FR3080679A1 - Dispositif de detection de la position angulaire d'un rotor d'une machine electrique tournante - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (500) de détection de la position angulaire d'un rotor (4) d'une machine électrique tournante (600) destinée à mettre en mouvement un véhicule automobile, le rotor (4) étant monté mobile en rotation dans un stator (5) de la machine électrique tournante (600). Le dispositif (500) de détection de position angulaire du rotor (4) comprend au moins : - au moins un capteur de position (2a, 2b, 2c), configuré pour être solidaire du stator (5) de la machine électrique tournante (600), - une cible magnétique (1) comportant des pôles magnétiques Nord et Sud, la cible magnétique (1) comprenant une première face (10, 10a) et une deuxième face (11, 11a), la cible magnétique (1) étant mobile en rotation autour d'un axe de révolution (100), configurée pour être centrée sur un axe de rotation (400) du rotor (4), caractérisé en ce qu'une dimension (15) mesurée entre la première face (10, 10a) et la deuxième face (11, 11a) est variable.
Description
DISPOSITIF DE DÉTECTION DE LA POSITION ANGULAIRE D'UN ROTOR D'UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE
Le domaine de la présente invention est celui des machines électriques tournantes utilisées dans les véhicules automobiles. L'invention se rapporte plus particulièrement aux machines électriques tournantes utilisées notamment pour mettre en mouvement un véhicule automobile.
Une telle machine électrique tournante comprend au moins un stator et un rotor placé au sein de ce stator et mobile en rotation par rapport à celui-ci. Dans un contexte d'utilisation d'une telle machine électrique tournante comme moteur électrique, il est important de connaître avec précision la position angulaire du rotor relativement au stator, en particulier pour injecter du courant électrique au bon moment dans le stator.
Pour ce faire, il et connu d'équiper la machine électrique tournante d'au moins un capteur de position du rotor et d'une cible magnétique, le capteur de position étant solidaire du stator et la cible magnétique étant liée au rotor.
L'évolution des véhicules automobiles conduit à la réalisation de machines électriques tournantes dont les rotors présentent des diamètres de plus en plus importants. Cette augmentation du diamètre des rotors s'accompagne d'une augmentation des contraintes mécaniques qui s'appliquent à la réalisation et à la mise en place au sein d'une telle machine électrique tournante d'un capteur de position du rotor et de la cible magnétique associée. Par ailleurs, l'augmentation du diamètre des rotors s'accompagne de modifications significatives du signal électromagnétique détecté par le capteur de position, modifications qu'il convient de limiter quand c'est possible et/ou de prendre en compte pour une détection de qualité de la position angulaire du rotor. Ces modifications à prendre en compte sont relatives d’une part, à l’amplitude de tension du signal qui est issu du capteur et d’autre part, au niveau maximal acceptable d’harmoniques pour ce signal.
L'invention a pour but de proposer un ensemble de détection de la position angulaire d'un rotor de grand diamètre qui soit de fabrication simple et peu coûteuse, qui soit d'installation facile dans une machine électrique tournante destinée à mettre en mouvement un véhicule automobile, et qui permette la génération d’un signal de qualité illustrant la position angulaire recherchée.
Dans ce but, l'invention a pour objet un dispositif de détection de la position angulaire d'un rotor monté mobile en rotation dans un stator d'une machine électrique tournante destinée à mettre en mouvement un véhicule automobile, le dispositif de détection de position angulaire du rotor comprenant au moins :
- au moins un capteur de position, configuré pour être solidaire du stator de la machine électrique tournante,
- une cible magnétique comportant des pôles magnétiques Nord et Sud, la cible magnétique comprenant une première face et une deuxième face, la cible magnétique étant mobile en rotation autour d'un axe de révolution, configurée pour être centrée sur un axe de rotation du rotor, caractérisé en ce qu’une dimension mesurée entre la première face et la deuxième face est variable.
Dans le dispositif selon l'invention, le capteur de position est, par exemple, un capteur du type à effet Hall. Avantageusement, l'ensemble de détection de position selon l'invention comprend plusieurs capteurs de position, notamment de ce type.
La cible magnétique du dispositif de détection selon l'invention présente une forme générale sensiblement cylindrique. Plus précisément, la cible magnétique du dispositif de détection selon l'invention présente avantageusement, dans un plan perpendiculaire à son axe de révolution, une forme sensiblement annulaire.
Il faut comprendre ici par sensiblement que les dimensions et orientations évoquées dans le présent document prennent en compte les tolérances de fabrication, de montage et d'usure.
Pour permettre la détection de position angulaire recherchée, la cible magnétique présente, au sein d'une machine électrique tournante équipée d'un dispositif de détection selon l'invention, une configuration magnétique représentative de la configuration magnétique du rotor auquel elle est liée.
Avantageusement, la cible magnétique du dispositif selon l'invention présente donc une succession de pôles magnétiques Nord et Sud agencés en alternance autour de son axe de révolution.
Avantageusement, la cible magnétique du dispositif de détection selon l'invention est reçue dans un porte-cible qui présente un axe de révolution sensiblement confondu avec l'axe de révolution, précédemment défini, de la cible magnétique, le porte-cible étant mobile en rotation autour de son axe de révolution. Au sein d'une machine électrique tournante équipée d'un dispositif de détection selon l'invention, cet axe est sensiblement confondu avec l'axe de rotation du rotor de la machine électrique tournante. Plus précisément, au sein d'une telle machine électrique tournante, le porte-cible est avantageusement lié au rotor précité, directement ou par l'intermédiaire d'une ou plusieurs pièces, de telle manière qu'il est, avec la cible magnétique qu'il porte, entraîné en rotation par la rotation du rotor, autour de l'axe de rotation de ce dernier. En d'autres termes, au sein d'une machine électrique tournante équipée d'un dispositif de détection selon l'invention, la cible magnétique est liée en rotation avec le rotor de la machine électrique tournante et coaxiale avec ce dernier.
