FR3121211A1 - Aimant permanent pour un capteur pour la détermination d’une position angulaire relative, son procédé de fabrication et système de capteur et méthode mettant en œuvre un tel aimant - Google Patents
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Abstract
Aimant permanent pour un capteur pour la détermination d’une position angulaire relative, son procédé de fabrication et système de capteur et méthode mettant en œuvre un tel aimant
L’invention propose un aimant permanent pour un capteur pour la détermination d’une position angulaire relative (Ω(t)), dont le vecteur aimantation (M(P)) en un point (P) présente, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à son axe principal (A’), un vecteur projeté dont l’orientation relative (φrp(θ(P))) par rapport au segment radial particulier (SRP) à ce point (P) est une fonction continûment variable de la position angulaire (θ(P)) du point (P), fonction périodique présentant un nombre (Np) entier pair supérieur ou égal à 2 de périodes angulaires (T) sur les 360° autour de l’axe principal (A’), avec une variation positive de l’orientation relative (φrp(θ(P))) en fonction d’une variation positive de la position angulaire (θ(P)) du point (P).
L’invention propose aussi un système de capteur et une méthode mettant en œuvre un tel aimant et un procédé de fabrication d’un tel aimant.
Figure pour l’abrégé : Fig. 1.
Description
L’invention concerne un aimant permanent pour un capteur pour la détermination d’une position angulaire relative d’une première pièce par rapport à une seconde pièce autour d’un axe de rotation. Elle concerne aussi un système de capteur pour la détermination d’une position angulaire relative, comprenant un tel aimant permanent. Elle concerne aussi une méthode pour la détermination d’une position angulaire relative, mettant en œuvre un tel aimant permanent. Elle concerne aussi un procédé de fabrication d’un corps aimanté pour un système de détermination d’une telle position angulaire relative.
Les avantages techniques des systèmes capteurs magnétiques sont bien connus. Ils peuvent être produits à des coûts relativement bas, ils ne sont pas soumis à une usure mécanique significative, et ils sont peu sensibles à l’humidité et à la saleté (poussière, huile, etc.) non magnétique. Grâce à ces avantages, les systèmes capteurs magnétiques sont souvent utilisés dans les applications pour l’automobile.
Un système capteur magnétique de position angulaire comporte au moins un aimant permanent et des éléments de mesure de champ magnétique, le système de capteur étant prévu pour mesurer la position angulaire relative du ou des éléments de mesure de mesure par rapport au corps aimanté, autour de l’axe de rotation.
Dans une application pratique, le mécanisme à surveiller comporte une première pièce et une seconde pièce qui sont mobiles en rotation l’une par rapport à l’autre. Le corps aimanté est rendu solidaire de la première pièce, ou intégrée à celle-ci, tandis que les éléments de mesure sont rendus solidaires de la seconde pièce du mécanisme, et le système capteur permet de déterminer la position angulaire relative des deux pièces du mécanisme.
Dans certains cas, on souhaite pouvoir mesurer la position angulaire relative sur une course angulaire maximale entre les deux pièces qui peut être de 45°, de 90° voire de 180°.
Typiquement, dans une application dans le domaine automobile, de tels systèmes de capteurs sont utilisés pour déterminer la position angulaire relative d’un actionneur pour un organe d’un véhicule automobile, par exemple un actionneur dans une boite de vitesse automatique ou robotisée.
L’invention est destinée à la résolution des problèmes liés à la mise en œuvre pratique des systèmes de capteurs, qui sont souvent destinés à être intégrés dans un espace contraint, avec un volume disponible limité. Plus particulièrement, l’invention est destinée à résoudre les problèmes liés à la présence de pièces ferromagnétiques ou autres sources de perturbation du champ magnétique à proximité du système de capteur, ce qui peut réduire la précision de la détermination de la position angulaire.
Le document WO-2014/029885 décrit un système de capteur ayant un aimant permanent ayant une aimantation axiale présentant au moins deux paires de pôles (nord-sud), avec des éléments de mesure du champ magnétique qui sont dans un plan perpendiculaire à l’axe de la rotation, en regard axialement de l’aimant. La position angulaire de l’aimant est obtenue à partir des différences de champ magnétique dans les positions espacées de 180° magnétiques, permettant ainsi de s’affranchir du champ magnétique externe. L’inconvénient de cette solution est le manque de robustesse par rapport aux tolérances de montage et au jeu dynamique des pièces mécaniques, notamment du fait de la décroissance du champ magnétique selon la dimension axiale.
Le document US-2017/0254671 décrit un système de capteur utilisant l’aimantation de Halbach, ce qui permet d’avoir un blindage autour du capteur avec l’aimant permanent qui crée un champ magnétique à l’intérieur de la pièce mobile. L’inconvénient de cette solution est le coût associé au blindage ainsi que son poids et son encombrement.
L’invention a donc pour but de proposer une nouvelle conception d’un corps aimanté et d’un système de capteur utilisant un tel corps aimanté qui permettent d’obtenir une détermination précise et fiable d’une position angulaire relative. Cette détermination doit pouvoir être très peu sensible à la présence d’un champ magnétique externe. Cette détermination doit présenter une bonne robustesse vis-à-vis à d’éventuelles imprécisions quant à la position relative du corps aimanté et des éléments de mesure du système capteur selon la direction axiale de l’axe de rotation du système de capteur. Le système de capteur doit être d’un encombrement réduit. Le corps aimanté et le système de capteur doivent pouvoir être produits en grande série dans des conditions économiques acceptables pour des applications telles que celles envisagées dans le domaine des véhicules automobiles.
L’invention propose un aimant permanent pour un capteur pour la détermination d’une position angulaire relative d’une première pièce par rapport à une seconde pièce autour d’un axe de rotation, comprenant un corps aimanté en forme de tronçon tubulaire symétrique autour d’un axe principal du corps aimanté.
Le corps aimanté présente une aimantation permanente telle que, pour tout point du corps aimanté sur un cercle donné autour de l’axe principal, chaque point du corps aimanté sur ce cercle donné ayant une position angulaire définie par l’angle formé, autour de l’axe principal et par rapport à un axe repère fixe de l’aimant permanent, par un segment radial particulier issu de l’axe principal et passant par ce point, le vecteur aimantation en un point du cercle donné présente, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal, un vecteur projeté dont l’orientation relative par rapport au segment radial particulier à ce point est une fonction continûment variable selon une loi de variation d’orientation relative en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté.
La loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation est une fonction périodique présentant un nombre entier pair supérieur ou égal à 2 de périodes angulaires sur les 360° du corps aimanté autour de l’axe principal.
La loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation implique, en tout point du corps aimanté sur ce cercle donné sur une période angulaire, une variation positive de l’orientation relative du vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal, du vecteur aimantation au point, par rapport au segment radial particulier, en fonction d’une variation positive de la position angulaire du point du corps aimanté.
Un aimant permanent selon l’invention peut de plus comprendre une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison.
Dans certains cas, le corps aimanté présente une aimantation plane telle que, en tout point du corps aimanté, le vecteur aimantation en ce point est parallèle à un plan d’aimantation perpendiculaire à l’axe principal.
Dans certains cas, sur un cercle donné autour de l’axe principal, la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation est une loi bijective sur une période angulaire de la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation.
Dans certains cas, sur un cercle donné autour de l’axe principal, la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation implique une variation de 360° de l’orientation relative du vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal, du vecteur aimantation en un point du cercle donné, pour une variation de la position angulaire du point du corps aimanté correspondant à une période angulaire de la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation.
Dans certains cas, sur un cercle donné autour de l’axe principal, la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation est une loi de variation linéaire en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté.
Dans certains cas, le corps aimanté est un corps continu sur 360° autour de l’axe principal. Dans d’autres cas, le corps aimanté est formé de corps aimantés élémentaires juxtaposés sur 360° autour de l’axe principal.
Dans certains cas, le corps aimanté est un corps en forme de tronçon tubulaire de révolution autour de l’axe principal.
Dans certains cas, le corps aimanté est un corps en forme de tronçon tubulaire cylindrique autour de l’axe principal.
L’invention concerne aussi un système de capteur pour la détermination d’une position angulaire relative d’une première pièce par rapport à une seconde pièce autour d’un axe de rotation, le système comprenant :
- un aimant permanent ayant un corps aimanté ayant l’une quelconque des caractéristiques énoncées ci-dessus, disposé de telle sorte que l’axe principal du corps aimanté coïncide avec l’axe de rotation ;
- un couple primaire d’éléments de mesure comprenant un premier élément primaire de mesure permettant de déterminer, en un premier point primaire de mesure, une première composante primaire de l’induction magnétique selon un vecteur primaire de mesure perpendiculaire à l’axe de rotation, et comprenant un deuxième élément primaire de mesure permettant de déterminer, en un deuxième point primaire de mesure, une deuxième composante primaire de l’induction magnétique selon le même vecteur primaire de mesure, le premier point primaire de mesure et le deuxième point primaire de mesure étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral primaire par rapport à l’axe de rotation et étant situés à l’intérieur du volume interne délimité par le corps aimanté, et le vecteur primaire de mesure formant, par rapport au segment diamétral primaire, un angle relatif primaire de mesure ;
- un couple secondaire d’éléments de mesure comprenant un premier élément secondaire de mesure permettant de déterminer, en un premier point secondaire de mesure, une première composante secondaire de l’induction magnétique selon un vecteur secondaire de mesure perpendiculaire à l’axe de rotation, et comprenant un deuxième élément secondaire de mesure permettant de déterminer, en un deuxième point secondaire de mesure, une deuxième composante secondaire de l’induction magnétique selon le même vecteur secondaire de mesure, le premier point secondaire de mesure et le deuxième point secondaire de mesure étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral secondaire par rapport à l’axe de rotation et étant situés à l’intérieur du volume interne délimité par le corps aimanté, et le vecteur secondaire de mesure formant, par rapport au segment diamétral secondaire, un angle relatif secondaire de mesure ;
- le système étant agencé de sorte que la somme de, d’une part, l’écart angulaire entre l’angle relatif secondaire de mesure et l’angle relatif primaire de mesure, avec d’autre part, l’écart angulaire, multiplié par le nombre de périodes de la loi de variation d’orientation relative du vecteur d’aimantation en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté, entre le segment diamétral secondaire et le segment diamétral primaire, est non nulle et différente d’un multiple de 180 degrés.
