Brevet FR3157534A1 — publié le 20250627

La présente invention concerne un capteur de position inductif (1) pour machine électrique tournante comportant une carte (10) de circuit imprimé, avec deux substrats (13, 14), sur laquelle sont disposés au moins un élément d’émission (11) destiné à émettre un champ magnétique oscillant vers un élément de couplage (20) en rotation pour générer un champ magnétique modifié, et au moins un dispositif de réception (12) destiné à détecter le champ magnétique modifié, les liaisons entre le au moins un élément d’émission et le au moins un élément de réception à au moins un élément de traitement du signal sont réalisées avec des éléments conducteurs (101, 102) situés sur une zone (30) différente de celle (40) ou sont situés les éléments d'émission (11) et de réception (12), le capteur comportant un plan (17) de masse positionné sur la zone (30) des éléments conducteur de façon à s’étendre jusqu'à la zone (40) des éléments d'émission (11) et de réception (12). Fig. 2. Capteur de position inductif amélioré La présente invention concerne le domaine des capteurs de position, et plus particulièrement un capteur de position inductif. Les capteurs de position inductifs, dits à courants de Foucault, utilisent un champ magnétique oscillant pour déterminer la position angulaire d’une 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 ou au travers d’un arbre du rotor pour modifier un champ magnétique oscillant 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 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 autour ou en regard de l’extrémité du rotor. Le capteur de position comprend une carte de circuit imprimé dit PCB (« Printed Circuit Board » selon la terminologie anglaise) 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. Le circuit imprimé comprend au moins 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. Habituellement, l’élément de couplage a un diamètre extérieur sensiblement identique au diamètre extérieur des antennes d’émission. Cependant, dans certains cas, le capteur est amené à être positionné face à des éléments de couplage différents, avec par exemple un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur des antennes d’émission/réception. Un inconvénient de cette situation provient du fait que lorsque l'élément de couplage est plus grand que les éléments d’émission et de réception, il y a des perturbations importantes lors de la mesure de l’angle ce qui dégrade les performances. Pour les capteurs comportant uniquement deux couches de substrat formant la carte électronique, de par leur configuration, le plan de masse ne peut pas être suffisamment étendu pour permettre de corriger les problèmes de perturbations. En effet, le plan de masse ne peut pas se superposer à certaines liaisons électriques, par exemple les éléments conducteurs reliant les éléments d'émission et / ou réception à l’unité de traitement de signal. Ainsi, dans les cas où l'élément de couplage a un diamètre extérieur plus grand que celui des antennes, les éléments conducteurs se comportent comme un élément perturbateur de la mesure de l’angle. La présente invention a donc pour objet de pallier un des inconvénients de ceux de l’art antérieur en proposant un capteur de position dont la configuration est améliorée pour limiter les perturbations et améliorer la performance. Pour cela la présente invention propose un capteur de position inductif pour machine électrique tournante comportant une carte de circuit imprimé, avec deux substrats, sur laquelle sont disposés au moins un élément d’émission destiné à émettre un champ magnétique oscillant vers un élément de couplage en rotation pour générer un champ magnétique modifié, et au moins un dispositif de réception destiné à détecter le champ magnétique modifié, les liaisons entre le au moins un élément d’émission et le au moins un élément de réception à au moins un élément de traitement du signal sont réalisées avec des éléments conducteurs situés sur une zone différente de celle où sont situés les éléments d'émission et de réception, le capteur comportant un plan de masse positionné sur la zone des éléments conducteur de façon à s’étendre jusqu'à la zone des éléments d'émission et de réception. Ainsi, avec le capteur selon l'invention, lorsque l’élément de couplage superpose la zone des éléments conducteurs, les éléments conducteurs étant englobés dans le plan de masse, sans être recouverts, ils ne se comportent plus comme des éléments perturbateurs. Selon un mode de réalisation de l’invention, le plan de masse est segmenté en plusieurs portions disposées de façon à entourer les éléments conducteurs sans les recouvrir. Selon un mode de réalisation de l’invention, le plan de masse est disposé sur deux couches de substrat. Selon un mode de réalisation de l’invention, différentes portions du plan de masse sont disposées sur la première et la deuxième couche de substrat et sont reliées entre elles avec des vias métalliques traversant la carte de circuit imprimé dans son épaisseur pour rejoindre un autre substrat inférieur. Selon un mode de réalisation de l’invention, une portion d'éléments conducteurs situés sur deux couches de substrat différentes de la carte électronique sont superposés l’un par rapport à l’autre. Selon un mode de réalisation de l’invention, une portion d'éléments conducteurs situés sur deux couches de substrat différentes de la carte électronique sont disposés de façon à ne pas se superposer l'un par rapport à l’autre. L’invention concerne également une machine électrique comportant un capteur selon l’invention. Selon un mode de réalisation de l’invention, la machine électrique tournante est un moteur électrique de véhicule électrique ou hybride comprenant un rotor tournant par rapport à un stator. L’invention concerne également l’utilisation du capteur selon l’invention pour mesurer la position angulaire d’un rotor par rapport à un stator d'une machine électrique. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles: - la FIG. 1 est une représentation schématique d’un capteur avec deux éléments de couplage différents, a) diamètre identique b) diamètre supérieur, au diamètre extérieur des antennes d’émission, - la FIG. 2 est une vue de la superposition des 2 couches de substrat du capteur selon un premier mode de réalisation de l’invention, - la FIG. 3 est une vue des portions d’une couche de substrat du capteur selon un deuxième mode de réalisation l'invention, - la FIG. 4 est une vue des portions d’une autre couche de substrat du capteur selon un deuxième mode de réalisation l'invention, - la FIG. 5 est une vue de la superposition des 2 couches de substrat du capteur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. L’invention concerne un capteur de position inductif 1, tel qu’illustré sur les FIG. 1 à FIG. 5 . Le capteur de position inductif 1, associé à un élément de couplage 20 visible FIG. 1 , est destiné à être monté 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. Le capteur comporte une carte électronique 10 sur laquelle sont disposés au moins une antenne d’émission 11, au moins un élément de réception 12 et au moins une unité de traitement du signal 13. Selon un mode de réalisation de l‘invention, au moins une antenne de réception est disposée à l’intérieur d’au moins une antenne d’émission. Lors du fonctionnement du capteur, au moins une antenne d’émission 11 émet un champ magnétique oscillant à une fréquence donnée. Un élément de couplage 20 est positionné de façon à venir modifier ce champ magnétique. Selon un mode de réalisation de l‘invention, l’élément de couplage est monté sur une extrémité d’un arbre du rotor pour modifier le champ magnétique émis par l’antenne d'émission 11. Le champ magnétique modifié génère une force électromotrice dans l’élément de réception 12. Cette force électromotrice est traitée par l’unité de traitement de signal 13 de façon à fournir des signaux de sortie permettant la mesure de la position de l’élément de couplage 20. Selon un mode de réalisation de l‘invention, l’élément de couplage 20 est un élément tournant, par exemple avec le rotor du moteur électrique. Selon un mode de réalisation de l‘invention, l’élément de couplage a un diamètre extérieur identique ou supérieur au diamètre extérieur des antennes d’émission. Selon un mode de réalisation de l‘invention, la carte électronique 10 comporte des ouvertures 15 permettant la connexion à des fils ou à des éléments métalliques de connexion. Selon un mode de réalisation de l‘invention, le nombre d’enroulement d’au moins un élément de réception 12 est proportionnel au nombre de secteurs angulaires de l’élément de coulage 20. Selon un mode de réalisation de l‘invention, la carte électronique 10 est constituée de deux couches de substrat. Selon un mode de réalisation de l‘invention, les liaisons entre les éléments d’émission et de réception et à au moins un élément de traitement du signal sont réalisées avec des éléments conducteurs 101, 102. Selon un mode de réalisation de l‘invention, les éléments conducteur 101, 102 sont situés sur une zone 30 différente de celle 40 ou sont situés les éléments d'émission 11 et de réception 12. Selon un mode de réalisation de l‘invention, les éléments conducteurs 101, 102 sont composés d’une portion où les éléments conducteurs 101, 102 sont sur la même couche de substrat, et d’une portion 111, 112 où ils sont situés sur deux couches de substrat différentes de la carte électronique 10, superposés l’un sur l’autre. Dans le cadre de l'invention, le capteur 1 comporte un plan 17 de masse positionné sur la zone 30 des éléments conducteurs de façon à s’étendre jusqu'à la zone 40 des éléments d'émission 11 et de réception 12. Pour cela, selon une première variante de l’invention, le plan 17 de masse est segmenté 171, 172, 173 c'est-à-dire qu’il est formé de plusieurs portions 171, 172, 173 disposées de façon à entourer les éléments 101, 102 conducteurs sans jamais les recouvrir. Dans le cadre de l'invention, le plan 17 de masse est disposé sur deux couches 13, 14 de substrat. Les différentes portions 171, 172, 173 du plan de masse sont disposées sur la première 13 et la deuxième 14 couche de substrat et sont reliées entre elles avec des vias 174 métalliques traversant le substrat 13 supérieur dans son épaisseur pour rejoindre le substrat 14 inférieur. Le substrat 13 supérieur et le substrat 14 inférieur étant