Le ou les capteurs de position sont placés de telle manière que lorsque la cible magnétique est entraînée en rotation autour de son axe de révolution, toutes les régions angulaires de cette cible magnétique, mesurées autour de l'axe de révolution de cette dernière, défilent successivement devant ce ou ces capteurs. En d'autres termes, le ou les capteurs de position sont, dans le dispositif de détection selon l'invention, dans une position relative fixe par rapport à la cible magnétique entraînée en rotation autour de son axe de révolution. Dans une machine électrique tournante équipée d'un ensemble de détection selon l'invention, le ou les capteurs de position sont avantageusement liés au stator de la machine électrique tournante, directement ou par l'intermédiaire d'une ou plusieurs pièces, de telle manière que lorsque le rotor de cette machine électrique tournante est entraîné en rotation autour de son axe de révolution, une surface annulaire de la cible magnétique défile devant ce ou ces capteurs.
Il est à noter que l'invention s'applique à tous types de configurations relatives de la cible magnétique et du ou des capteurs de position au sein du dispositif de détection selon l'invention, dans la mesure où le ou les capteurs de position sont en position relative fixe par rapport à la cible magnétique lorsque celle-ci est entraînée en rotation autour de son axe de révolution.
Ainsi, selon une première configuration, désignée dans ce qui suit comme configuration radiale interne, le porte-cible présente, en section selon un plan contenant son axe de révolution, la forme générale d'un U, l'axe de révolution du porte-cible étant situé en position sensiblement centrale de la portion horizontale de ce U. Selon cette configuration radiale interne, la cible magnétique se présente sous la forme d'une portion de cylindre coaxiale avec l'axe de révolution du portecible et placée à l'intérieur des branches verticales du U précédemment cité. Dans cette configuration relative, le ou les capteurs de position sont placés entre la cible magnétique et l'axe de révolution commun à cette dernière et au porte-cible. Autrement dit, dans cette configuration radiale interne, le ou les capteurs de position sont radialement agencés à l'intérieur du volume sensiblement cylindrique défini par la cible magnétique.
Selon une deuxième configuration, désignée dans ce qui suit comme configuration radiale externe, le porte-cible présente, en section selon un plan contenant son axe de révolution, la même forme générale que dans la configuration radiale interne, c'est-à-dire la forme générale d'un U, et la cible magnétique se présente sous la forme d'une portion de cylindre coaxiale avec l'axe de révolution du porte-cible. Toutefois, dans la configuration radiale externe, la cible magnétique est placée à l'extérieur des branches verticales du U précédemment décrit. Dans cette configuration relative, la cible magnétique est placée, radialement par rapport à son axe de révolution, entre les branches verticales du U formé par le porte-cible et les capteurs de détection de position angulaire. En d'autres termes, dans la configuration radiale externe, le ou les capteurs de position sont radialement agencés à l'extérieur du volume sensiblement cylindrique défini par la cible magnétique elle-même placée à l'extérieur du logement de réception du porte-cible.
Il est à noter que, dans la configuration radiale interne ou dans la configuration radiale externe, le ou les capteurs de position sont placés au regard d'une paroi axiale de la cible magnétique, c'est-à-dire au regard d'une paroi s'étendant parallèlement à l'axe de révolution de la cible magnétique.
Selon une troisième configuration, désignée dans ce qui suit comme configuration axiale, le porte-cible présente, en section selon un plan contenant son axe de révolution, la même forme générale que dans la configuration radiale interne et dans la configuration radiale externe, c'est-à-dire la forme générale d'un U, l'axe de révolution du porte-cible étant placé sensiblement en position centrale de la branche horizontale de ce U. Toutefois, dans la configuration axiale, la cible magnétique, de forme annulaire, est placée contre la branche horizontale du U précité, à l'intérieur du logement de réception, précédemment défini, délimité par ce U. Dans cette configuration axiale, le ou les capteurs de position sont placés au regard d'une surface annulaire de la cible magnétique, c'est-à-dire au regard d'une surface de cette cible qui est perpendiculaire à son axe de révolution.
Selon différents modes de fabrication, la cible magnétique peut être réalisée par injection, dans un moule, d'une résine polymère ou d'un matériau élastomère chargés de particules magnétiques comme par exemple, des particules de ferrite ou des particules de terres rares. A titre d'exemples non limitatifs, le matériau polymère utilisé pour fabriquer la cible magnétique peut être une résine à base de polyamide ou de polyphényle. D'une manière plus générale, les matériaux utilisés pour fabriquer la cible magnétique sont avantageusement choisis pour répondre aux contraintes de rigidité et de résistance à haute température imposées par l'environnement et par le fonctionnement de la machine électrique tournante. Selon différents modes de réalisation, la cible magnétique peut être moulée par injection ou rapportée par collage sur une surface du porte-cible.
Selon l'invention, la cible magnétique comprend une première face et une deuxième face qui déterminent entre elles une dimension variable.
