Selon une variante, le deuxième substrat est décalé par rapport au premier substrat et orienté perpendiculairement à ce dernier, parallèlement à un axe central. Selon une variante, le capteur de position inductif comprend un boîtier dans lequel sont logés les premier et deuxième substrats. Le premier substrat est positionné sur une base du boîtier et le deuxième substrat est positionné sur un support du boîtier. Le support est décalé par rapport à la base suivant l’axe central. Cet agencement fournit une solution simple pour réduire la largeur du capteur de position inductif sans avoir besoin de modifier la structure des capteurs de position inductif existants. Selon une variante, la base et le support sont reliés par une paroi. Les moyens de liaison longent la paroi. Cela permet de réduire la longueur des moyens de liaison. Selon une variante, le support est positionné en regard d’un connecteur situé à l’extérieur du boîtier. Cela permet de réduire les liaisons électriques entre le connecteur et le deuxième substrat. Selon une variante, les moyens de liaison comprennent plusieurs fils métalliques. Selon une variante, les moyens de liaison comprennent une nappe de câbles électriques flexible. Selon une variante, les moyens de liaison comprennent un troisième substrat flexible comportant des éléments de liaison électrique. Selon une variante, le deuxième substrat et le troisième substrat flexible forment un substrat flexible unique. Cela permet de simplifier le processus de fabrication. L’invention concerne également une machine électrique tournante de véhicule comprenant un stator et un rotor monté en rotation par rapport au stator. La machine électrique tournante comprend un capteur de position inductif tel que défini précédemment et une cible positionnée sur le rotor, en regard du capteur de position inductif. On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles : illustre schématiquement un capteur de position inductif ; illustre schématiquement une vue, selon une coupe axiale, du capteur de position inductif ; illustre schématiquement un premier substrat et un deuxième substrat du capteur de position inductif. L’invention concerne un capteur de position inductif 1, tel qu’illustré sur les figures 1 à 3. Le capteur de position inductif 1 utilise un champ magnétique pour déterminer la position angulaire d’une cible tournante qui est utilisée comme élément de couplage. Le capteur de position inductif 1 et la cible sont destinés à être montés dans une machine électrique tournante tel un moteur électrique de véhicule électrique ou hybride comprenant un rotor tournant par rapport à un stator. La position angulaire du rotor est déterminée par rapport au stator. La cible est montée sur une extrémité d’un arbre du rotor pour modifier un champ magnétique émit par un émetteur. La cible comprend un axe de rotation qui est confondu avec un axe de rotation du rotor. La cible comprend plusieurs pâles qui fournissent un motif répétitif et périodique par rapport à l'axe de rotation du rotor. Le capteur de position inductif 1 comprend un premier substrat 2a (ou circuit imprimé dit PCB (« Printed Circuit Board » en anglais)) comportant un ou plusieurs élément d’émission 3a, 3b, 3c destinés à émettre un champ magnétique oscillant, la cible générant un champ magnétique oscillant modifié à une fréquence donnée. Le premier substrat 2a comprend un dispositif de réception 5 destiné à détecter le champ magnétique oscillant modifié et à le transmettre à une unité de traitement du signal 6 pour mesurer la position angulaire de la cible. Le champ magnétique oscillant modifié génère une force électromotrice dans le dispositif de réception 5. Cette force électromotrice est traitée par l’unité de traitement de signal 6 de sorte à fournir des signaux de sortie permettant la mesure de la position de la cible. Le capteur de position inductif 1 est monté fixe par rapport au stator . Les éléments d’émission 3a, 3b, 3c et le dispositif de réception 5 du capteur de position inductif 1 sont positionnés en regard de la cible et donc en regard de l’extrémité de l’arbre du rotor. Le centre des éléments d’émission 3a, 3b, 3c et du dispositif de réception 5 est traversé par un axe central A traversant également le centre de l’axe de rotation du rotor. L’axe central A est perpendiculaire au premier substrat 2a. Le dispositif de réception 5 comprend plusieurs enroulements et présente une section de forme générale circulaire et plus précisément une forme annulaire. Traditionnellement, le nombre d’enroulements du dispositif de réception 5 est proportionnel au nombre de pales (ou secteurs angulaires) de la cible. Au moins un élément d’émission 3a, 3b, 3c présentent une symétrie de révolution. De préférence, au moins un élément d’émission 3a, 3b, 3c présente une forme circulaire, et sont centrés autour d’un axe d’émission commun. Selon une variante, les trois éléments d’émission 3a, 3b, 3c présentent une symétrie de révolution. De préférence, les trois éléments d’émission 3a, 3b, 3c présentent une forme circulaire, et sont centrés autour d’un axe d’émission commun. En variante, le capteur de position inductif 1 peut comprendre un seul élément d’émission 3a, 3b, 3c ou deux éléments d’émission 3a, 3b, 3c ou plus de trois éléments d’émission 3a, 3b, 3c. Le premier substrat 2a, les éléments d’émission 3a, 3b, 3c et le dispositif de réception 5 forment une première carte électronique qui est logée dans un boîtier 8 et supportée par une base 10 du boîtier 8. Selon l’invention, l’unité de traitement du signal 6 est positionnée sur un deuxième substrat 2b ou circuit imprimé dit PCB (« Printed Circuit Board » en anglais), distant du premier substrat 2a, et relié au premier substrat 2a par des moyens de liaison 4. Les premier et deuxième substrats 2a, 2b sont logés dans le boîtier 8. Le deuxième substrat 2b est décalé par rapport au premier substrat 2a suivant l’axe vertical A. Autrement dit, le deuxième substrat 