- un aimant permanent ayant un corps aimanté ayant l’une quelconque des caractéristiques énoncées ci-dessus, disposé de telle sorte que l’axe principal du corps aimanté coïncide avec l’axe de rotation ;
- un couple primaire d’éléments de mesure comprenant un premier élément primaire de mesure permettant de déterminer, en un premier point primaire de mesure, une première composante primaire de l’induction magnétique selon un vecteur primaire de mesure perpendiculaire à l’axe de rotation, et comprenant un deuxième élément primaire de mesure permettant de déterminer, en un deuxième point primaire de mesure, une deuxième composante primaire de l’induction magnétique selon le même vecteur primaire de mesure, le premier point primaire de mesure et le deuxième point primaire de mesure étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral primaire par rapport à l’axe de rotation et étant situés à l’intérieur du volume interne délimité par le corps aimanté, et le vecteur primaire de mesure formant, par rapport au segment diamétral primaire, un angle relatif primaire de mesure ;
- un couple secondaire d’éléments de mesure comprenant un premier élément secondaire de mesure permettant de déterminer, en un premier point secondaire de mesure, une première composante secondaire de l’induction magnétique selon un vecteur secondaire de mesure perpendiculaire à l’axe de rotation, et comprenant un deuxième élément secondaire de mesure permettant de déterminer, en un deuxième point secondaire de mesure, une deuxième composante secondaire de l’induction magnétique selon le même vecteur secondaire de mesure, le premier point secondaire de mesure et le deuxième point secondaire de mesure étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral secondaire par rapport à l’axe de rotation et étant situés à l’intérieur du volume interne délimité par le corps aimanté, et le vecteur secondaire de mesure formant, par rapport au segment diamétral secondaire, un angle relatif secondaire de mesure ;
- le système étant agencé de sorte que la somme de, d’une part, l’écart angulaire entre l’angle relatif secondaire de mesure et l’angle relatif primaire de mesure, avec d’autre part, l’écart angulaire, multiplié par le nombre de périodes de la loi de variation d’orientation relative du vecteur d’aimantation en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté, entre le segment diamétral secondaire et le segment diamétral primaire, est non nulle et différente d’un multiple de 180 degrés.
Un système de capteur selon l’invention peut de plus comprendre une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison.
Dans certains cas, le système de capteur est agencé de sorte que la somme de, d’une part, l’écart entre l’angle relatif secondaire de mesure et l’angle angle relatif primaire de mesure) avec, d’autre part, l’écart angulaire, multiplié par le nombre de périodes de la loi de variation d’orientation relative du vecteur d’aimantation en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté, entre le segment diamétral secondaire et le segment diamétral primaire est égale, modulo 360 degrés, à 90 degrés ou à 270 degrés.
Dans certains cas, le système de capteur est agencé de sorte que l’angle relatif secondaire de mesure et l’angle angle relatif primaire de mesure sont égaux, et l’écart angulaire entre le segment diamétral secondaire et le segment diamétral primaire est d’un quart de période angulaire de la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation, modulo la demi période angulaire de la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation. Dans d’autre cas, le système de capteur est agencé de sorte que le segment diamétral primaire et le segment diamétral secondaire sont confondus et que le vecteur primaire de mesure et le vecteur secondaire de mesure sont orthogonaux. Dans certaines variantes d’un tel autre cas, le premier point primaire de mesure et le premier point secondaire de mesure sont confondus. Dans certaines variantes de tels autre cas, le deuxième point primaire de mesure et le deuxième point secondaire de mesure sont confondus.
Dans certains cas, le système de capteur comprend une unité de calcul électronique programmée pour calculer une valeur représentative de la position angulaire relative de la première pièce par rapport à la seconde pièce, sur la base d’un calcul de l’arc-tangente d’un rapport entre, d’une part, une différence entre les deux composantes primaires, et, d’autre part, une différence entre les deux composantes secondaires, rapport dans lequel chaque différence est pondérée en fonction de la distance, pour la différence considérée, entre les points de mesure correspondants et l’axe de rotation.
Dans certains cas, le premier point primaire de mesure et le deuxième point primaire de mesure sont agencés à une même distance de chaque côté de l’axe de rotation.
Dans certains cas, le premier point secondaire de mesure et le deuxième point secondaire de mesure sont agencés à une même distance de chaque côté de l’axe de rotation.
Dans certains cas, le premier point primaire de mesure et le deuxième point primaire de mesure sont agencés à une même première distance de l’axe de rotation, et le premier point secondaire de mesure et le deuxième point secondaire de mesure sont agencés à la même première distance de l’axe de rotation.
Dans certains cas, les deux points de mesure du couple primaire et/ou du couple secondaire d’éléments de mesure sont agencés dans un même plan perpendiculaire à l’axe de rotation.
Dans certains cas, les deux points de mesure du couple primaire et/ou du couple secondaire d’éléments de mesure sont agencés dans un même plan perpendiculaire à l’axe de rotation qui est à égale distance des extrémités axiales du corps aimanté.
L’invention concerne aussi une méthode de détermination d’une position angulaire relative d’une première pièce par rapport à une seconde pièce sur une course angulaire autour d’un axe de rotation, caractérisée en ce que :
- la première pièce est équipée avec un aimant permanent ayant l’une quelconque des caractéristiques énoncées ci-dessus ;
- on détermine, en un premier point primaire de mesure, une première composante primaire de l’induction magnétique selon un vecteur primaire de mesure perpendiculaire à l’axe de rotation, et, en un deuxième point primaire de mesure, une deuxième composante primaire de l’induction magnétique selon le même vecteur primaire de mesure, le premier point primaire de mesure et le deuxième point primaire de mesure étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral primaire par rapport à l’axe de rotation et étant situés à l’intérieur du volume interne délimité par le corps aimanté, et le vecteur primaire de mesure formant, par rapport au segment diamétral primaire, un angle relatif primaire de mesure ;
- on détermine, en un premier point secondaire de mesure, une première composante secondaire de l’induction magnétique selon un vecteur secondaire de mesure perpendiculaire à l’axe de rotation, et, en un deuxième point secondaire de mesure, une deuxième composante secondaire de l’induction magnétique selon le même vecteur secondaire de mesure, le premier point secondaire de mesure et le deuxième point secondaire de mesure étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral secondaire par rapport à l’axe de rotation et étant situés à l’intérieur du volume interne délimité par le corps aimanté, et le vecteur secondaire de mesure formant, par rapport au segment diamétral secondaire, un angle relatif secondaire de mesure ;
- en ce que la somme de, d’une part, l’écart angulaire entre l’angle relatif secondaire de mesure et l’angle angle relatif primaire de mesure, avec d’autre part l’écart angulaire, multiplié par le nombre de périodes de la loi de variation d’orientation relative du vecteur d’aimantation en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté), entre le segment diamétral secondaire et le segment diamétral primaire est non nulle et différente d’un multiple de 180 degrés, et en ce qu’on calcule une valeur représentative de la position angulaire relative de la première pièce par rapport à la seconde pièce), sur la base d’un calcul comprenant d’une part, une différence entre les deux composantes primaires, et, d’autre part, une différence entre les deux composantes secondaires.
- la première pièce est équipée avec un aimant permanent ayant l’une quelconque des caractéristiques énoncées ci-dessus ;
- on détermine, en un premier point primaire de mesure, une première composante primaire de l’induction magnétique selon un vecteur primaire de mesure perpendiculaire à l’axe de rotation, et, en un deuxième point primaire de mesure, une deuxième composante primaire de l’induction magnétique selon le même vecteur primaire de mesure, le premier point primaire de mesure et le deuxième point primaire de mesure étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral primaire par rapport à l’axe de rotation et étant situés à l’intérieur du volume interne délimité par le corps aimanté, et le vecteur primaire de mesure formant, par rapport au segment diamétral primaire, un angle relatif primaire de mesure ;
- on détermine, en un premier point secondaire de mesure, une première composante secondaire de l’induction magnétique selon un vecteur secondaire de mesure perpendiculaire à l’axe de rotation, et, en un deuxième point secondaire de mesure, une deuxième composante secondaire de l’induction magnétique selon le même vecteur secondaire de mesure, le premier point secondaire de mesure et le deuxième point secondaire de mesure étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral secondaire par rapport à l’axe de rotation et étant situés à l’intérieur du volume interne délimité par le corps aimanté, et le vecteur secondaire de mesure formant, par rapport au segment diamétral secondaire, un angle relatif secondaire de mesure ;
- en ce que la somme de, d’une part, l’écart angulaire entre l’angle relatif secondaire de mesure et l’angle angle relatif primaire de mesure, avec d’autre part l’écart angulaire, multiplié par le nombre de périodes de la loi de variation d’orientation relative du vecteur d’aimantation en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté), entre le segment diamétral secondaire et le segment diamétral primaire est non nulle et différente d’un multiple de 180 degrés, et en ce qu’on calcule une valeur représentative de la position angulaire relative de la première pièce par rapport à la seconde pièce), sur la base d’un calcul comprenant d’une part, une différence entre les deux composantes primaires, et, d’autre part, une différence entre les deux composantes secondaires.
Dans certains cas, un telle méthode comprend le calcul de l’arc-tangente tangente d’un rapport entre, d’une part, la différence entre les deux composantes primaires, et, d’autre part, la différence entre les deux composantes secondaires, rapport dans lequel chaque différence est pondérée en fonction de la distance, pour la différence considérée, entre les points de mesures correspondants et l’axe de rotation.
L’invention concerne encore un procédé de fabrication d’un corps aimanté pour un système de détermination d’une position angulaire relative d’une première pièce par rapport à une seconde pièce autour d’un axe de rotation, le procédé comprenant la fourniture d’un corps de matériau magnétisable ayant une forme en forme de tronçon tubulaire symétrique autour d’un axe principal du corps de matériau magnétisable, le corps de matériau magnétisable ayant ainsi une surface interne et une longueur selon la direction de l’axe principal, caractérisé en ce que le procédé comporte :
- la disposition, dans le volume interne délimité par le corps de matériau magnétisable, à proximité radialement de la surface interne du corps de matériau magnétisable et en regard du corps de matériau magnétisable sur la longueur du corps de matériau magnétisable, d’un réseau de conducteurs électriques parallèles comprenant un nombre de faisceaux de conducteurs électriques parallèles, le nombre de faisceaux de conducteurs électriques parallèles étant un multiple non nul de 4, chaque conducteur électrique ayant une orientation parallèle à l’axe principal et s’étendant, selon la direction de l’axe principal, sur une longueur au moins égale à la longueur du corps de matériau magnétisable, et chaque faisceau étant compris dans un secteur angulaire distinct autour de l’axe principal, la mesure du secteur angulaire de chaque faisceau étant égale à 360 degrés d’angle divisés par le nombre de faisceaux, les faisceaux 24 étant décalés angulairement l’un de l’autre autour de l’axe principal ;
- la circulation d’un courant électrique dans les faisceaux de conducteurs électriques parallèles, le sens de circulation du courant, défini dans un repère fixe par rapport au corps de matériau magnétisable, étant identique dans tous les conducteurs électriques parallèles d’un même faisceau, et étant inverse dans deux faisceaux) adjacents angulairement, formant ainsi un ou plusieurs faisceaux aller dans lesquels le courant circule selon un premier sens, et un ou plusieurs faisceaux retour dans lesquels le courant circule selon un second sens, inverse du premier, le courant circulant dans les faisceaux étant apte à générer, autour du réseau et dans le corps de matériau magnétisable, un champ magnétique d’aimantation propre à aimanter le corps de matériau magnétisable.