La dimension précitée est ici mesurée
- dans un plan perpendiculaire à l'axe de révolution de la cible magnétique, selon une direction radiale, dans le cas des configurations radiales, ou
- selon une direction parallèle à l’axe de révolution de la cible magnétique dans le cas de la configuration axiale. Autrement dit, cette dimension peut être mesurée perpendiculairement à un plan dans lequel s’inscrit la face de la cible qui est dépourvue des ondulations générant la variation de la dimension entre la première face et la deuxième face.
Cette dimension variable peut être qualifiée d’épaisseur de la cible magnétique. L’épaisseur de la cible magnétique varie, en évoluant circulairement autour de l’axe de révolution de la cible magnétique.
En fonction de la position du capteur, la première face ou la deuxième face peuvent être ondulées et cette face ondulée est celle qui est tournée vers le ou les capteurs.
Selon un exemple de réalisation, en référence à l'axe de révolution de la cible magnétique, la première face est une face intérieure de la cible magnétique, tandis que la deuxième face est une face extérieure de la cible magnétique. La face intérieure est, radialement par rapport à l'axe de révolution précédemment défini, la paroi de la cible magnétique la plus proche de cet axe de révolution, et la face extérieure est, radialement par rapport à l'axe de révolution précédemment défini, la paroi de la cible magnétique la plus éloignée de cet axe de révolution.
La dimension précédemment citée est, en référence à ces définitions, une dimension radiale, mesurée radialement par rapport à l'axe de révolution de la cible magnétique, entre la face intérieure et la face extérieure précitées. En d'autres termes, la dimension radiale correspond ici à une épaisseur, mesurée radialement, de la forme annulaire que présente la cible magnétique en section selon un plan perpendiculaire à son axe de révolution.
Il faut alors comprendre de ce qui précède que selon l'invention, la distance mesurée entre la première face et la deuxième face de la cible magnétique, n'est pas constante sur l'ensemble des positions angulaires d'un secteur angulaire de 360 degrés, mesuré autour de l'axe de révolution de la cible magnétique et dans un plan perpendiculaire à ce dernier. Autrement dit, la distance entre la première face et la deuxième face de l'anneau formé par la cible magnétique varie le long du pourtour de la cible magnétique.
Comme il a été évoqué précédemment, pour effectuer la détection recherchée, la cible magnétique est entraînée en rotation autour de son axe de révolution. Dans ce mouvement de rotation, le signal détecté par le ou les capteurs de position varie en fonction de la configuration magnétique de la région de la cible magnétique, entraînée en rotation autour de son axe de révolution, qui passe au regard de ce ou ces capteurs de position. De tels capteurs de position étant, comme il a été indiqué précédemment, fixes par rapport à la cible magnétique mobile en rotation, il résulte de ce qui précède que, lors de la rotation de la cible magnétique, la distance entre cette dernière et le ou les capteurs de position varie. Selon l'invention, cette variation de distance est paramétrée pour optimiser le signal détecté par le ou les capteurs de position afin de réaliser, dans une machine électrique tournante comprenant un dispositif de détection selon l'invention, une détection de qualité de la position angulaire d'un rotor de grand diamètre. Un dispositif de détection selon l’invention garantit ainsi une facilité de fabrication et de montage sur la machine tournante. Il garantit également le respect des valeurs d’amplitude de tension, évitant ainsi tout phénomène d’écrêtage du signal.
Avantageusement, l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- la variation de la dimension de la cible magnétique mesurée entre la première face et la deuxième face de la cible magnétique est régulière. On comprend ici que cette variation est continue sur le pourtour de cette dernière, pour les configurations radiales, ou sur une surface annulaire de la cible magnétique, pour la configuration axiale. C'est-à-dire que la première face et la deuxième face, précédemment définies, de la cible magnétique, ne présentent pas de discontinuité sur leurs pourtours ou surfaces respectifs. Selon un mode de réalisation avantageux, mais non exclusif, l'invention prévoit que la distance, mesurée radialement entre l'axe de révolution de la cible magnétique et la face extérieure de cette dernière, est constante sur l'ensemble du périmètre de cette face extérieure. La face extérieure présente donc, en section selon un plan perpendiculaire à l'axe de révolution de la cible magnétique, une forme sensiblement circulaire. Selon ce mode de réalisation, la face intérieure de la cible magnétique présente alors, en section selon un plan perpendiculaire à l'axe de révolution de la cible magnétique, une forme non circulaire, c'est-à-dire que la distance, mesurée radialement, entre cette face intérieure et l'axe de révolution de la cible magnétique n'est pas constante : par exemple, cette paroi présente avantageusement une forme ondulée autour de l'axe de révolution précédemment défini.
- la variation de la dimension de la cible magnétique mesurée entre la première face et la deuxième face change de sens aux pôles magnétiques de celleci. Plus précisément, à chaque position angulaire correspondant à une région d'extrémum magnétique de la cible magnétique, c'est-à-dire à une région dans laquelle le champ magnétique Nord ou Sud de la cible est maximal, la variation de la dimension de cette cible magnétique mesurée entre la première face et la deuxième face change de sens. En d'autres termes, cette dimension atteint un extrémum pour chaque position angulaire de la cible magnétique dans laquelle le champ magnétique de cette dernière, Nord ou Sud, atteint également un extrémum. Comme il a été précédemment évoqué, les positions angulaires précitées sont mesurées autour de l'axe de révolution de la cible magnétique, dans un plan perpendiculaire à celui-ci, les régions angulaires désignant, par extension, les secteurs de la cible magnétique correspondant aux positions angulaires précitées.