2b n’est pas au même niveau ou à la même hauteur que le premier substrat 2a. Le deuxième substrat 2b est positionné sur un support 11 du boîtier 8. Le support 11 est décalé par rapport à la base 10 suivant l’axe central A, formant une marche avec la base 10. La base 10 et le support 11 s’étendent suivant une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe central A et sont reliés par une paroi 12 qui est sensiblement parallèle à l’axe central A. Les moyens de liaison 4 longent la paroi 12. Les moyens de liaison 4 peuvent être en contact avec la paroi 12 ou fixés à la paroi 12. Les moyens de liaison 4 sont configurés de sorte que la force électromotrice générée dans le dispositif de réception 5 par le champ magnétique oscillant transite par les moyens de liaison 4 jusqu’à l’unité de traitement de signal 6. Les moyens de liaison 4 comprennent plusieurs fils métalliques. En variante, les moyens de liaison 4 comprennent une nappe de câbles électriques flexible. En variante, les moyens de liaison 4 comprennent un troisième substrat flexible (PCB flexible) comportant des éléments de liaison électrique. Les premier et deuxième substrats 2a,2b sont sensiblement rigides et reliés au troisième substrat flexible. En variante, le deuxième substrat 2b et le troisième substrat flexible forment un substrat flexible unique. En variante, une première portion du substrat flexible unique comprend l’unité de traitement du signal 6 et est fixée sur le support 11. Une deuxième portion du substrat flexible unique comprend des liaisons électriques et est reliée à la première portion du substrat flexible unique. La deuxième portion longe la paroi 12 du boîtier 8. Le support 11 est positionné en regard d’un connecteur 13 situé à l’extérieur du boîtier 8. Le boîtier 8 comprend un couvercle 15 se refermant sur la cavité dans laquelle sont logés les substrats 2a, 2b . Comme illustré sur la , le deuxième substrat 2b comprend plusieurs orifices 7 et des liaisons électriques 9 reliant l’unité de traitement du signal 6 à des éléments de connexion 14 du connecteur 13. Les éléments de connexion 14 s’étendent depuis le connecteur 13 jusqu’aux orifices 7. Les liaisons électriques 9 peuvent être des fils électriques ou des pistes métalliques gravées sur la deuxième couche de substrat, par exemple. En variante, le deuxième substrat 2b peut être positionné sur une paroi verticale telle la paroi 12 du boîtier 8 ou une autre paroi du boîtier 8. En variante, le deuxième substrat 2b peut comprendre deux unités de traitement de signal 6 positionnées l’une à côté de l’autre. En variante, le deuxième substrat 2b peut comprendre deux unités de traitement de signal 6 positionnées sur deux deuxièmes substrats 2b différents positionnés l’un à côté de l’autre ou positionnés à des endroits différents dans le boîtier 8. Les deuxièmes substrats 2b sont reliés au premier substrat 2a par deux moyens de liaison distincts. Capteur de position inductif (1) pour machine électrique tournante comportant un premier substrat (2a) comprenant au moins un élément d’émission (3a, 3b, 3c) destiné à émettre un champ magnétique oscillant vers une cible en rotation pour générer un champ magnétique oscillant modifié et un dispositif de réception (5) destiné à détecter le champ magnétique oscillant modifié et à le transmettre à une unité de traitement du signal (6) pour déterminer la position angulaire de la cible, caractérisé en ce que l’unité de traitement du signal (6) est positionnée sur un deuxième substrat (2b), distant du premier substrat (2a), et reliée au premier substrat (2a) par des moyens de liaison (4) configurés pour transmettre un signal électrique image du champ magnétique oscillant modifié à l’unité de traitement du signal (6). Capteur de position inductif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième substrat (2b) est décalé par rapport au premier substrat (2a) suivant un axe central (A) perpendiculaire au premier substrat (2a). Capteur de position inductif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième substrat (2b) est décalé par rapport au premier substrat (2a) et orienté perpendiculairement à ce dernier, parallèlement à un axe central (A). Capteur de position inductif (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu’il comprend un boitier (8) dans lequel sont logés les premier et deuxième substrats (2a, 2b), le premier substrat (2a) étant positionné sur une base (10) du boîtier (8) et le deuxième substrat (2b) étant positionné sur un support (11) du boîtier (8), le support (11) étant décalé par rapport à la base (10) suivant l’axe central (A). Capteur de position inductif (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la base (10) et le support (11) sont reliés par une paroi (12), les moyens de liaison (4) longeant la paroi (12). Capteur de position inductif (1) selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le support (11) est positionné en regard d’un connecteur (13) situé à l’extérieur du boîtier (8). Capteur de position inductif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de liaison (4) comprennent plusieurs fils métalliques. Capteur de position inductif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de liaison (4) comprennent une nappe de câbles électriques flexible. Capteur de position inductif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de liaison (4) comprennent un troisième substrat flexible comportant des éléments de liaison électrique. Capteur de position inductif (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le deuxième substrat (2b) et le troisième substrat flexible forment un substrat flexible unique. Machine électrique tournante de véhicule comprenant un stator et un rotor monté en rotation par rapport au stator, caractérisée en ce qu’elle comprend un capteur de position inductif (1) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, et une cible positionnée sur le rotor, en regard du capteur de position inductif (1).