définis par rapport au fait que les deux substrats sont superposés. Il y a donc un substrat supérieur et un substrat inférieur, quel que soit le sens d'orientation du capteur 1. Selon un mode de réalisation de l‘invention de cette variante illustrée FIG. 2 , la portion 111, 112 comporte des éléments 101, 102 conducteurs situés sur deux couches 13, 14 de substrat différentes de la carte électronique sont superposés l’un par rapport à l’autre. Ainsi, sur chaque substrat, se trouve au moins une portion de plan 17 de masse contournant les éléments 101, 102 conducteurs. De cette façon, lorsque l’on superpose les substrats, grâce à l'ensemble des portions reliées par les vias 174 FIG. 5 , une grande partie de la zone 30 où sont situés les éléments 101, 102 conducteurs est recouverte par le plan 17 de masse. Selon une variante de l’invention, le plan 17 de masse est segmenté comme dans la première variante et les éléments conducteurs situés sur deux couches 13, 14 de substrat différentes de la carte électronique de la portion 111, 112 sont disposés de façon à ne pas se superposer. Les éléments conducteurs de la portion 111, 112 sont ainsi décalés de façon à ce qu’ils soient situés sur les au moins deux couches 13, 14 de substrat mais sans être superposés l’un par rapport à l’autre comme illustré sur la FIG. 5 . Le décalage des éléments conducteurs sur chacun des substrats permet d’étendre le plan de masse 17 sur les deux couches 13, 14 de substrat. Le plan de masse 17 est ainsi constitué de plusieurs portions 171, 172, 173 situées sur chacune des deux couches 13, 14 de substrat de la carte électronique 10. Les portions 171, 172, 173 du plan 17 de masse sont reliées entre elles par plusieurs vias 174 métalliques traversant la carte électronique 10 dans son épaisseur. C'est-à-dire qu’il y a au moins une portion sur une couche de substrat et une portion sur une autre couche de substrat. Ainsi, avec le capteur 1 selon l'invention, lorsque l’élément de couplage superpose la zone des éléments conducteurs, les éléments conducteurs 101, 102 étant englobés dans le plan de masse, sans être recouverts, ils ne se comportent plus comme des éléments perturbateurs. L’invention concerne également une machine électrique comportant un capteur 1 tel que décrit précédemment. La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications. Capteur de position inductif (1) pour machine électrique tournante comportant une carte (10) de circuit imprimé, avec deux substrats (13, 14), sur laquelle sont disposés au moins un élément d’émission (11) destiné à émettre un champ magnétique oscillant vers un élément de couplage (20) en rotation pour générer un champ magnétique modifié, et au moins un dispositif de réception (12) destiné à détecter le champ magnétique modifié, les liaisons entre le au moins un élément d’émission et le au moins un élément de réception à au moins un élément de traitement du signal sont réalisées avec des éléments conducteurs (101, 102) situés sur une zone (30) différente de celle (40) ou sont situés les éléments d'émission (11) et de réception (12), caractérisé en ce qu’il comporte un plan (17) de masse positionné sur la zone (30) des éléments conducteur de façon à s’étendre jusqu'à la zone (40) des éléments d'émission (11) et de réception (12). Capteur de position inductif (1) selon la revendication 1, dans lequel le plan (17) de masse est segmenté (171, 172, 173) en plusieurs portions (171, 172, 173) de plan de masse disposées de façon à entourer les éléments (101, 102) conducteurs sans les recouvrir. Capteur de position inductif (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le plan (17) de masse est disposé sur deux couches (13, 14) de substrat. Capteur de position inductif (1) selon une des revendications 2 à 3 lorsqu’elle dépend de la 2, dans lequel différentes portions (171, 172, 173) du plan de masse sont disposées sur la première (13) et la deuxième (14) couche de substrat et sont reliées entre elles avec des vias (174) métalliques traversant la carte de circuit imprimé (10) (13) dans son épaisseur pour rejoindre un autre substrat (14) inférieur. Capteur de position inductif (1) selon une des revendications 1 à 4, dans lequel les éléments (101, 102) conducteurs, d’une portion (111, 112) d’éléments conducteurs, situés sur deux couches (13, 14) de substrat différentes de la carte électronique sont superposés l’un par rapport à l’autre. Capteur de position inductif (1) selon une des revendications 1 à 4, dans lequel les éléments (101, 102) conducteurs, d’une portion (111, 112) d’éléments conducteurs, situés sur deux couches (13, 14) de substrat différentes de la carte électronique sont disposés de façon à ne pas se superposer l'un par rapport à l’autre. Machine électrique comportant un capteur (1) selon une des revendications 1 à 6. Machine électrique comportant un capteur (1) selon une des revendications 1 à 6, dans laquelle la machine électrique tournante est un moteur électrique de véhicule électrique ou hybride comprenant un rotor tournant par rapport à un stator. Utilisation du capteur selon une des revendications 1 à 6 pour mesurer la position angulaire d’un rotor par rapport à un stator d'une machine électrique.