Brevet FR3144657A1 — publié le 20240705

L’invention concerne un capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) pour machine électrique tournante comportant un substrat (2) sur lequel sont disposés 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, le substrat (2) comprenant un dispositif de réception (5) destiné à détecter le champ magnétique oscillant et à le transmettre à une unité de traitement du signal (6) pour déterminer la position angulaire de la cible, l’élément d’émission présentant une forme générale circulaire et délimitant une première zone interne (10), le dispositif de réception délimitant une deuxième zone interne (11). L’unité de traitement du signal est positionnée sur le substrat à l’intérieur de la première zone interne de l’élément d’émission et/ou de la deuxième zone interne du dispositif de réception ou en regard des première et deuxième zones internes. Figure de l’abrégé : Fig. 1 Capteur de position inductif avec unité de traitement à l’intérieur de l’élément d’émission 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 de champ magnétique répétitif et périodique par rapport à l'axe de rotation du rotor. Le capteur de position est monté fixe par rapport au rotor, en regard de la cible et de l’extrémité de l’arbre du rotor. Le capteur de position comprend un substrat (ou circuit imprimé) comportant au moins un élément d’émission destiné à émette un champ magnétique oscillant vers la cible, générant un champ magnétique oscillant modifié à une fréquence donnée. Le substrat 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 substrat 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. Le dispositif de réception présente donc un diamètre plus petit que celui de l’élément d’émission. L’axe d’émission de l’élément d’émission et l’axe de réception du dispositif de réception sont alignés avec l’axe de rotation de la cible qui est lui-même aligné avec l’axe de rotation du rotor. Classiquement, l’unité de traitement du signal est intégrée sur le substrat 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 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 substrat sur lequel sont disposés 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 substrat comprend 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’élément d’émission présente une forme générale circulaire et délimite une première zone interne. Le dispositif de réception présente une forme générale circulaire et délimite une deuxième zone interne. Selon l’invention, l’unité de traitement du signal est positionnée sur le substrat, à l’intérieur de la première zone interne de l’élément d’émission et/ou à l’intérieur de la deuxième zone interne du dispositif de réception ou en regard des première et deuxième zones internes. L’invention fournit ainsi un capteur de position inductif plus compact, plus facile à intégrer dans une machine électrique tournante et plus léger. Selon une variante, le dispositif de réception est positionné à l’intérieur ou en regard de la première zone interne de l’élément d’émission. Selon une autre variante, l’élément d’émission est positionné à l’intérieur ou en regard de la deuxième zone interne du dispositif de réception. Selon une autre variante, le substrat comprend une couche de substrat sur laquelle sont intégrés l’élément d’émission, le dispositif de réception et l’unité de traitement du signal. L’élément d’émission, le dispositif de réception et l’unité de traitement du signal sont positionnés dans un même plan. Selon une autre variante, le substrat comprend une première couche de substrat sur laquelle sont intégrés l’élément d’émission et le dispositif de réception. Le substrat comprend une deuxième couche de substrat sur laquelle est intégrée l’unité de traitement du signal. Les première et deuxième couches de substrat sont superposées. Selon une autre variante, le substrat comprend une troisième couche de substrat sur laquelle est intégré le dispositif de réception. L’élément d’émission est intégré sur la première couche de substrat. L’unité de traitement du signal est intégrée sur la deuxième couche de substrat. Les première, deuxième et troisième couches de substrat sont superposées. Selon une autre variante, l’élément d’émission est relié électriquement à l’unité de traitement du signal par un élément de liaison formé sur la deuxième couche de substrat. Lorsque l’élément d’émission est positionné à l’intérieur du dispositif de réception, cette configuration évite à l’élément de liaison de traverser ou de passer au-dessus du dispositif de réception, évitant un couplage électrique avec ce dernier. Selon une autre variante, le substrat comprend plusieurs orifices traversant la première zone interne de l’élément d’émission et la deuxième zone interne du dispositif de réception. L’unité de traitement du signal est reliée à des éléments de connexion prévus sur un connecteur positionné à l’extérieur de l’élément d’émission par des liaisons électriques traversant chacune l’un des orifices. Dans ce cas, les liaisons électriques relient directement l’unité de traitement du signal aux éléments de connexion, sans croiser le dispositif de réception, ni l’élément d’émission, évitant un couplage avec ces derniers. Selon une autre variante, le substrat comprend plusieurs orifices positionnés à l’extérieur de la première zone interne de l’élément d’émission et de la deuxième zone interne du dispositif de réception. L’unité de traitement du signal est reliée à des éléments de connexion prévus sur un connecteur positionné à l’extérieur de l’élément d’émission par des liaisons électriques traversant chacune l’un des orifices. 