- la disposition, dans le volume interne délimité par le corps de matériau magnétisable, à proximité radialement de la surface interne du corps de matériau magnétisable et en regard du corps de matériau magnétisable sur la longueur du corps de matériau magnétisable, d’un réseau de conducteurs électriques parallèles comprenant un nombre de faisceaux de conducteurs électriques parallèles, le nombre de faisceaux de conducteurs électriques parallèles étant un multiple non nul de 4, chaque conducteur électrique ayant une orientation parallèle à l’axe principal et s’étendant, selon la direction de l’axe principal, sur une longueur au moins égale à la longueur du corps de matériau magnétisable, et chaque faisceau étant compris dans un secteur angulaire distinct autour de l’axe principal, la mesure du secteur angulaire de chaque faisceau étant égale à 360 degrés d’angle divisés par le nombre de faisceaux, les faisceaux 24 étant décalés angulairement l’un de l’autre autour de l’axe principal ;
- la circulation d’un courant électrique dans les faisceaux de conducteurs électriques parallèles, le sens de circulation du courant, défini dans un repère fixe par rapport au corps de matériau magnétisable, étant identique dans tous les conducteurs électriques parallèles d’un même faisceau, et étant inverse dans deux faisceaux) adjacents angulairement, formant ainsi un ou plusieurs faisceaux aller dans lesquels le courant circule selon un premier sens, et un ou plusieurs faisceaux retour dans lesquels le courant circule selon un second sens, inverse du premier, le courant circulant dans les faisceaux étant apte à générer, autour du réseau et dans le corps de matériau magnétisable, un champ magnétique d’aimantation propre à aimanter le corps de matériau magnétisable.
Un procédé selon l’invention peut de plus comprendre une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison.
Dans certains cas, la disposition des conducteurs électrique parallèles dans chaque faisceau est identique moyennant une rotation, entre deux faisceaux angulairement consécutifs, d’un angle égal à 360 degrés d’angle divisés par le nombre de faisceaux.
Dans certains cas, dans un faisceau donné, les conducteurs électriques parallèles du faisceau sont répartis angulairement de manière uniforme autour de l’axe principal.
Dans certains cas, dans un faisceau donné, les conducteurs électriques parallèles du faisceau sont répartis sur un arc de cercle centré sur l’axe principal ou sur plusieurs arcs de cercle concentriques centrés sur l’axe principal.
Dans certains cas, dans un faisceau donné, chaque conducteur électrique parallèle du faisceau présente une longueur selon l’axe de rotation qui est égale à au moins 4 fois la longueur du corps de matériau magnétisable.
Dans certains cas, les conducteurs électriques parallèles des faisceaux sont formés par des tronçons d’au moins un bobinage d’un fil conducteur le long duquel se succèdent, répétitivement, au moins un conducteur d’un faisceau aller, un tronçon de liaison, et un conducteur d’un faisceau retour, un autre tronçon de liaison et un autre conducteur d’un faisceau aller.
Dans certains cas, le corps de matériau magnétisable est un corps en forme de tronçon tubulaire de révolution autour de l’axe principal.
Dans certains cas, le corps de matériau magnétisable est un corps en forme de tronçon tubulaire cylindrique autour de l’axe principal.
On a illustré sur les figures différents modes de réalisation d’un aimant permanent et différents modes de réalisation d’un système de capteur1de position magnétique permettant la détermination d’une position angulaire relativeΩ(t) d’une première pièce14par rapport à une seconde pièce16autour d’un axe de rotation A.
Dans tous les cas, le système capteur1est conçu pour déterminer la position angulaire relativeΩ(t) de deux pièces14,16qui sont susceptibles de se déplacer relativement l’une à l’autre d’une part selon un mouvement de rotation autour de l’axe de rotation A. Dans les exemples, illustrés, les deux pièces14,16sont illustrées de manière symbolique. De préférence, il n’y a pas d’autre axe de déplacement relatif. On considère que les deux pièces14,16n’ont pas de mouvement relatif selon les directions radiales par rapport à l’axe de rotationA. Le système capteur1peut ainsi par exemple être utilisé pour détecter la position angulaire d’un arbre de sortie d’un actionneur rotatif.
Le système de capteur1comporte d’une part un aimant permanent ayant un corps aimanté10à aimantation permanente, et des éléments de mesure12.11,12.12,12.21,12.22 de l’induction magnétique. Dans certains modes de réalisation, on prévoira que plusieurs éléments de mesure soient regroupés dans une ou plusieurs cellules de mesure. Dans une application pratique, le corps aimanté10est destiné à être fixé à une première pièce14d’un mécanisme, par exemple l’arbre rotatif de sortie d’un actionneur pour un organe de transmission d’un véhicule automobile, qui est mobile par rapport à une seconde pièce16du mécanisme, par exemple une pièce fixe de la structure du véhicule ou une pièce de support du système de capteur1.
Typiquement, le corps aimanté10est agencé sur un arbre rotatif formant la première pièce14dans une configuration dans laquelle le corps aimanté est agencé en bout d’arbre, au niveau d’une extrémité longitudinale de celui-ci.
Le système de capteur 1 est prévu pour déterminer la position angulaire relative Ω(t) du corps aimanté 10 par rapport aux éléments de mesure 12.11, 12.12, 12.21, 12.22 autour de l’axe de rotation A, les éléments de mesure 12.11, 12.12, 12.21, 12.22 ayant une position fixe les uns par rapport aux autres et une position fixe par rapport à la seconde pièce 16. Le mouvement relatif entre le corps aimanté 10 et les éléments de mesure 12.11, 12.12, 12.21, 12.22, qui est une simple rotation dans l’exemple considéré, peut donc être décrit dans un repère orthogonal (O, Xo, Yo, Zo), les vecteurs de base Xo et Yo étant contenus dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A, le point d’origine 0 étant un point de l’axe de rotation A, et les directions des vecteurs de base Xo et Yo étant arbitraires mais orthogonales entre elles, et fixes par rapport à la seconde pièce 16, comme illustré par exemple sur la . Il en résulte que le vecteur de base Zo est parallèle à l’axe de rotation A. Ce repère (O, Xo, Yo, Zo) est donc fixe par rapport à la seconde pièce 16 et par rapport aux éléments de mesure 12.11, 12.12, 12.21, 12.22, et sera ci-après qualifié de repère de mesure. Dans un tel repère de mesure, la première pièce 14 est mobile et la seconde pièce 16 est fixe, mais cela est arbitraire dans la mesure où l’on considère uniquement un mouvement relatif entre les deux pièces 14, 16.
Le corps aimanté10possède une géométrie en forme de tronçon tubulaire symétrique autour d’un axe principalA’du corps aimanté10. Il est donc sous la forme d’un volume formé entre une surface interne6et une surface externe8dont chacune est symétrique autour de l’axe principalA’. La surface interne6est entourée par la surface externe8. L’axe principalA’du corps aimanté10est donc un axe de symétrie pour le corps aimanté10. Dans le cadre du système de capteur, et donc dans le cadre de la méthode, le corps aimanté10 est de préférence agencé pour que son axe principalA’coïncide avec l’axe de rotationAdu mouvement relatif entre la première pièce14et la seconde pièce16. Cependant, un décalage radial entre les deux axes est possible, qu’il soit volontaire ou qu’il résulte d’imprécisions de montage, par exemple dues aux tolérances géométriques des pièces constitutives du mécanisme ou de leur assemblage. Dans la suite, considère que, dans le système de capteur1, l’axe principalA’coïncide avec l’axe de rotationA.
Dans les différents exemples illustrés, le corps aimanté10possède une géométrie en forme de tronçon tubulaire cylindrique autour de l’axe principalA’, symétrique par rapport à l’axe principal A’, c’est-à-dire un volume formé entre deux surfaces cylindriques interne6et externe8, dont chacune est générée par une génératrice droite, parallèle à l’axe principalA’, suivant une courbe fermée qui s’étend à 360° autour de l’axe principalA’. Plus précisément, on peut prévoir, ce qui est le cas dans les exemples illustrés, que le corps aimanté10possède une géométrie en forme de tronçon tubulaire cylindrique de révolution autour de l’axe principalA’. Dans un tel cas, en section par un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, les deux surfaces cylindriques interne6et externe8du corps aimanté10présentent une forme circulaire. En alternative à une telle forme de révolution, on pourrait prévoit que le corps aimanté10possède, en section par un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, une géométrie polygonale symétrique autour de l’axe principalA’, de préférence avec un nombre de côtés supérieur ou égal à 6, de préférence supérieur ou égal à 8, et de préférence avec des côtés de dimensions égales entre eux.
Le corps aimanté10en forme de tronçon tubulaire symétrique autour d’un axe principalA’du corps aimanté délimite un volume interneV, dont on verra qu’il doit être dimensionné pour accueillir les éléments de mesure de l’induction magnétique. Ce volume interneV devra donc de préférence inclure complétement, selon la direction radiale par rapport à l’axe principalA’, un volume inscrit cylindrique de révolution autour de l’axe principalA’ présentant un rayon minimal qui sera par exemple compris dans la gamme allant de 5 à 10 millimètres. Dans le cas d’un corps aimanté10possédant une géométrie en forme de tronçon tubulaire cylindrique de révolution autour de l’axe principalA’, la surface cylindrique interne6du corps aimanté10présente donc un rayon «ri» compris dans la gamme allant de 5 à 10 millimètres. Bien entendu, on peut concevoir un corps aimanté10ayant un volume interneV de plus grande dimension radiale, mais ceci nuira à la compacité du système de capteur. Cependant, une dimension plus importante pourra être nécessaire en fonction de la taille des composants qui forment les éléments de mesure, et en fonction des tolérances de positionnement pour éviter les interférences mécaniques.
Bien entendu, le corps aimanté10présente une épaisseur selon une direction radiale par rapport à l’axe principalA’. De préférence, pour toute section du corps aimanté10par un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, l’épaisseur radiale du corps aimanté10est constante sur les 360° autour de l’axe principalA’. Dans certaines applications, cette épaisseur peut être comprise dans la gamme allant de 2 à 10 millimètres, de préférence comprise dans la gamme allant de 2 à 6 millimètres. Une épaisseur plus importante pourrait cependant permettre de réaliser un corps aimanté avec un matériau magnétique moins performant, donc moins cher, pour obtenir les valeurs souhaitées d’induction magnétique.
Ainsi, au total, le corps aimanté10peut être inscrit dans une enveloppe cylindrique externe de révolution autour de l’axe principalA’qui présente un rayon externe «re» inférieur à 25 mm, voire même dans certaines applications inférieur à 15 mm, ce qui permet d’avoir un système de capteur1particulièrement compact selon la direction radiale. Ainsi, le corps aimanté10peut être inscrit dans une enveloppe cylindrique externe de révolution autour de l’axe principalA’qui présente un rayon externe «re» qui peut être dans la gamme allant de 8 millimètres à 20 millimètres. Pour d’autres applications, un rayon externe supérieur peut être mis en œuvre. Dans le cas d’un corps aimanté10possédant une géométrie en forme de tronçon tubulaire cylindrique de révolution autour de l’axe principalA’, la surface cylindrique externe8du corps aimanté10peut donc présenter donc un rayon «re» inférieur à 25 mm, voire même dans certaines application inférieur à 15 mm, par exemple compris dans la gamme allant de 8 à 20 millimètres.