- la dimension de la cible magnétique mesurée entre la première face et la deuxième face est maximale dans les régions de pôle magnétique Nord de celle-ci. En d'autres termes, et en référence à ce qui précède, la dimension de la cible magnétique mesurée entre la première face et la deuxième face est maximale pour les régions angulaires de celle-ci dans lesquelles le champ magnétique Nord est maximal.
- la dimension de la cible magnétique mesurée entre la première face et la deuxième face est minimale dans les régions de pôle magnétique Sud de celle-ci. En d'autres termes, et en référence à ce qui précède, la dimension de la cible magnétique mesurée entre la première face et la deuxième face est minimale pour les régions angulaires de celle-ci dans lesquelles le champ magnétique Sud est maximal.
- la dimension de la cible magnétique mesurée entre la première face et la deuxième face varie selon une loi sensiblement sinusoïdale. Plus précisément, en référence à une dimension moyenne autour de laquelle la dimension de la cible magnétique mesurée entre la première face et la deuxième face varie, les variations de cette dimension de la cible magnétique obéissent à une loi sensiblement sinusoïdale. Ceci permet, notamment, d'agir sur les harmoniques du signal détecté par le ou les capteurs de position et d'améliorer la précision de la détection. Une telle loi de variation limite, en outre, le phénomène de saturation du signal conduisant à un écrêtage de ce dernier, et améliore donc encore la précision de la détection de position angulaire réalisée.
- la distance moyenne entre la cible magnétique et le ou les capteurs de position est comprise entre 1 et 5 millimètres. Préférentiellement, mais de manière non exclusive, cette distance moyenne est de l'ordre d'environ 3 millimètres. La distance moyenne est ici mesurée perpendiculairement à la surface de la cible magnétique en regard du ou des capteurs de position considérés. Plus précisément, dans la configuration relative radiale interne ou externe, précédemment décrites, de la cible magnétique et du ou des capteurs de position, la distance moyenne précitée est la distance, mesurée radialement par rapport à l'axe de révolution de la cible magnétique, dans un plan perpendiculaire à cet axe de révolution, entre le ou les capteurs de position et une ligne représentant la dimension radiale moyenne, précédemment définie, de la cible magnétique. Plus précisément encore, cette distance moyenne est mesurée par rapport à un centre, ou cristal, du capteur considéré. Pour la configuration axiale, précédemment décrite, du ou des capteurs de position relativement à la cible magnétique, la mesure de la distance moyenne est effectuée selon une direction parallèle à la direction de l'axe de révolution de la cible magnétique, entre un cristal, ou centre, du capteur considéré, et la surface de la cible magnétique située au regard de ce capteur.
- le dispositif de détection selon l'invention comporte plusieurs capteurs de position. Préférentiellement, mais de manière non exclusive, le dispositif de détection selon l'invention comporte trois capteurs de position, disposés à environ ίο à 30 degrés les uns des autres. La disposition angulaire des capteurs de position est ici mesurée autour de l'axe de révolution de la cible magnétique, dans un plan perpendiculaire à celui-ci.
Par la mise en œuvre des caractéristiques précitées, prises séparément ou en combinaison, l'invention atteint bien les buts qu'elle s'était fixés, à savoir, d'une part, la réalisation d'un dispositif permettant une détection précise et fiable de la position angulaire d'un rotor de grand diamètre, d'autre part, la réalisation d'un tel dispositif de détection de fabrication simple, reproductible et peu coûteuse et, enfin, la réalisation d'un tel dispositif de détection qui soit d'intégration facile à un véhicule automobile.
L'invention s'étend également à une machine électrique tournante destinée à, au moins, mettre en mouvement un véhicule automobile, comprenant au moins :
- un rotor agencé mobile en rotation au sein d'un stator,
- au moins un dispositif de détection de la position angulaire du rotor tel que décrit précédemment.
Avantageusement, la machine électrique tournante selon l'invention peut à la fois fonctionner comme générateur électrique et comme moteur capable de mettre en mouvement le véhicule automobile.
Avantageusement, la machine électrique tournante selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- au moins un capteur de position, et avantageusement tous les capteurs de position, est solidaire du stator de la machine électrique tournante,
- la cible magnétique mobile en rotation autour d'un axe de révolution est solidaire du rotor, en étant centrée sur l’axe de rotation du rotor,
- la cible magnétique du dispositif de détection de position angulaire du rotor comporte au maximum autant d'alternances de pôles magnétiques Nord, Sud, que ce qu'en comporte le rotor de la machine électrique tournante selon l'invention.
- un diamètre extérieur du rotor est supérieur à 270 millimètres.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif, en relation avec les dessins suivants, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un exemple de réalisation d'un dispositif de détection selon l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique de dessus d'un dispositif de détection tel que celui représenté par la figure 1, dans l'environnement d'une machine électrique tournante,
- la figure 3 est une vue rapprochée de la vue de dessus illustrée par la figure 2,
- et la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une machine électrique tournante comportant un dispositif de détection selon l'invention.
Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, lesdites figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Il est également à noter que les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères sur l'ensemble des figures.
En référence aux différentes figures, un dispositif de détection 500 comprend une cible magnétique 1 et au moins un capteur de position 2a, 2b, 2c.
Selon l'exemple de réalisation, non exclusif, plus particulièrement illustré par les figures, un tel dispositif de détection 500 comprend trois capteurs de position, respectivement 2a, 2b, 2c.