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, selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement un capteur de position inductif, selon un autre mode de réalisation de l’invention; illustre schématiquement un capteur de position inductif, selon un autre mode de réalisation de l’invention. L’invention concerne un capteur de position inductif 1a, 1b, 1c, tel qu’illustré sur les figures 1 à 3. Le capteur de position inductif 1a, 1b, 1c 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 1a, 1b, 1c 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 aligné avec un axe de rotation du rotor. La cible comprend plusieurs pâles qui fournissent un motif de champ magnétique répétitif et périodique par rapport à l'axe de rotation du rotor. Le capteur de position inductif 1a, 1b, 1c comprend un substrat 2 (ou circuit imprimé) sur lequel sont disposés trois éléments d’émission 3a, 3b, 3c destinés à émettre chacun un champ magnétique oscillant vers la cible, générant un champ magnétique oscillant modifié à une fréquence donnée. Le capteur de position inductif 1a, 1b, 1c 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 prévue sur le substrat 2 pour mesurer la position angulaire de la cible. Le champ magnétique oscillant modifié génère une force électromotrice à une fréquence donnée 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 1a, 1b, 1c est monté fixe par rapport au rotor. Les éléments d’émission 3a, 3b, 3c et le dispositif de réception 5 du capteur de position inductif 1a, 1b, 1c sont positionnés en regard de la cible et donc en regard de l’extrémité de l’arbre du rotor. Autrement dit, le capteur de position inductif 1a, 1b, 1c est donc positionné axialement par rapport à l’axe de rotation du rotor. 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. La cible comprend au moins trois secteurs angulaires. Elle peut en comporter six, par exemple. 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. Les trois éléments d’émission 3a, 3b, 3c sont positionnés de façon concentrique les uns par rapport aux autres. Un premier élément d’émission 3a est positionné à l’intérieur d’un deuxième élément d’émission 3b présentant un diamètre plus grand que celui du premier élément d’émission 3a. Un troisième élément d’émission 3c, présentant un diamètre plus grand que celui du deuxième élément d’émission 3b, entoure le deuxième élément d’émission 3b. Les éléments d’émission 3a, 3b, 3c émettent des champs magnétiques oscillants à des fréquences distinctes les unes des autres. Trois fréquences différentes sont donc émises vers la cible. En variante, le capteur de position inductif 1a, 1b, 1c 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 substrat 2 et le capteur de position inductif 1a, 1b, 1c forment une carte électronique qui est supportée par un support et qui peut être protégée par un couvercle. Selon l’invention, l’unité de traitement du signal 6 est positionnée sur le substrat 2, à l’intérieur des éléments d’émission 3a, 3b, 3c et du dispositif de réception 5, de façon à ne pas être superposé aux éléments d’émission 3a, 3b, 3c, ni au dispositif de réception 5 suivant la direction de l’axe central A. L’unité de traitement du signal 6 n’est pas en regard des éléments d’émission 3a, 3b, 3c, ni du dispositif de réception 5. Le ou les éléments d’émission 3a, 3b, 3c délimitent une première zone interne 10 circulaire. Le dispositif de réception 5 délimite une deuxième zone interne 11 circulaire. On entend par « à l’intérieur de l’élément d’émission 3a, 3b, 3c et du dispositif de réception 5 » le fait que l’unité de traitement du signal 6 peut être dans la première zone interne 10 de l’élément d’émission 3a, 3b, 3c et/ou dans la deuxième zone interne 11 du dispositif de réception 5 ou bien décalé par rapport à ces zones internes 10, 11 mais en restant en regard de ces première et deuxième zones internes 10, 11, c’est-à-dire au-dessus ou en dessous de celles-ci. Une zone interne commune 4 s’étendant axialement le long d’un axe central A de l’élément d’émission 3a, 3b, 3c est définie. La zone interne commune 4 est de forme tubulaire et passe par la première et/ou la deuxième zone interne 10, 11 en s’étendant axialement de chaque côté des première et deuxième zones internes 10, 11 mais en restant à proximité de ces dernières. Autrement dit, l’unité de traitement du signal 6 est positionnée dans la zone interne commune 4. Selon un mode de réalisation représenté sur la , le capteur de position inductif 1a comprend un dispositif de réception 5 qui