Le corps aimanté10est délimité axialement par deux faces terminales opposées5,7. De préférence, les deux faces terminales opposées5,7du corps aimanté10, supérieure5et inférieure7, sont des surfaces planes contenues chacune dans un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, donc, dans le système capteur1, perpendiculaire à l’axe de rotationA. La dimension axiale du corps aimanté10, entre ses deux faces terminales opposées5,7, est par exemple comprise dans la gamme allant de 4 millimètres à 20 millimètres.
Le corps aimanté10peut être un corps continu sur 360° autour de l’axe de rotation, c’est-à-dire formé d’une seule pièce. Cependant, on peut en alternative prévoir que le corps aimanté soit formé de corps aimantés élémentaires juxtaposés sur 360° autour de l’axe principalA’du corps aimanté, les corps aimantés élémentaires étant des corps distincts. Les corps aimantés élémentaires peuvent alors être assemblés pour former le corps annulaire, par exemple en étant collés l’un à l’autre et/ou en étant assemblés sur une pièce de support.
Comme on l’a illustré sur la pour le premier exemple de réalisation, le corps aimanté 10 présente une aimantation permanente. On considère tout point P du corps aimanté 10. Tout point P du corps aimanté 10 peut être considéré comme étant situé sur un cercle donné Crp autour de l’axe principal A’. Chaque point P du corps aimanté 10 sur ce cercle donné Crp, quel que soit le cercle donné Crp, a une position angulaire qui est définie par l’angle θ(P) formé, autour de l’axe principal A’, entre un axe repère fixe Xa de l’aimant permanent et un segment radial particulier SRp issu de l’axe principal et passant par ce point P. L’axe repère Xa est perpendiculaire à l’axe principal A’, et donc sécant avec l’axe principal A’. L’axe repère Xa peut être un des axes de base d’un repère orthogonal (O’, Xa, Ya, Za), ci-après appelé repère de l’aimant permanent, les vecteurs de base Xa et Ya étant contenus dans un plan perpendiculaire à l’axe principal A’, le point d’origine 0’ étant un point de l’axe principal A’, qui est par exemple situé à mi-longueur du corps aimanté 10 selon la direction de l’axe principal A’. Dans le cadre d’un système de capteur, le point d’origine 0’ du repère de l’aimant permanent peut coïncider avec le point d’origine 0 du repère de mesure. Les directions des vecteurs de base Xa et Ya sont orthogonales entre elles, et fixes par rapport au corps aimanté 10. Il en résulte que le vecteur de base Za est parallèle à l’axe principal A’. L’orientation du vecteur de base radial Xa peut être arbitraire par rapport au corps aimanté 10. Dans ce repère de l’aimant permanent, la première pièce 14 est fixe et la seconde pièce 16 est mobile, mais cela est arbitraire dans la mesure où l’on considère uniquement un mouvement relatif entre les deux pièces 14, 16.
En tant que définition de la position angulaire relativeΩ(t) des deux pièces14,16, à un instant donné, on peut choisir de manière arbitraire l’angle qui est formé entre l’axe repère fixeXade l’aimant permanent et un vecteur de baseXodu repère orthogonal (O,Xo,Yo,Zo) qui est fixe par rapport à la seconde pièce16. Cet angleΩ(t) est donc dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotationAet à l’axe principalA’.
Dans le présent texte, on distinguera les deux notions que sont une direction et un vecteur. Un vecteur présente une direction, un sens déterminé selon cette direction, et une norme. A contrario, une direction donnée peut être parcourue selon deux sens opposés.
On note que le segment particulierS R pest commun pour tous les points du corps aimanté10qui présentent la même position angulaire autour de l’axe principalA’. Chaque pointPdu corps aimanté10sur ce cercle donnéCrpest situé à une distancerpde l’axe principalA’, distancerpqui est identique pour tous les points sur le cercle donnéCrp, la valeurrpétant donc le rayon de ce cercle donnéCrp. Un pointPpeut donc être défini par ses coordonnées polairesP (rp, θ(P) ). Pour tout pointPdu corps aimanté10sur le cercle donnéCrp, le vecteur aimantationM(P)en un tel pointPdu cercle donnéCrpprésente, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, un vecteur projeté dont l’orientation relative φ(P), par rapport au segment radial particulierS R pà ce pointP, est une fonction qui est continûment variable selon une loi de variation φ(P ), qui est ci-après dénommée loi de variation de l’orientation relative du vecteur aimantation, et qui est une fonction de la position angulaireθ (P)du pointPdu corps aimanté10 .Comme on le verra plus loin, la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation peut aussi être une fonction de la distancerpdu pointPà l’axe principalA’, distancerpqui est identique pour tous les points sur le cercle donnéCrp. Dans ce cas, on peut généraliser en stipulant que la loi de variation d’orientation relative φ(P ) du vecteur aimantation est une fonction de la position angulaireθ (P)qui peut donc s’exprimer sous la forme de φ(rp, θ(P)). Sur un cercle donnéCrpde rayonrpautour de l’axe principalA’, la loi de variation d’orientation relative φ(P ) du vecteur aimantation peut donc s’exprimer sous la forme de φrp(θ(P)).
L’orientation relative φ( P )correspond à l’angle entre, d’une part, le vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, du vecteur aimantationM(P), et, d’autre part, le segment radial particulierSR pà ce pointP. La variation d’orientation relative dφrp(θ(P)) se définit comme la variation d’orientation que fait le vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, du vecteur aimantationM(P), lorsqu’on se déporte d’un déport angulaire dθ(P) sur le cercle donnéCrpautour de l’axe principalA’.
La loi de variation de l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation est une fonction périodique présentant un nombre Np pair supérieur ou égal à 2 de périodes angulairesT sur les 360° du corps aimanté10autour de l’axe principalA’. Autrement dit, pour deux pointsPetP’du corps aimanté10qui sont décalés angulairement d’une période angulaire T autour de l’axe principalA’, et qui sont situés sur un même cercle donnéCrpautour de l’axe principalA’, donc à une même distancerpde de l’axe principalA’, les vecteurs aimantationM(P) etM(P’)présentent, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, la même orientation relative φ(P)=φ(P’)par rapport au segment radial particulierSR p, SR p’correspondant. On notera cependant que, sauf cas particulier, les vecteurs aimantationM(P)etM(P’)en de tels points n’auront pas nécessairement la même orientation absolue par rapport à l’axe repère fixeXade l’aimant permanent.
La loi de variation de l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation est une fonction continument variable sur une période angulaire T. Autrement dit l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation est une fonction qui varie en tout point sur une période angulaire Tde telle sorte que des points « consécutifs » sur le même cercle donnéCrpautour de l’axe principalA’, présentent une orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation qui est différente.
On note que si l’on s’intéresse à l’orientation absolue du vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, du vecteur aimantationM(P), par rapport à l’axe repère fixeXade l’aimant permanent, celle-ci est définie pour chaque pointPsur le cercle donnéCrppar la relation γrp(P) = φrp(θ(P)) + θ(P). De la sorte, l’orientation absolue du vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, du vecteur aimantationM(P), par rapport à l’axe repère fixeXade l’aimant permanent, est aussi est une fonction qui est continûment variable (selon une loi de variation d’orientation absolue γ(P) = φ(P) + θ(P)) en fonction de la position angulaireθ (P)du pointPdu corps aimanté10. Cette loi de variation présente un nombre impair supérieur ou égal à 3 de périodes angulaires sur les 360° du corps aimanté10autour de l’axe principalA’.
Du fait que la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) est une fonction périodique ayant un nombre Np pair supérieur ou égal à 2 de périodes angulairesTsur les 360° du corps aimanté10autour de l’axe principalA’, pour deux pointsPetP’du corps aimanté10qui sont symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe principalA’, les vecteurs aimantationM(P)etM(P’)présentent, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, la même direction mais un sens opposé.
Dans l’exemple desFigs. 2à5, la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation présente 2 périodes angulaires sur les 360° du corps aimanté10autour de l’axe principalA’, chaque période angulaireTvalant donc 180° d’angle mécanique. Dans l’exemple desFigs. 6et7, la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation présente 4 périodes angulaires sur les 360° du corps aimanté10autour de l’axe principalA’, chaque période angulaireTvalant donc 90° d’angle mécanique.
Dans les exemples illustrés, en se déplaçant sur un cercle donnéCrpautour de l’axe principalA’, la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation implique une variation de 360° de l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal, du vecteur aimantation par rapport au segment radial particulier correspondant au point considéré, pour une variation de la position angulaire du point considéré du corps aimanté10correspondant à une période angulaireTde la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation.
Dans l’exemple desFigs. 2 à 5, on observe donc une variation de 360° de l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantationM(P)par rapport au segment radial correspondantSR p, pour une variation de 180 °de la position angulaire du point considéré autour de l’axe principalA’. Un tel aimant permanent sera particulièrement utile pour des applications dans lesquelles la course utile sur laquelle on veut déterminer la position relative des deux pièces14,16est supérieure ou égale à 90° et inférieure à 180°.
Dans l’exemple desFigs. 6et7, on observe donc une variation de 360° de l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantationM(P)par rapport au segment radial correspondantSR p, pour une variation de 90°de la position angulaire du point considéré du corps aimanté10autour de l’axe principalA’. Un tel aimant permanent sera particulièrement utile pour des applications dans lesquelles la course utile sur laquelle on veut déterminer la position relative des deux pièces14,16est supérieure ou égale à 45° et inférieure à 90°, afin d’exploiter un maximum de la variation l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantationM(P)sur la course utile.
On note que l’on peut généralement considérer que, pour tout point P et P’ d’un corps aimanté, les vecteurs aimantationM(P)etM( P’)présentent la même norme. En effet, lors de l’aimantation du corps aimanté, on veillera en général à aimanter le corps aimanté jusqu’à la saturation magnétique. Cela implique notamment de négliger la variation d’aimantation en fonction du champ magnétique dans l’aimant, ce qui est, en général vrai dans la plage de fonctionnement normal de l’aimant.
Dans la suite, on considère que la norme du vecteur aimantationM(P )est identique pour tout pointPdu corps aimanté10, notamment pour tout pointPappartenant à un même cercle donné autour de l’axe principalA’. Dans un tel cas, pour de tels points P et P’ symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe principalA’, les vecteurs aimantationM(P)etM(P’)présentent, en projection sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, des projections parallèles, de sens opposés, et de même norme.
On notera que, pour différents points du corps aimanté10situés sur un même segment radial issu de l’axe principalA’, l’orientation relative du vecteur aimantation peut légèrement varier en fonction du rayon «rp» auquel se trouve le pointPconsidéré. Cette variation est notamment due au dispositif d’aimantation qui, en pratique, crée souvent un champ magnétique ayant une « rotation » imparfaite, mais aussi aux conditions aux limites au niveau des surfaces interne et externe6et8du corps aimanté10 pendant l’aimantation. Cependant, des calculs par simulation ont montré que, pour différents points du corps aimanté10situés sur un même segment radial issu de l’axe principalA’, l’orientation relative du vecteur aimantation (de même que l’orientation absolue), en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, varie de moins de 10 degrés d’angle en fonction du rayon «rp» auquel se trouve le pointPconsidéré, cette variation étant de manière générale une variation continue.