En référence à la figure 1, la cible magnétique 1 présente la forme générale d'une portion de cylindre droit, d'axe de révolution 100. Plus précisément, la cible magnétique 1 comporte une première face 10, dans le cas d’espèce une face intérieure 10a, située la plus proche de l'axe de révolution 100, et une deuxième face 11, ici une face extérieure 11a, la plus éloignée de l'axe de révolution 100. La face intérieure 10a et la face extérieure 11a sont chacune radialement centrée sur l'axe de révolution 100 de la cible magnétique i. En d'autres termes, en section selon un plan perpendiculaire à son axe de révolution 100, la cible magnétique i présente une forme sensiblement annulaire centrée sur l'axe de révolution 100. Ceci est plus particulièrement visible par la figure 2. D'un point de vue électromagnétique, la cible magnétique i présente, autour de son axe de révolution loo précédemment défini, une succession d'alternances de pôles magnétiques Nord et Sud.
La cible magnétique i est, par exemple, réalisée par injection, dans un moule, d'une résine polymère, par exemple une résine à base de polyamide ou de polyphényle, ou d'un matériau élastomère chargés de particules magnétiques, par exemple des particules de ferrite ou des particules de terres rares. Plus généralement, les matériaux utilisés pour fabriquer la cible magnétique sont avantageusement choisis pour répondre aux contraintes de rigidité et de résistance à haute température imposées par l'environnement et par le fonctionnement d'une machine électrique tournante équipée du dispositif de détection 500 selon l'invention.
Selon l'invention, la dimension 15 de la cible magnétique 1, mesurée entre la première face 10 et la deuxième face 11, précédemment définies, de la cible magnétique 1, n'est pas constante sur le pourtour de la cible magnétique 1. L’épaisseur de la cible magnétique 1 varie, en évoluant circulairement autour de l’axe de révolution 100 de la cible magnétique 1. Selon l’exemple illustré à la figure 3, cette dimension 15 se mesure radialement par rapport à l’axe de révolution 100.
Selon l'exemple de réalisation illustré par les figures 1 à 3, une distance 12, mesurée radialement entre l'axe de révolution 100 de la cible magnétique 1 et la face extérieure 11a de celle-ci, est constante, c'est-à-dire que la face extérieure 11a précédemment définie présente, en section selon un plan perpendiculaire à l'axe de révolution 100 précité, une forme sensiblement circulaire, aux tolérances de fabrication près, cette forme circulaire étant centrée sur l'axe de révolution 100. Selon cet exemple de réalisation, une distance 13, mesurée radialement entre l'axe de révolution 100 de la cible magnétique 1 et la face intérieure 10a précédemment définie, n'est pas constante. Plus précisément, en section selon un plan perpendiculaire à l'axe de révolution 100 précité, la face intérieure 10a présente une forme ondulée autour de l'axe de révolution 100. Cette forme n'est, bien sûr, pas exclusive, et toute autre forme générant une variation de l’épaisseur de la cible peut être considérée dans le cadre de l'invention.
Comme le montrent les figures i à 3, la dimension radiale 15, précédemment définie, présente une succession continue d'alternances de maxima 15a et de minima 15b, la face intérieure 10a de la cible magnétique 1 ne présentant pas de discontinuité.
Selon l'invention et tels que visibles sur la figure 3, les maxima 15a et les minima 15b se situent dans des régions de la cible magnétique 1 dans lesquelles le champ magnétique présente un extrémum. Plus précisément, les maxima 15a et les minima 15b de la dimension radiale 15 se situent dans des positions angulaires, respectivement 150a et 150b, dans lesquelles le champ magnétique de la cible magnétique 1 est maximal. En d'autres termes, quelle que soit la nature de l'extrémum atteint par la dimension radiale 15 à une position angulaire de polarisation maximale Nord ou Sud, la variation de la dimension radiale 15 de la cible magnétique 1 change de sens à chaque changement de pôle magnétique autour de l'axe de révolution 100 précédemment défini.
Il faut comprendre ici que les positions angulaires précitées sont mesurées autour de l'axe de révolution 100 de la cible magnétique 1, dans un plan perpendiculaire à l'axe de révolution 100 précité, et par rapport à une origine définie comme étant l’axe de révolution 100. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, les maxima 15a de la dimension radiale 15 se situent à des positions angulaires 150a de la cible magnétique 1 dans lesquelles le champ magnétique de polarisation Nord est maximal, et les minima 15b de la dimension radiale 15 se situent à des positions angulaires 150b de la cible magnétique 1 dans lesquelles le champ magnétique de polarisation Sud est maximal.
Ainsi, selon un tel mode de réalisation, entre une région angulaire de polarisation Sud et une région angulaire de polarisation Nord de la cible magnétique 1, autour de l'axe de révolution 100 précédemment défini, la dimension radiale 15 augmente jusqu'à atteindre un maximum 15a à la position angulaire 150a de polarisation Nord maximale, puis la dimension radiale 15 diminue, autour de l'axe de révolution 100 précité, jusqu'à la région angulaire suivante de polarisation Sud où cette dimension radiale 15 atteint un minimum 15b à la position angulaire de polarisation Sud maximale.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la variation de la dimension radiale 15, précédemment définie, entre maxima 15a et minima 15b, suit une loi sinusoïdale, ou sensiblement sinusoïdale.