est positionné à l’intérieur des éléments d’émission 3a, 3b, 3c. La zone interne commune 4 est délimitée par la bordure interne 12 du dispositif de réception 5. Le dispositif de réception 5 est positionné à l’intérieur ou en regard de la première zone interne 10 de l’élément d’émission 3a, 3b, 3c. L’unité de traitement du signal 6 est positionnée dans la zone interne commune 4, à l’intérieur ou en regard de la deuxième zone interne 11 du dispositif de réception 5. Selon une variante, le substrat 2 comprend une couche de substrat sur laquelle sont intégrés les éléments d’émission 3a, 3b, 3c, le dispositif de réception 5 et l’unité de traitement du signal 6. Les éléments d’émission 3a, 3b, 3c, le dispositif de réception 5 et l’unité de traitement du signal 6 sont positionnés dans un même plan. Les première et deuxième zones internes 10, 11 sont alors confondues. L’unité de traitement du signal 6 est positionnée à la fois dans les première et deuxième zones internes 10, 11. Selon une autre variante, le substrat 2 comprend une première couche de substrat sur laquelle sont intégrés l’élément d’émission 3a, 3b, 3c et le dispositif de réception 5. Le substrat 2 comprend une deuxième couche de substrat sur laquelle est intégrée l’unité de traitement du signal 6, les première et deuxième couches de substrat sont superposées. L’unité de traitement du signal 6 est positionné dans la zone interne commune 4 mais est décalé par rapport aux éléments d’émission 3a, 3b, 3c, et au dispositif de réception 5 suivant l’axe central A. L’unité de traitement du signal 6 est positionné en regard des première et deuxième zones internes 10, 11 qui sont confondues. Selon une autre variante représentée sur la , le substrat 2 comprend une troisième couche de substrat sur laquelle est intégré le dispositif de réception 5. L’élément d’émission 3a, 3b, 3c est intégré sur la première couche de substrat et l’unité de traitement du signal 6 est intégré sur la deuxième couche de substrat. Les première, deuxième et troisième couches de substrat sont superposées. L’unité de traitement du signal 6 est positionné dans la zone interne commune 4 mais est décalé par rapport aux éléments d’émission 3a, 3b, 3c, et au dispositif de réception 5 suivant l’axe central A. L’unité de traitement du signal 6 est positionné en regard des première et deuxième zones internes 10, 11 qui sont également décalées l’une par rapport à l’autre suivant l’axe central A. La deuxième couche de substrat peut être contiguë à la première couche de substrat ou contiguë à la troisième couche de substrat. Les éléments d’émission 3a, 3b, 3c sont reliés électriquement à l’unité de traitement du signal 6 par un élément de liaison 8 formé sur la deuxième couche de substrat. Ainsi, l’élément de liaison 8 passe au-dessus ou en-dessous du dispositif de réception 5 sans être en contact avec ce dernier. Selon un mode de réalisation représenté sur la , le capteur de position inductif 1c comprend trois éléments d’émission 3a, 3b, 3c qui sont positionnés à l’intérieur du dispositif de réception 5. La zone interne commune 4 est délimitée par le premier élément d’émission 3c. Quel que soit la position du dispositif de réception 5 par rapport aux éléments d’émission 3a, 3b, 3c, l’unité de traitement du signal 6 est toujours positionnée à l’intérieur des éléments d’émission 3a, 3b, 3c et du dispositif de réception 5, c’est-à-dire dans la zone interne commune 4, comme décrit précédemment. L’unité de traitement du signal 6 est positionné à l’intérieur ou en regard des première et deuxième zones internes 10, 11. Dans ce cas, l’élément de liaison 8 relie directement l’unité de traitement du signal 6 aux éléments d’émission 3a, 3b, 3c, sans croiser le dispositif de réception 5, évitant un couplage avec ce dernier. Comme illustré dans les modes de réalisation des figures 1 et 3, le substrat 2 comprend plusieurs orifices 7 traversant l’intérieur des éléments d’émission 3a, 3b, 3c et du dispositif de réception 5. Autrement dit, les orifices 7 traversent la première zone interne 10 des éléments d’émission 3a, 3b, 3c et la deuxième zone interne 11 du dispositif de réception 5. L’unité de traitement du signal 6 est reliée à des éléments de connexion prévus sur un connecteur positionné à l’extérieur de l’élément d’émission 3a, 3b, 3c par des liaisons électriques 9 traversant chacune l’un des orifices 7. Dans l’exemple des figures 1 et 3, le substrat 2 comprend six orifices 7. Les liaisons électriques 9 peuvent être des fils électriques ou des pistes métalliques gravées sur la deuxième couche de substrat, par exemple. Dans le mode de réalisation de la , le capteur de position inductif 1b comprend un dispositif de réception 5 qui est positionné à l’intérieur des éléments d’émission 3a, 3b, 3c, comme dans le mode de réalisation de la . L’unité de traitement du signal 6 est positionnée sur le substrat 2 à l’intérieur de l’élément d’émission 3a, 3b, 3c et du dispositif de réception 5, comme décrit précédemment. La différence avec le mode de réalisation de la est que le substrat 2 comprend plusieurs orifices 