Sur un cercle donnéCrpautour de l’axe principalA’, la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation implique une variation positive de l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal, du vecteur aimantationM(P)en un pointPconsidéré, par rapport au segment radial particulierSR ppassant par ce pointPconsidéré, en fonction d’une variation positive de la position angulaire du point considéré du corps aimanté autour de l’axe principalA’. On appelle variation positive de la position angulaire du point du corps aimanté autour de l’axe principal une variation selon un sens arbitraire autour de l’axe principalA’. Avec cette convention, pour une variation élémentaire dθ(P) de la position angulaireθ(P)du pointPdu corps aimanté autour de l’axe principalA’, très inférieure à la période angulaireTde la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation, la variation élémentaire dφrp(θ(P)) de l’orientation relative du vecteur magnétisation se fait, autour d’un axe parallèle à l’axe principalA’et passant par le pointPconsidéré, dans le même sens arbitraire de rotation. On a ainsi, en tout pointPdu corps aimanté sur ce cercle donnéCrp, sur une période angulaireT, dφrp(θ(P)) / dθ(P) >= 0.
De préférence, sur cercle donnéCrpautour de l’axe principalA’, la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation implique une variation positive non nulle de l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal, du vecteur aimantationM(P)en un pointPconsidéré, par rapport au segment radial particulierSR ppassant par ce pointPconsidéré, en fonction d’une variation positive non nulle de la position angulaire du point considéré du corps aimanté autour de l’axe principalA’. On a ainsi, on a de préférence, en tout point (P) du corps aimanté sur ce cercle donnéCrp, sur une période angulaireT, dφrp(θ(P)) / dθ(P) > 0, donc strictement positif.
De manière non intuitive, cette variation de même sens permet la génération d’un champ d’induction magnétique essentiellement dans le volume interne V qui est délimité par le corps aimanté 10. Ainsi, comme on peut le voir sur la et sur la Fig. 7, l’aimant permanent ne génère aucun champ magnétique significatif à l’extérieur de son volume, c’est-à-dire en tout point situé radialement au-delà de sa surface externe 8 par rapport à l’axe principal A’. Cela permet de ne pas polluer l’espace environnant avec un champ magnétique non souhaité.
De préférence, le corps aimanté10présente une aimantation plane, c’est-à-dire telle que, en tout point du corps aimanté, le vecteur aimantation en ce point est parallèle à un plan d’aimantation perpendiculaire à l’axe principalA’. Dans un tel cas, le vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal A’, du vecteur aimantationM(P) est confondu avec le vecteur aimantation M(P). En d’autres termes, sous cette condition, le vecteur aimantation M(P)et son vecteur projeté en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’sont identiques. Sachant que, pour un aimant aimanté à la saturation magnétique, la norme du vecteur aimantationM(P)est quasiment constante pour tout pointPdu corps aimanté, alors, pour des pointsPetP’symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe principalA’, les vecteurs aimantationM(P)etM(P’)sont parallèles, de sens opposés, et de même norme, donc des vecteurs symétriques.
Bien entendu, cette caractéristique de planéité s’apprécie en fonction des tolérances généralement reconnues en matière de magnétisation des corps aimantés. Le plan d’aimantation est donc un plan théorique. D’une part, il est connu que l’aimantation est soumise à des effets de bords qui peuvent modifier localement l’aimantation à proximité des surfaces externes du corps aimanté. En ces points, il peut ne pas y avoir de strict parallélisme du vecteur aimantation avec le plan d’aimantation qui est un plan théorique. De même, il est connu que des défauts d’homogénéité du matériau magnétique peuvent localement affecter l’aimantation. Le plan d’aimantation doit donc s’entendre comme représentatif de l’aimantation en chaque point du corps aimanté, pris dans sa globalité, en prenant en compte majoritairement les points qui ne sont pas affectés ni par les effets de bords ni par les défauts d’homogénéité manifestement non recherchés, donc notamment les points au cœur du corps aimanté.
Dans les exemples illustrés, on a illustré le cas où le plan d’aimantation est strictement perpendiculaire à l’axe principalA’. On conçoit que la notion de strict de perpendicularité du plan d’aimantation par rapport à l’axe principalA’doit s’apprécier là aussi au regard de la technique habituelle dans le domaine des champs magnétiques et notamment de l’aimantation des corps aimanté. Elle doit encore s’apprécier au regard des avantages et bénéfices de l’invention, notamment la robustesse de la mesure délivrée par un système de capteur réalisé avec un tel corps aimanté aux défauts de positionnement relatifs, entre le corps aimanté et les éléments de mesure, selon la direction de l’axe principalA’.
Aussi, au sens de la présente invention, on considérera que le plan d’aimantation est strictement perpendiculaire à l’axe principalA’s’il forme avec l’axe considéré un axe inférieur à 5 degrés. On considérera que le plan d’aimantation est perpendiculaire à l’axe principalA’s’il forme avec l’axe considéré un angle d’inclinaison inférieur à 30 degré, de préférence inférieur à 20 degrés.
De préférence, sur un cercle donnéCrpautour de l’axe principalA’, la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation est une loi bijective sur une période angulaireTde la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation. Cette relation de bijection favorise l’obtention, dans le volume interneVdélimité par le corps aimanté10, d’un champ d’induction magnétiqueBmtel que l’on peut obtenir une relation entre d’une part au moins 4 mesures de l’induction magnétique dans ce volume interne V, et d’autre part la position angulaire relativeΩ(t) en rotation entre l’aimant et les points de mesure, qui est aussi une relation bijective sur une période angulaire T. On peut ainsi associer, au sein d’une période angulaireT, une position angulaire relativeΩ(t) unique en rotation entre l’aimant permanent et les points de mesure.
De préférence, on cherchera à obtenir que, sur un cercle donnéCrpautour de l’axe principalA’, la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation soit une loi linéaire, c’est-à-dire de type φrp(θ(P)) = a0 θ(P) + b0, avec a0 coefficient directeur positif non nul et b0 une constante.
Ainsi, dans l’exemple desFigs. 2à4, avec la convention de choisir comme axe repèreXadu repère de l’aimant l’axe passant par un point en lequel l’orientation relative du vecteur magnétisation est nulle, on a la relation
φrp(θ(P)) = 2 θ(P)
φrp(θ(P)) = 2 θ(P)
On notera que, dans les modes de réalisation illustrés, le corps aimanté10est un corps continu sur 360° autour de l’axe principalA’, donc réalisé en une seule pièce avec continuité de matière. On verra plus loin comment l’aimantation désirée peut être réalisée dans un tel corps continu sur 360°. Cependant, en variante, le corps aimanté pourrait être formé de corps aimantés élémentaires juxtaposés sur 360° autour de l’axe principal. Dans une telle variante, l’aimantation pourrait être réalisée soit après l’assemblage des corps aimantés élémentaires, de manière similaire à ce qui est proposé pour un corps continu sur 360°, soit avant l’assemblage des corps aimantés élémentaires.
Il est par ailleurs proposé un procédé de fabrication d’un corps aimanté ayant les propriétés ci-dessus.
Dans ce procédé, on fournit un corps de matériau magnétisable10ayant une forme telle que définie ci-dessus. Le matériau magnétisable est notamment un matériau ferromagnétique, notamment ferromagnétique dur, ferrimagnétique, ou antiferromagnétique, capable de former, après une aimantation contrôlée, un aimant permanent. De tels matériaux incluent des alliages, par exemple de néodyme, de fer et de bore (Nd2Fe14B) de Samarium et de Cobalt (SmCo5 et Sm2Co17), et les ferrites, ainsi que les AlNiCo.
Pour la mise en œuvre du procédé, on dispose, comme illustré auxFigs. 4et6, à proximité du corps de matériau magnétisable10, un réseau20de conducteurs électriques parallèles22, appelés chacun conducteur d’aimantation22, comprenant plusieurs faisceaux24de conducteurs électriques parallèles22, orientés chacun selon un axe parallèle à l’axe principalA’. Un conducteur d’aimantation22est de préférence constitué d’un fil ou d’un barreau en matériau conducteur, par exemple en cuivre, allongé selon l’orientation de l’axe principalA’.
Dans les exemples illustrés, les conducteurs d’aimantation22sont disposés de manière à traverser, selon la direction de l’axe principalA’, le volume interneVdélimité par le corps aimanté10. Les conducteurs d’aimantation22sont disposés de préférence à proximité de la surface interne6du corps aimanté10.
On appelle faisceau24de conducteurs d’aimantation22un groupe de conducteurs d’aimantation dans lesquels, à un instant donné, le courant circule dans un même sens et dans lesquels les conducteurs d’aimantation22ne sont pas séparés par un conducteur d’aimantation22dans lequel le courant circule dans un autre sens, dans le repère lié à l’aimant. Un faisceau24peut comprendre un unique conducteur d’aimantation22, ou, de préférence, plusieurs conducteurs d’aimantation22, par exemple dans la gamme allant de 4 à 40 conducteurs d’aimantation22pour un faisceau24. Différents faisceaux24peuvent comprendre un nombre différent de conducteurs d’aimantation22.
Chaque faisceau24est compris dans l’espace dans un secteur angulaire distinct autour de l’axe principalA’dont la mesure angulaire est inférieure ou égale à la moitié d’une période angulaireTde la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation que l’on souhaite créer dans l’aiment permanent, de préférence sur une plage angulaire autour de l’axe principalA’qui est le plus proche possible de la moitié d’une période angulaire de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation. La mesure angulaire du secteur angulaire dans lequel est compris chaque faisceau est égale à 360 degrés d’angle divisés par le nombre de faisceaux. Les faisceaux24sont décalés angulairement l’un de l’autre autour de l’axe principalA’. De préférence, deux faisceaux24consécutifs sont directement juxtaposés l’un à l’autre angulairement autour de l’axe principalA’. Ainsi, sur une période angulaire de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation, on dispose deux faisceaux24consécutifs, l’un avec des conducteurs d’aimantation22dans lesquels, à un instant donné, le courant circule dans un même sens et l’autre dans lequel le courant circule dans un autre sens dans les conducteurs d’aimantation22.
Dans un faisceau24, certains des conducteurs d’aimantation22ou tous les conducteurs d’aimantation22peuvent être accolés les uns aux autres. Dans ce cas, on peut prévoir que les conducteurs d’aimantation22soient isolés électriquement les uns des autres, par exemple par une gaine isolante. A contrario, un ou plusieurs conducteurs d’aimantation22d’un faisceau24peuvent être écartés transversalement des autres conducteurs d’aimantation du même faisceau24, ou tous les conducteurs d’aimantation22peuvent être écartés les uns des autres. Un faisceau24peut comprendre une enveloppe externe, par exemple en matériau isolant électriquement, entourant les conducteurs d’aimantation22du faisceau.