Comme il a été évoqué précédemment, le dispositif de détection 500 selon l'invention comprend, selon l'exemple de réalisation plus particulièrement illustré par les figures, trois capteurs de position, respectivement référencés 2a, 2b, 2c. Par exemple, les capteurs de position 2a, 2b, 2c, sont des capteurs du type à effet Hall, c'est-à-dire qu'ils sont configurés pour mesurer des variations de champ magnétique. Avantageusement, les capteurs de position 2a, 2b, 2c, sont agencés à des positions angulaires d'environ 10 à 30 degrés les uns des autres, mesurées autour de l'axe de révolution 100 de la cible magnétique 1, dans un plan perpendiculaire à celui-ci.
Plus particulièrement visibles sur les figures 1 et 2, les capteurs de position 2a, 2b, 2c, sont agencés radialement entre l'axe de révolution 100 et la face intérieure 10a, précédemment définie, de la cible magnétique 1. Cette configuration relative est dénommée configuration radiale interne. Alternativement, les capteurs de position 2a, 2b, 2c peuvent être, par exemple, disposés selon une configuration radiale externe dans laquelle ils sont placés radialement par rapport à l'axe de révolution 100 de la cible magnétique 1 de telle manière que la face extérieure 11a de cette dernière se trouve radialement, par rapport à l'axe de révolution 100, entre ce dernier et les capteurs de position 2a, 2b, 2c. Selon un autre mode de réalisation alternatif, les capteurs de position 2a, 2b, 2c, peuvent être disposés axialement par rapport à la cible magnétique 1, c'està-dire au regard d'une surface de celle-ci perpendiculaire à l'axe de révolution 100 précité.
En référence notamment aux figures 1 et 4, la cible magnétique 1 est reçue dans un porte-cible 3 dont un axe de révolution 300 est sensiblement confondu, aux tolérances de fabrication et d'usure près, avec l'axe de révolution 100 de la cible magnétique i.
Plus précisément, le porte-cible 3 présente, en section selon un plan contenant son axe de révolution 300, la forme générale d'un U dont l'axe de symétrie est constitué par l'axe de révolution 300 précité. Le porte-cible 3 forme ainsi un logement de réception 30 sensiblement cylindrique, dont l'axe de révolution est confondu avec l'axe de révolution 300 du porte-cible 3. Le portecible 3 est ainsi délimité par une paroi 35 et un fond 34, la paroi comprenant une surface intérieure 31, une surface extérieure 33 et un fond 34, l’ensemble formant une bague ouverte sur le dessus. Le fond 34 est pourvu d’un trou de passage de certains composants du rotor, comme son axe par exemple.
Dans la configuration relative radiale interne de la cible magnétique 1 et des capteurs de position 2a, 2b, 2c, plus particulièrement illustrée par les figures 1 à 3, la face extérieure 11a de la cible magnétique 1 est reçue contre la surface intérieure 31 de la paroi 35 précitée. La cible magnétique 1 se trouve ainsi à l'intérieur du volume 32 défini par le logement de réception 30 et délimité notamment par la surface intérieure 31 précitée. Dans cette configuration radiale interne, la face extérieure 11a de la cible magnétique 1, parallèle à l'axe de révolution 100 de cette dernière, est donc reçue contre la surface intérieure 31 de la paroi 35 du porte-cible 3, parallèle à l'axe de révolution 300 de ce dernier, confondu avec l'axe de révolution 100 de la cible magnétique. Dans cette configuration radiale interne, les capteurs de position 2a, 2b, 2c, sont placés radialement, dans le logement de réception 30 précédemment défini, entre l'axe de révolution 100, 300, commun à la cible magnétique 1 et au porte-cible 3, et la face intérieure 10a de la cible magnétique 1.
Dans la configuration relative radiale externe de la cible magnétique 1 et des capteurs de position 2a, 2b, 2c, précédemment décrite et non représentée par les figures, la face intérieure 10a de la cible magnétique 1 est reçue contre la surface extérieure 33 de la paroi 35 précitée. La cible magnétique 1 se trouve ainsi à l'extérieur du volume 32 précédemment décrit. Dans cette configuration radiale externe, les capteurs de position 2a, 2b, 2c, sont placés radialement à l'extérieur du logement de réception 30 précédemment défini, et la cible magnétique 1 se trouve donc entre l'axe de révolution 100 et les capteurs de position 2a, 2b, 2c.
Avantageusement, dans une configuration radiale externe telle qu'elle vient d'être décrite, la face intérieure 10a de la cible magnétique i présente, en section selon un plan perpendiculaire à l'axe de révolution 100, 300, commun à la cible magnétique 1 et au porte-cible 3, une forme sensiblement circulaire, c'est-à-dire que la distance 13, précédemment définie, entre et la face intérieure 10a de la cible magnétique 1 et l'axe de révolution 100, 300, commun à cette dernière et au portecible 3, est constante. Il s'ensuit que, dans une telle configuration radiale externe, la distance 12, précédemment définie, entre la face extérieure 11a de la cible magnétique 1 et l'axe de révolution 100, 300, commun à cette dernière et au portecible 3, n'est pas constante. Par exemple, la face extérieure 11a de la cible magnétique présente, en section selon un plan perpendiculaire à l'axe commun 100, 300, précité, une forme ondulée autour de cet axe.