7 positionnés à l’extérieur de l’élément d’émission 3a, 3b, 3c et du dispositif de réception 5, en périphérie de ces derniers. Les orifices 7 sont positionnés à l’extérieur de la première zone interne 10 des éléments d’émission 3a, 3b, 3c et de la deuxième zone interne 11 du dispositif de réception 5. L’unité de traitement du signal 6 est reliée à des éléments de connexion prévus sur un connecteur à l’extérieur de l’élément d’émission 3a, 3b, 3c par des liaisons électriques (non représenté) traversant chacune l’un des orifices 7. Le substrat 2 comprend au moins trois orifices 7. Il peut comprendre douze orifices 7, par exemple. Dans l’exemple de la , le substrat 2 comprend six orifices 7. En variante, le substrat 2 peut comprendre deux unités de traitement de signal 6 positionnées l’une à côté de l’autre. La deuxième couche de substrat comprenant l’unité de traitement du signal 6 peut être positionnée en regard de la cible et donc au plus près de celle-ci ou bien être la couche la plus éloignée de la cible. Dans ce cas, au moins la première couche de substrat étant positionnée entre la deuxième couche de substrat et la cible. Capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) pour machine électrique tournante comportant un substrat (2) sur lequel sont disposés 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, le substrat (2) comprenant 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, l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) présentant une forme générale circulaire et délimitant une première zone interne (10), le dispositif de réception (5) présentant une forme générale circulaire et délimitant une deuxième zone interne (11), caractérisé en ce que l’unité de traitement du signal (6) est positionnée sur le substrat (2) à l’intérieur de la première zone interne (10) de l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) et/ou à l’intérieur de la deuxième zone interne (11) du dispositif de réception (5) ou en regard desdites première et deuxième zones internes (10, 11). Capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réception (5) est positionné à l’intérieur ou en regard de la première zone interne (10) de l’élément d’émission (3a, 3b, 3c). Capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) est positionné à l’intérieur ou en regard de la deuxième zone interne (11) du dispositif de réception (5). Capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (2) comprend une couche de substrat sur laquelle sont intégrés l’élément d’émission (3a, 3b, 3c), le dispositif de réception (5) et l’unité de traitement du signal (6), l’élément d’émission (3a, 3b, 3c), le dispositif de réception (5) et l’unité de traitement du signal (6) étant positionnés dans un même plan. Capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (2) comprend une première couche de substrat sur laquelle sont intégrés l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) et le dispositif de réception (5), le substrat (2) comprenant une deuxième couche de substrat sur laquelle est intégrée l’unité de traitement du signal (6), les première et deuxième couches de substrat étant superposées. Capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (2) comprend une troisième couche de substrat sur laquelle est intégré le dispositif de réception (5), l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) étant intégré sur une première couche de substrat, l’unité de traitement du signal (6) étant intégrée sur une deuxième couche de substrat, les première, deuxième et troisième couches de substrat étant superposées. Capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) est relié électriquement à l’unité de traitement du signal (6) par un élément de liaison (8) formé sur la deuxième couche de substrat. Capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le substrat (2) comprend plusieurs orifices (7) traversant la première zone interne (10) de l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) et la deuxième zone interne (11) du dispositif de réception (5), l’unité de traitement du signal (6) étant reliée à des éléments de connexion prévus sur un connecteur positionné à l’extérieur de l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) par des liaisons électriques (9) traversant chacune l’un des orifices (7). Capteur de position inductif (1a, 1b, 1c) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le substrat (2) comprend plusieurs orifices (7) positionnés à l’extérieur de la première zone interne (10) de l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) et de la deuxième zone interne (11) du dispositif de réception (5), l’unité de traitement du signal (6) étant reliée à des éléments de connexion prévus sur un connecteur positionné à l’extérieur de l’élément d’émission (3a, 3b, 3c) par des liaisons électriques (9) traversant chacune l’un des orifices (7). 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 (1a, 1b, 1c) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, et une cible positionnée sur le rotor, en regard du capteur de position inductif (1a, 1b, 1c).