Le nombre de faisceaux 24 de conducteurs électriques parallèles 22 est un multiple non nul de 4. Plus précisément, on prévoira avantageusement un faisceau 24 de conducteurs électriques parallèles pour chaque demi-période T/2 de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation voulue dans le corps aimanté que l’on cherche à fabriquer. Dans l’exemple de la , pour réaliser un corps aimanté 10 ayant deux périodes angulaires de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation sur les 360° du corps aimanté 10, on dispose ainsi quatre faisceaux 24, dont chacun s’étend, dans le volume interne V délimité par le corps d’aimant 10, sur 90° autour de l’axe principal A’. Dans deux des faisceaux 24, décalés l’un de l’autre de 180° autour de l’axe principal A’, le courant circule selon un premier sens selon l’orientation des conducteurs d’aimantation, tandis que dans les deux autres faisceaux, décalés l’un de l’autre de 180° autour de l’axe principal A’ et interposés entre les deux autres, le courant circule selon un second sens, opposé au premier. Dans l’exemple de la , pour réaliser un corps aimanté 10 ayant quatre périodes angulaires de la loi de variation d’orientation φrp(θ(P)) relative du vecteur aimantation sur les 360° du corps aimanté 10, on dispose ainsi huit faisceaux 24, dont chacun s’étend, dans le volume interne V délimité par le corps d’aimant 10, sur 45°. Dans quatre des faisceaux 24, décalés l’un de l’autre de 90° autour de l’axe principal A’, le courant circule selon un premier sens selon l’orientation des conducteurs d’aimantation, tandis que dans les quatre autres faisceaux, décalés l’un de l’autre de 90° autour de l’axe principal A’ et interposés entre les quatre autres, le courant circule selon un second sens, opposé au premier.
Typiquement, les faisceaux24sont disposés, pour leurs conducteurs d’aimantation22les plus proches de la surface interne6du corps en matériau magnétisable10, à moins de 10 mm de la surface interne6 voire à moins de 5 mm de la surface interne6.
Le procédé implique bien entendu la circulation d’un courant électrique dans les faisceaux de conducteurs d’aimantation22, le sens de circulation du courant étant, à un instant donné, par exemple un instant pour lequel l’intensité du courant est maximale, identique dans tous les conducteurs d’aimantation22d’un même faisceau24, et étant inverse dans deux faisceaux24immédiatement adjacents atour de l’axe principalA’.
Par cette circulation du courant électrique, on peut ainsi distinguer un ou plusieurs faisceaux24 aller, formant un groupe aller de faisceaux, dans lesquels, à un instant donné, par exemple un instant pour lequel l’intensité du courant est maximale, le courant circule selon le premier sens, et un ou plusieurs faisceaux24 retour, formant un groupe retour de faisceaux, dans lesquels, au même instant donné, le courant circule selon le second sens, inverse du premier.
De la sorte, le courant électrique circulant dans les faisceaux24est apte à générer, autour du réseau20et donc dans le corps de matériau magnétisable24, un champ magnétique d’aimantation propre à aimanter le corps de matériau magnétisable. Notamment, ce courant électrique doit présenter une valeur maximale d’intensité suffisante. Par la disposition des faisceaux24perpendiculairement à l’axe principalA’, et en alternant les faisceaux aller et les faisceaux retour, on peut générer un champ magnétique propre à conférer, au corps en matériau magnétisable, une aimantation telle que décrite ci-dessus.
Notamment, le champ magnétique créé par le réseau de conducteurs d’aimantation est de préférence apte à saturer magnétiquement le matériau magnétisable, en tous points de celui-ci. Une fois ainsi magnétisé, le corps en matériau magnétisable peut servir de corps de matériau magnétique10dans une méthode et dans un système de capteur1selon l’invention.
On pourra pour cela adapter notamment les paramètres suivants :
- intensité du courant électrique dans un faisceau, et donc dans un conducteur, en prenant en compte notamment l’intensité maximale ;
- densité des faisceaux en conducteurs ;
- positionnement relatif des faisceaux et des conducteurs dans un faisceau ;
- nombre de conducteurs par faisceau ;
- écartement des faisceaux par rapport au corps de matériau magnétisable, et notamment par rapport à la surface interne6du corps de matériau magnétisable10;
- etc….
On note que différents faisceaux24ne comportent pas nécessairement le même nombre de conducteurs. Cependant, de préférence, la disposition des conducteurs dans chaque faisceau24est identique d’un faisceau à l’autre, moyennant une rotation, entre deux faisceaux angulairement consécutifs, d’un angle égal à la mesure du secteur angulaire dans lequel est contenu un faisceau, à savoir 360 degrés d’angle divisés par le nombre de faisceaux. Les faisceaux24seront donc de préférence identiques entre eux, notamment en nombre, dimensions et disposition des conducteurs d’aimantation avec seulement un décalage angulaire d’une demi-période entre deux faisceaux24consécutifs.
Dans un faisceau donné, les conducteurs d’aimantation22du faisceau24sont de préférence répartis angulairement de manière uniforme autour de l’axe principalA’. On peut avantageusement prévoir que, dans un faisceau donné, les conducteurs d’aimantation22du faisceau24sont répartis sur un arc de cercle centré sur l’axe principal ou, comme dans les exemples illustrés auxFigs. 4et6, sur plusieurs arcs de cercle concentriques centrés sur l’axe principalA’. De préférence, les conducteurs d’aimantation22du faisceau24sont contenus à l’intérieur d’une surface enveloppe dont la section, dans un plan perpendiculaire à l’axe principal A’, est un secteur d’un anneau autour de l’axe principalA’.
Dans le groupe aller de faisceaux24, d’une part, et dans le groupe retour de faisceaux24, d’autre part, on peut prévoir que plusieurs faisceaux24, voire tous les faisceaux24, soient alimentés électriquement en parallèle. De même, dans un faisceau24donné, on peut prévoir que plusieurs conducteurs d’aimantation22ou tous les conducteurs d’aimantation,22soient alimentés électriquement en parallèle.
Cependant, de préférence, on prévoira que plusieurs faisceaux24, voire tous les faisceaux24, y compris des faisceaux aller et des faisceaux retour, soient connectés électriquement en série. On pourra prévoir que plusieurs conducteurs d’aimantation22, voire tous les conducteurs d’aimantation22, y compris des conducteurs d’aimantation aller et des conducteurs d’aimantation retour, soient connectés électriquement en série pour former une ou plusieurs bobines d’aimantation.
On peut ainsi prévoir que les conducteurs d’aimantation22des faisceaux sont formés par des tronçons d’au moins un enroulement d’un bobinage d’un fil conducteur le long duquel se succèdent, répétitivement, au moins un conducteur d’aimantation22d’un faisceau aller, un tronçon de liaison, et un conducteur d’aimantation22d’un faisceau retour, un autre tronçon de liaison et un autre un conducteur d’aimantation22d’un faisceau aller. Ainsi, au sein d’un réseau, on peut regrouper l’ensemble des conducteurs d’aimantation22en un seul enroulement de bobinage, en deux enroulements de bobinages ou en plus de deux enroulements de bobinages.
Dans un autre mode de réalisation (non représenté), un réseau de conducteurs pourrait être formé d’une grille comportant, d’un côté du corps en matériau magnétisable, une première barre ou plaque de liaison à un premier potentiel électrique, et, de l’autre côté du corps en matériau magnétisable, une seconde barre ou plaque de liaison à un second potentiel électrique. Chaque conducteur du réseau pourrait alors prendre la forme d’un segment rectiligne dont la longueur correspondrait à la distance entre les barres ou plaques, chaque conducteur s’étendant entre les deux barres ou plaques, et étant relié par ses deux extrémités respectivement à la première et à la seconde barre ou plaque de liaison.
Les conducteurs d’aimantation22présentent une longueur selon leur orientation qui s’étend entre deux têtes d’alimentation qui peuvent par exemple être constituées chacune par le tronçon de liaison dans le cadre d’un bobinage, ou par une barre ou plaque de liaison dans le cadre d’un faisceau formé d’une grille. Dans les têtes d’alimentation, le courant électrique peut circuler selon une direction transversale ou sensiblement transversale par rapport à l’orientation des conducteurs. Il est souhaitable de limiter l’influence magnétique de ces courants, pour limiter les perturbations sur l’aimantation du corps de matériau magnétisable, et il est donc souhaitable que les conducteurs d’aimantation aient une longueur suffisante pour atteindre ce but. Les conducteurs d’aimantation22auront ainsi une longueur axiale supérieure à l’étendue axiale du corps de matériau magnétisable10, de préférence une longueur axiale supérieure ou égale à 4 fois l’étendue axiale du corps de matériau magnétisable10.
Un aimant permanent tel que décrit ci-dessus génère, en dehors du corps aimanté 10, un champ d’induction magnétique Bm tel que représenté sur la ou sur la pour les deux exemples de réalisation décrits ci-dessus.
Ce champ d’induction magnétique créé par l’aimant permanent possède, dans le volume interneVdélimité par la surface interne6du corps aimanté10, une propriété analogue à celle décrite ci-dessus à propos de vecteur magnétisation dans le corps aimanté10. Tout pointEdu volume interneV délimité par la surface interne6du corps aimanté10peut être considéré comme étant sur un cercle donné autour de l’axe principalA’. Chaque pointEdu volume interneV sur ce cercle donné possède une position angulaire définie par l’angle formé, autour de l’axe principal, entre l’axe repère fixe de l’aimant permanent décrit ci-dessus, et un segment radial particulier issu de l’axe principal et passant par ce pointE. Avec un aimant permanent ayant l’aimantation ci-dessus, on constate que l’induction magnétiqueBmgénérée par l’aimant permanent en ce point du cercle donné présente, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, un vecteur projeté dont l’orientation relative par rapport au segment radial particulier à ce point est une fonction continûment variable selon une loi de variation d’orientation relative, par rapport au segment radial particulier issu de l’axe principal et passant par ce pointE, en fonction de la position angulaire du pointEdu volume interneV. De même, on constate aussi que la loi de variation d’orientation relative de l’induction magnétique générée par l’aimant permanent en un point E du cercle donné est une fonction périodique présentant le même nombre entier pair Np supérieur ou égal à 2 de périodes angulaires sur les 360° du volume interneV autour de l’axe principalA’. La loi de variation d’orientation relative de l’induction magnétiqueBmgénérée par l’aimant permanent présente donc le même nombre Np de périodes angulaires que la loi de variation d’orientation relative du vecteur aimantation dans le corps aimanté10. Bien entendu, ces propriétés seront rencontrées de manière plus précise dans une zone médiane (selon la direction axiale) du volume interneV, à une certaine distance des deux extrémités axiales du corps aimanté, encore plus particulièrement dans un plan médian de l’aimant permanent, c’est-à-dire un plan perpendiculaire à l’axe de rotation qui est à égale distance des extrémités axiales du corps aimanté10.
Pour une variation de φrp(θ(P)) proche de la variation linéaire, pour différents pointsEdu volume interneV délimité par le corps aimanté10, situés sur un même segment radial issu de l’axe principalA’, l’orientation, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire sur un plan perpendiculaire à l’axe principalA’, du vecteur de l’induction magnétiqueBminduite par le corps aimanté varie peu en fonction du point. En revanche, pour différents pointsEdu volume interneV délimité par le corps aimanté10, situés sur un même segment radial issu de l’axe principalA’, la norme du vecteur de l’induction magnétiqueBminduite par le corps aimanté varie en fonction de la distance à laquelle se trouve le point E considéré par rapport à l’axe principalA’. L’induction magnétique est nulle au centre de l’aimant et son intensité augmente en fonction de la distance à laquelle se trouve le point E considéré par rapport à l’axe principalAjusqu’à une valeur maximale près de la surface interne de l’aimant. Cette valeur maximale dépend du matériau et des dimensions de l’aimant.