Dans la configuration relative axiale de la cible magnétique 1 et des capteurs de position 2a, 2b, 2c, précédemment décrite et non représentée par les figures, le logement de réception 30 précédemment défini comporte, perpendiculairement à son axe de révolution 300, le fond 34 constitué par la branche horizontale de la forme en U que présente le porte-cible 3 en section selon un plan contenant son axe de révolution 300. Dans cette configuration axiale relative de la cible magnétique 1 et des capteurs de position 2a, 2b, 2c, la cible magnétique 1 présente avantageusement la forme d'un anneau dont la dimension, selon l'axe de révolution 100 précité, est faible, et les capteurs de position 2a, 2b, 2c, sont agencés, selon une direction parallèle à l'axe de révolution 100, 300, commun à la cible magnétique 1 et au porte-cible 3, au regard d'une surface annulaire de cet anneau, cette surface annulaire étant perpendiculaire à l'axe de révolution commun 100, 300, précité. Cette configuration axiale est notamment reconnaissable par une ondulation régulière de cette surface annulaire, cette dernière étant en regard direct des capteurs de position.
Selon différents modes de réalisation, la cible magnétique 1 peut être moulée par injection ou rapportée par collage sur une des faces du porte-cible 3.
Quelle que soit leur configuration relative, c’est-à-dire configuration radiale interne, radiale externe ou axiale par rapport à la cible magnétique i, l'invention prévoit que, dans le dispositif de détection 500, les capteurs de position 2a, 2b, 2c sont fixes par rapport à la cible magnétique 1, elle-même entraînée en rotation autour de son axe de révolution 100.
Il résulte alors de ce qui précède que, dans le mouvement de rotation de la cible magnétique 1 autour de son axe de révolution 100, les régions angulaires de la cible magnétique 1, de dimension radiale 15 variable, défilent successivement au regard des capteurs de position 2a, 2b, 2c. En d'autres termes, dans le mouvement de rotation de la cible magnétique 1 autour de son axe de révolution 100, une distance 16 visible sur la figure 3, mesurée radialement par rapport à l'axe de révolution 100 précité, entre la cible magnétique et les capteurs de position 2a, 2b, 2c, varie. Avantageusement, la distance 16 précitée présente une valeur moyenne de l'ordre de 1 à 5 millimètres, préférentiellement environ 3 millimètres. Cette valeur moyenne de la distance 16 est ici définie comme la distance, mesurée radialement par rapport à l'axe de révolution 100 de la cible magnétique 1, dans un plan perpendiculaire à cet axe de révolution 100, entre le ou les capteurs de position 2a, 2b, 2c et une ligne représentant une dimension radiale moyenne 15c de la cible magnétique 1, la dimension radiale moyenne 15c, étant définie comme la valeur de la dimension radiale 15, précédemment définie, autour de laquelle cette grandeur varie le long du pourtour de la cible magnétique 1.
La combinaison des variations de la dimension radiale 15 précédemment définie avec les variations de champ magnétique de la cible 1 entraîne alors une modification du signal magnétique reçu par les capteurs de position 2a, 2b, 2c. Selon l'invention, les variations de la dimension radiale 15 précitée sont définies pour que ce signal magnétique réponde aux exigences recherchées en termes d'harmoniques, de variation de l'amplitude de tension et d'écrêtage de ce signal. Par exemple, la variation, précédemment évoquée, de la dimension radiale 15 de la cible magnétique 1 selon une loi sensiblement sinusoïdale, permet d'agir sur les harmoniques du signal détecté par les capteurs de position 2a, 2b, 2c, et d'améliorer la précision de la détection de la position angulaire recherchée. Une telle loi de variation limite, en outre, le phénomène de saturation du signal conduisant à un écrêtage de ce dernier, et améliore donc encore la précision de la détection de position angulaire réalisée.
La figure 4 illustre schématiquement une machine électrique tournante 600 selon l'invention, destinée notamment à mettre en mouvement un véhicule automobile, et équipée d'un dispositif de détection 500 tel qu'il vient d'être décrit.
En référence à la figure 4, la machine électrique tournante 600 comprend le rotor 4, mobile en rotation autour de l’axe de rotation 400. Dans la machine électrique tournante 600, le rotor 4 est placé à l'intérieur du stator 5 par rapport auquel il est mobile en rotation autour de l'axe de rotation 400 précité. Avantageusement, le stator 5 présente une forme générale de révolution dont l'axe 500 est sensiblement confondu, aux tolérances de fabrication, de montage et d'usure près, avec l'axe de rotation 400 du rotor 4. Avantageusement, le stator 5 est constitué d'un ensemble de bobines électromagnétiques schématiquement représentées sur les figures 3 et 4. Le stator 5 est reçu dans un carter 6 auquel il est lié par des moyens de fixation appropriés, non détaillés sur les figures.
D'un point de vue électromagnétique, le rotor 4 présente, angulairement par rapport à son axe de rotation 400, une succession d'alternances de pôles magnétiques Nord et Sud.
Pour réaliser la détection de la position angulaire du rotor 4 au sein de la machine électrique tournante 600, la cible magnétique 1 est liée en rotation au rotor 4, et sa configuration magnétique est représentative de celle du rotor 4. Plus précisément, au sein de la machine électrique tournante 600 selon l'invention, la cible magnétique 1 est agencée de telle manière que son axe de révolution 100, précédemment défini, est sensiblement confondu, aux tolérances de fabrication, de montage et d'usure près, avec l'axe de rotation 400 du rotor 4, précédemment défini. Selon différents modes de réalisation de l'invention, la cible magnétique 1 présente le même nombre d'alternances de pôles magnétiques Nord et Sud que le rotor 4, ou elle présente un nombre d'alternances de pôles magnétiques Nord, Sud, inférieure au nombre d'alternances de ces pôles magnétiques que présente le rotor 4Par ailleurs, comme il a été évoqué précédemment, pour réaliser la détection de la position angulaire du rotor 4 au sein de la machine électrique tournante 600, les capteurs de position, ici au nombre de trois, 2a, 2b, 2c, doivent être fixes par rapport à la cible magnétique 1 entraînée en rotation par la rotation du rotor 4 autour de l'axe 100, 400 commun à ces deux éléments. Pour ce faire, dans la machine électrique tournante 600 selon l'invention, les capteurs de position 2a, 2b, 2c, sont rendus solidaires du stator 5, lui-même fixe par rapport au rotor 4 auquel est liée la cible magnétique 1.