Aussi, un système de capteur1pour la détermination d’une position angulaire relativeΩ(t) d’une première pièce14par rapport à une seconde pièce16autour d’un axe de rotationAsera avantageusement conçu de la manière suivante.
Le système de capteur1comprend bien entendu un aimant permanent ayant un corps aimanté10ayant les caractéristiques ci-dessus. Pour les exemples de réalisation desFigs . 8à12, on décrira plus particulièrement le cas d’un aimant permanent ayant une loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation présentant 2 périodes angulaires sur les 360° du corps aimanté autour de son axe principalA’. Dans tous les cas, on veillera à ce que l’aimant permanent soit disposé de telle sorte que l’axe principalA’du corps aimanté10coïncide avec l’axe de rotationAde la rotation relative entre la première pièce14et la seconde pièce16.
Dans ce cadre, on a vu que le système de capteur 1 comporte un ensemble principal de 4 éléments de mesure 12.11, 12.12, 12.21, 12.22 de l’induction magnétique B, qui seront disposés dans le volume interne V délimité par la surface interne 6 du corps aimanté 10. Différentes possibilités de positionnement et d’orientation sont possibles pour ces éléments de mesure 12.11, 12.12, 12.21, 12.22. Un cas général de disposition est illustré à la qui illustre donc un mode de réalisation d’un système de capteur 1. Des modes de réalisation plus particuliers sont décrits aux Figs. 9 à 12.
Dans tous les cas, le système de capteur1comporte un couple primaire d’éléments de mesure12.11,12.12comprenant un premier élément primaire de mesure12.11et un deuxième élément primaire de mesure12. 1 2.
Le premier élément primaire de mesure12.11est disposé en un premier point primaire de mesureE11fixe par rapport à la seconde pièce16. Ce premier élément primaire de mesure12.11permet de déterminer, en ce premier point primaire de mesureE11, une première composante primaire B11 de l’induction magnétique en ce pointE11, selon un vecteur primaire de mesureD1perpendiculaire à l’axe de rotationA.
Le deuxième élément primaire de mesure12.12est disposé en un deuxième point primaire de mesureE12qui lui aussi fixe par rapport à la seconde pièce16. Ce deuxième élément primaire de mesure12.12permet de déterminer, en ce deuxième point primaire de mesureE12, une deuxième composante primaire B12 de l’induction magnétique B selon le même vecteur primaire de mesureD1que celui du premier élément primaire de mesure12.11. On note que le deuxième élément primaire de mesure12.12permet de déterminer, en ce deuxième point primaire de mesureE12, une deuxième composante primaire B12 de l’induction magnétique B selon le même vecteur primaire de mesureD1que celui du premier élément primaire de mesure12.11 même s’il est monté en sens inverse par rapport au premier élément primaire de mesure12.11. En effet, dans ce cas, le deuxième élément primaire de mesure12.12délivre une deuxième composante primaire brute qu’il suffit de multiplier par le facteur (-1) pour obtenir la une deuxième composante primaire B12 de l’induction magnétique B selon le même vecteur primaire de mesureD1.
Le premier point primaire de mesureE11et le deuxième point primaire de mesureE12sont des points distincts entre eux sur un même segment diamétral primaireSD1par rapport à l’axe de rotation A. Ces deux pointsE11etE12sont fixes par rapport à la seconde pièce16, et fixes entre eux. Ces deux pointsE11etE12sont situés à l’intérieur du volume interneVdélimité par le corps aimanté10. On verra qu’il existe des positions préférentielles pour ces deux pointsE11etE12sur le segment diamétral primaireSD1. En effet, on prévoira avantageusement que ces deux points primaires de mesureE11etE12soient de préférence symétriques de l’autre par rapport à l’axe de rotationA. Cependant, cette condition n’est pas obligatoire. On peut ainsi avoir les deux points primaires de mesureE11etE12, disposés de part et d’autre de l’axe de rotationA, mais à des distances différentes de l’axe de rotationA, ou encore disposés du même côté de l’axe de rotationA, toujours à des distances différentes de celui-ci.
De manière générale, le vecteur primaire de mesureD1forme, par rapport au segment diamétral primaireSD1, un angle relatif primaire de mesureµ 1. Là encore, cet angle primaire relatif de mesureµ 1peut être quelconque, mais sera de préférence égal à 0° ou à 90°, de sorte que le vecteur primaire de mesureD1sera dans un tel cas respectivement parallèle ou perpendiculaire au segment diamétral primaireSD1.
De préférence, le vecteur primaire de mesureD1est contenu dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotationA.
Par ailleurs, les deux éléments primaires de mesure mesurent chacun une composante primaire de l’induction magnétique selon le même vecteur primaire de mesureD1. Avec une telle disposition des deux éléments primaires de mesure du couple primaire d’éléments de mesure, et en tenant compte du caractère symétrique du champ d’induction magnétiqueBmcréée par l’aimant permanent dans le volume interneV, on s’assure que les deux éléments du même couple mesurent, selon le même vecteur de mesureD1, l’induction magnétique en deux points en lesquels l’induction magnétiqueBmcréée par l’aimant permanent est vectoriellement différente.
Le système de capteur1comporte par ailleurs un couple secondaire d’éléments de mesure12.21,12.22, comprenant un premier élément secondaire de mesure12.21et un deuxième point secondaire de mesure12.22.
Le premier élément secondaire de mesure12.21est disposé en un premier point secondaire de mesureE 21fixe par rapport à la seconde pièce16. Ce premier élément secondaire de mesure12.2 1permet de déterminer, en ce premier point secondaire de mesureE21, une première composante secondaire B21 de l’induction magnétique B, selon un vecteur secondaire de mesureD2perpendiculaire à l’axe de rotationA.
Le deuxième élément secondaire de mesure12.22est disposé en un deuxième point secondaire de mesureE22qui lui aussi fixe par rapport à la seconde pièce16. Le deuxième élément secondaire de mesure12.22permet de déterminer, en ce deuxième point secondaire de mesure, une deuxième composante secondaire B22 de l’induction magnétique B, selon le même vecteur secondaire de mesureD2que celui du premier élément secondaire de mesure12.21. Comme vu plus haut pour le couple primaire de mesure, le deuxième élément secondaire de mesure12.22permet de déterminer, en ce deuxième point secondaire de mesureE22, une deuxième composante secondaire B22 de l’induction magnétique B selon le même vecteur secondaire de mesureD2que celui du premier élément secondaire de mesure12.21même s’il est monté en sens inverse par rapport au premier élément secondaire de mesure12.21. En effet, dans ce cas, le deuxième élément secondaire de mesure12.22délivre une deuxième composante secondaire brute qu’il suffit de multiplier par le facteur (-1) pour obtenir la une deuxième composante secondaire B22 de l’induction magnétique B selon le même vecteur secondaire de mesureD2.
Le premier point secondaire de mesureE21et le deuxième point secondaire de mesureE22sont des points distincts entre eux sur un même segment diamétral secondaireSD2par rapport à l’axe de rotationA. Ces deux pointsE21etE22sont fixes par rapport à la seconde pièce16, et fixes entre eux. Ces deux pointsE21etE2sont situés à l’intérieur du volume interneVdélimité par le corps aimanté10. Tout comme pour les points primaires de mesureE11etE12, on verra qu’il existe des positions préférentielles pour ces deux points secondaires de mesureE 2 1etE 2 2sur le segment diamétral secondaireSD 2. En effet, on peut prévoir avantageusement que ces deux points secondaires de mesureE 2 1etE 2 2soient de préférence symétriques de l’autre par rapport à l’axe de rotationA. Cependant, cette condition n’est pas obligatoire. On peut ainsi avoir les deux points secondaires de mesureE21etE22, disposés de part et d’autre de l’axe de rotation, mais à des distances différentes de l’axe de rotationA, ou encore disposés du même côté de l’axe de rotationA, toujours à des distances différentes de celui-ci.
De manière générale, le vecteur secondaire de mesureD2forme, par rapport au segment diamétral secondaireSD2, un angle relatif secondaire de mesureµ 2. Là encore, cet angle secondaire relatif de mesureµ 2peut être quelconque, mais sera de préférence égal à 0° ou à 90°, de sorte que le vecteur secondaire de mesureD 2sera dans un tel cas respectivement parallèle ou perpendiculaire au segment diamétral secondaireSD2.
Chaque élément de mesure comporte au moins un composant magnéto-sensible, par exemple à effet Hall, qui délivre aux moins un signal électrique, par exemple numérique et/ou analogique, représentatif de la composante correspondante du vecteur représentatif de l’induction magnétique B au point de mesure de l’élément de mesure considéré, par rapport au vecteur de mesure de cet élément sensible. Cette composante peut être positive ou négative suivant que le vecteur représentatif de l’induction magnétique B, au point de mesure de l’élément de mesure considéré, est, en projection sur le vecteur de mesure, de même sens que le vecteur de mesure de cet élément sensible, ou de sens contraire.
A titre d’exemple, il est possible d’utiliser un composant de la famille MLX90372 - Triaxis® Position Processor commercialisé par la société Melexis NV, Rozendaalstraat 12, B-8900 Ieper, Belgique, notamment un composant de la sous-famille « Angular Rotary Strayfield Immune », tel que décrit dans le document «MLX90372 - Triaxis® Position Processor Datasheet - REVISION 8 - 08 MAR 2019».
Les différents modes particuliers de réalisation de l’invention qui sont illustrés sur les figures peuvent être séparés en deux familles principales. Dans une première famille de modes de réalisation, tels que ceux desFigs. 8,9et12, le segment diamétral primaireSD1et le segment diamétral secondaireSD2sont distincts et on peut alors déterminer un écart angulaireδ 12 entre les deux autour de l’axe de rotationA. Dans une seconde famille de modes de réalisation, tels que ceux desFigs. 10et11, le segment diamétral primaireSD1et le segment diamétral secondaireSD2sont confondus, de telle sorte que les quatre éléments de mesure sont tous les quatre situés sur un même segment diamétral par rapport à l’axe de rotation. Dans ce cas, on peut considérer que l’écart angulaireδ 12entre le segment diamétral primaireSD1et le segment diamétral secondaireSD2est nul. Dans un repère donné, l’écart angulaireδ 12entre le segment diamétral primaireSD1et le segment diamétral secondaireSD2est égal à la position angulaire du segment diamétral secondaireSD2à laquelle on retranche la position angulaire du segment diamétral primaireSD1.
De manière générale, le système de capteur1est avantageusement agencé de sorte que la somme [(µ 2-µ 1) + Np xδ 12] de, d’une part, l’écart angulaire (µ 2-µ 1) entre l’angle relatif secondaire de mesureµ 2et l’angle angle relatif primaire de mesureµ 1, avec, d’autre part, l’écart angulaireδ 12, multiplié par le nombre Np de périodes de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur d’aimantation en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté, entre le segment diamétral secondaireSD2et le segment diamétral primaireSD1 ,est non nulle et différente d’un multiple de 180°.