Selon l'exemple de réalisation, plus particulièrement illustré par les figures 2 à 4, les capteurs de position, au nombre de trois, 2a, 2b, 2c, sont placés sur un support 51, sensiblement à environ 15 degrés les uns des autres relativement à l'axe commun 100, 400, de la cible magnétique 1 et du rotor 4. Plus précisément, le support 51 se présente, selon cet exemple particulier de réalisation, sous la forme d'une portion de disque centrée sur l'axe commun 100, 400, précédemment décrit et s'étendant sur un secteur angulaire compris entre 20° et 6o° configuré pour accueillir tous les capteurs de position 2a, 2b, 2c.
Par la mise en œuvre des moyens qui viennent d'être décrits, l'invention permet la détection de la position angulaire d'un rotor 4 d'une machine électrique tournante 600 avec une grande précision et en réduisant au minimum d'éventuelles déformations ou perturbations du signal reçu par les capteurs de position 2a, 2b, 2c précédemment décrits. Par la mise en œuvre de ces moyens, l'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, à la détection de la position angulaire de rotors 4 de grand diamètre. C'est le cas, notamment, pour des machines électriques tournantes 600 dans lesquelles le diamètre du rotor 4 est supérieur 270 millimètres.
L'invention atteint donc bien les buts qu'elle s'était fixés.
L’invention telle qu’elle vient d’être décrite ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations. En particulier, l'invention s'applique, comme il a été décrit précédemment, à toute configuration relative de la cible magnétique 1 et des capteurs de position 2a, 2b, 2c de configuration radiale interne, radiale externe, ou axiale, ainsi qu'à tout nombre, type ou configuration des capteurs de position 2a, 2b, 2c, dans la mesure où ceux-ci sont fixes par rapport à la cible magnétique 1 entraînée en rotation par la rotation d'un rotor 4 d'une machine électrique tournante 600.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (500) de détection de la position angulaire d'un rotor (4) d'une machine électrique tournante (600) destinée à mettre en mouvement un véhicule automobile, le rotor (4) étant monté mobile en rotation dans un stator (5) de la machine électrique tournante (600), le dispositif (500) de détection de position angulaire du rotor (4) comprenant au moins :- au moins un capteur de position (2a, 2b, 2c) configuré pour être solidaire du stator (5) de la machine électrique tournante (600),- une cible magnétique (1) comportant des pôles magnétiques Nord et Sud, la cible magnétique (1) comprenant une première face (10, 10a) et une deuxième face (11, 11a), la cible magnétique (1) étant mobile en rotation autour d'un axe de révolution (100), configurée pour être centrée sur un axe de rotation (400) du rotor (4), caractérisé en ce qu’une dimension (15) mesurée entre la première face (10, 10a) et la deuxième face (11,11a) est variable.
- 2. Dispositif (500) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’une variation de la dimension (15) de la cible magnétique (1) mesurée entre la première face (10,10a) et la deuxième face (11,11a) est régulière.
- 3. Dispositif (500) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’une variation de la dimension (15) mesurée entre la première face (10, 10a) et la deuxième face (11, 11a) change de sens aux pôles magnétiques de la cible magnétique (1).
- 4. Dispositif (500) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dimension (15) de la cible magnétique (1) mesurée entre la première face (10,10a) et la deuxième face (11,11a) est maximale dans les régions de pôle magnétique Nord de celle-ci.
- 5. Dispositif (500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dimension (15) de la cible magnétique (1) mesurée entre la première face (10, 10a) et la deuxième face (11, 11a) est minimale dans les régions de pôle magnétique Sud de celle-ci.
- 6. Dispositif (500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dimension (15) de la cible magnétique (1) mesurée entre la première face (10, 10a) et la deuxième face (11, 11a) varie selon une loi sensiblement sinusoïdale.
- 7. Dispositif (500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cible magnétique (1) est un anneau d'un matériau plastique chargé de particules magnétiques.
- 8. Dispositif (500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une distance moyenne (16) entre la cible magnétique (1) et l'au moins un capteur de position (2a, 2b, 2c) est comprise entre 1 et 5 mm.
- 9. Dispositif (500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte trois capteurs de position (2a, 2b, 2c) disposés angulairement entre dix et quinze degrés les uns des autres.
- 10. Machine électrique tournante (600) destinée à au moins mettre en mouvement un véhicule automobile, comprenant au moins :- un stator (5),- un rotor (4) disposé à l'intérieur du stator (5) et monté mobile en rotation par rapport à celui-ci,- au moins un dispositif (500) de détection de la position angulaire du rotor (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 11. Machine électrique tournante (600) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le stator (5) présente un diamètre extérieur supérieur à 270 millimètres.
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| DE19758037A1 (de) * | 1996-12-27 | 1998-07-02 | Electricfil | Codierer für Positionssensor und Meßfühler |
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