Cette condition permet d’obtenir deux mesures de composante primaire, i.e. deux mesures selon le vecteur primaire de mesure, et deux mesures de composante secondaire, i.e. deux mesures selon le vecteur secondaire de mesure, dans des conditions telles que les mesures de la composantes primaire sont linéairement indépendantes des mesures de la composante secondaire, ou peuvent être projetées sur des vecteurs orthogonaux de manière à donner des composantes primaires projetées qui sont linéairement indépendantes de composantes secondaires projetées.
De manière préférentielle, et comme cela est le cas notamment des modes de réalisation desFigs. 9,10,11et12, le système de capteur est agencé de sorte que la somme [(µ 2-µ 1) + Np xδ 12] de, d’une part, l’écart angulaire (µ 2-µ 1) entre l’angle relatif secondaire de mesureµ 2et l’angle angle relatif primaire de mesureµ 1, avec, d’autre part, l’écart angulaireδ 12, multiplié par le nombre de périodes de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur d’aimantation en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté, entre le segment diamétral secondaireSD2et le segment diamétral primaireSD1est égale, modulo 360 degrés, à 90 degrés ou à 270 degrés.
Cette condition permet d’une part de pouvoir déterminer deux mesures de composante primaire, i.e. deux mesures selon le vecteur primaire de mesure, et deux mesures de composante secondaire, i.e. deux mesures selon le vecteur secondaire de mesure, dans des conditions telles que les mesures de la composantes primaire sont linéairement indépendantes des mesures de la composante secondaire, ce qui facilite le calcul d’angle de l’induction magnétique. On parle alors de mesures déphasées de 90 degrés dans le domaine magnétique.
En l’absence de cette dernière condition, il sera nécessaire, dans une étape intermédiaire, de projeter les deux mesures de composante primaire et les deux mesures de composante secondaire sur une même paire vecteurs orthogonaux de manière à obtenir des composantes primaires projetées et des composantes secondaires projetées sur ces deux vecteurs orthogonaux, avec les deux composantes primaires projetées ainsi obtenues qui sont linéairement indépendantes de composantes secondaires projetées.
Dans certains modes de réalisation appartenant à la première famille de mode de réalisation, tels que celui illustré à la ou celui illustré à la , le système de capteur 1 est agencé de sorte que l’angle relatif secondaire de mesure µ2 et l’angle angle relatif primaire de mesure µ1 sont égaux, et de telle sorte que l’écart angulaire δ12 entre le segment diamétral secondaire SD2 et le segment diamétral primaire SD1 est d’un quart de période angulaire T/4 de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation, modulo la demi période angulaire T/2 de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation. Cette configuration permet aussi d’obtenir des mesures déphasées de 90 degrés dans le domaine magnétique, tel qu’évoqué plus haut.
Dans l’exemple particulier de la ou celui illustré à la , le fait que l’angle relatif secondaire de mesure µ2 et l’angle angle relatif primaire de mesure µ1 sont égaux se traduit par le fait que le vecteur primaire de mesure D1 et le vecteur secondaire de mesure D2 sont tous les deux orientés selon des directions radiales vis-à-vis de leur point de mesure respectif. Ainsi, le vecteur primaire de mesure D1 est orienté selon une direction radiale, par rapport à l’axe de rotation A, qui passe par le premier point primaire de mesure E11 et par le deuxième point primaire de mesure E12, et le vecteur secondaire de mesure D2 est orienté selon une direction radiale, par rapport à l’axe de rotation A, qui passe par le premier point secondaire de mesure E21 et par le deuxième point secondaire de mesure E22. On notera que, dans la mesure où le segment diamétral secondaire SD2 et le segment diamétral primaire SD1 ne sont pas confondus, le fait que l’angle relatif secondaire de mesure µ2 et l’angle angle relatif primaire de mesure µ1 sont égaux implique nécessairement que le vecteur primaire de mesure D1 et le vecteur secondaire de mesure D2 sont distincts dans un repère fixe lié à la seconde pièce 16.
On note que, dans des variantes particulières des modes de réalisation desFig s . 9et12, le fait que l’angle relatif secondaire de mesureµ2et l’angle angle relatif primaire de mesureµ 1sont égaux pourrait se traduire par le fait que le vecteur primaire de mesureD 1et le vecteur secondaire de mesureD2soient tous les deux orientés selon des directions tangentielles par rapport à l’axe de rotationAvis-à-vis de leur point de mesure respectif.
Dans les exemples particuliers desFig s . 9et12, l’écart angulaireδ 12entre le segment diamétral secondaireSD2et le segment diamétral primaireSD1est d’un quart de période angulaire T/4 de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation. Cependant, cet écart angulaireδ 12pourraient être de 3/4, de 5/4 ou de 7/4 de de la période angulaire, quel que soit le nombre Np entier pair de période angulaire la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation sur 360° autour de l’axe principal du corps aimanté10. Dans les cas où la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation comporte 4 périodes angulaires ou plus autour de l’axe principal du corps aimanté10, l’écart angulaireδ 12pourraient être de 9/4, de 11/4 ; etc…de la période angulaire.
Dans certains modes de réalisation appartenant à la seconde famille de modes de réalisation, tels que ceux illustrés à la et à la , le système de capteur 1 est agencé de sorte que le segment diamétral primaire SD1 et le segment diamétral secondaire SD2 sont confondus et que le vecteur primaire de mesure D1 et le vecteur secondaire de mesure D2 sont orthogonaux entre eux. Cette configuration permet elle aussi d’obtenir des mesures déphasées de 90 degrés dans le domaine magnétique, tel qu’évoqué plus haut.
Dans cette seconde famille de modes de réalisation, et comme cela est illustré par exemple dans l’exemple de la et celui de la , on pourra avantageusement prévoir que le premier point primaire de mesure et le premier point secondaire sont confondus en un même point E1. En alternative, ou en combinaison, comme cela est illustré dans l’exemple de la et celui de la , le deuxième point primaire et le deuxième point secondaire sont confondus en un même point E2. En d’autres termes, dans cette seconde famille de modes de réalisation, le premier élément primaire de mesure 12.11 et le premier élément secondaire de mesure 12.21 peuvent être agencés en un même point, et/ou le deuxième élément primaire de mesure 12.12 et le deuxième élément secondaire de mesure 12.22 peuvent être agencés en un même point. Dans un tel cas, les deux éléments de mesures qui sont agencées en un même point, ou agencés très proches l’un de l’autre, peuvent être réunis dans une même cellule de mesure. La notion de mesure en un seul point s’apprécie en fonction de la résolution spatiale de la mesure de position délivrée par le capteur. Par exemple, deux éléments de mesure pourront être considérés en un même point si leurs points de mesure respectifs sont distants de moins de 0,25 millimètre.
Dans toutes les configurations ayant les caractéristiques données ci-dessus, les quatre éléments de mesure12.11, 12.12, 12.21, 12.22délivrent donc chacun une valeur d’une composante de l’induction magnétique B11, B12, B21, B22 en un point de mesure. Avec les caractéristiques données ci-dessus, chaque composante de l’induction magnétique B11, B12, B21, B22 qui est ainsi mesurée diffère des trois autres, prises une à une, soit par le point auquel elle est mesurée soit par le vecteur de mesure selon lequel la composante est mesurée.
Dans certains modes de réalisation, comme ceux desFigs. 9,11et12, le premier point primaire de mesureE11,E1et le deuxième point primaire de mesureE21,E2sont agencés à une même distance de chaque côté de l’axe de rotationA. En complément, ou en alternative, dans certains modes de réalisation, comme ceux desFigs. 9,11et12, le premier point secondaire de mesureE 2 1,E1et le deuxième point secondaire de mesure E 22,E 2sont aussi agencés à une même distance de chaque côté de l’axe de rotation. Dans les deux cas, cela permet aux deux éléments de mesure d’un même couple de mesurer l’induction magnétique créée par l’aimant permanent en deux points où les vecteurs respectifs de l’induction magnétique sont opposés l’un de l’autre mais présentent la même norme. Cela exploite au mieux le fait que le corps aimanté10présente une géométrie et une aimantation qui sont symétriques par rapport à l’axe principalA ’, donc par rapport à l’axe de rotationAsi on néglige les incertitudes de positionnement, de sorte que le champ de l’induction magnétiqueBmcréée par l’aimant dans le volume interneVdélimité par le corps aimanté10est lui aussi symétrique par rapport à l’axe principalA ’, donc par rapport à l’axe de rotationA.
Dans les modes de réalisation desFigs. 9,11et12, le premier point primaire de mesure et le deuxième point primaire de mesure sont agencés à une même première distance de l’axe de rotation, et le premier point secondaire de mesure et le deuxième point secondaire de mesure sont agencés à la même première distance de l’axe de rotation. Autrement dit, les quatre éléments de mesure sont tous à la même distance de l’axe de rotationA. Dans ces exemples de réalisation, cela permet aux quatre éléments de mesure de mesurer l’induction magnétiqueBmcréée par l’aimant permanent en des points où les vecteurs respectifs de l’induction magnétiqueBmsont de même norme.
Dans certains modes de réalisation, on cherchera à disposer chaque élément de mesure de l’induction magnétique au plus près possible de la surface interne6du corps aimanté10. Cela permet en effet, en limitant la distance dite « d’entrefer », de bénéficier, au point de mesure de l’élément de mesure, d’une intensité de l’induction magnétiqueBmcréée par l’aimant qui sera maximale.
Cependant, on note que l’aimantation du corps aimanté10est telle que, comme vu plus haut, on obtient dans le volume interneVdes niveaux d’intensité de l’induction magnétiqueBmcréée par le corps aimanté qui sont importants pour une valeur donnée de l’intensité du vecteur aimantationM(P)dans le corps aimanté10. Cela peut être mis à profit pour mettre en œuvre un corps aimanté moins volumineux ou en matériau magnétique moins performant et moins couteux, et/ou pour autoriser une distance dite « d’entrefer » plus grande que celle mise en œuvre habituellement. On verra que cette dernière possibilité peut être mise plus particulièrement à profit comme dans l’exemple de laFig. 12.
Typiquement, la distance dite « d’entrefer » sera de préférence comprise entre 0.5 et 8 millimètres.
On a vu que les éléments de mesure sont agencés dans le volume interneVdélimité par la surface interne6du corps aimanté. Cela contribue à une bonne compacité du système de capteur, notamment selon la direction axiale de l’axe de rotationA. Cela contribue aussi à une bonne robustesse de la détermination de position angulaire délivrée par le système de capteur, vis-à-vis d’éventuelles imprécisions quant à la position relative du corps aimanté et des éléments de mesure du système de capteur selon la direction axiale de l’axe de rotation du système de capteur.
De préférence, les deux points de mesureE11,E21, E1,E2du couple primaire d’éléments de mesure12.11,12.21et/ou les deux points de mesureE21,E22, E1,E2du couple secondaire d’éléments de mesure12.21,12.22sont agencés dans un même plan perpendiculaire à l’axe de rotationA. Cela permet de limiter l’influence de toute inhomogénéité, selon la direction axiale, champ de l’induction magnétiqueBmcréée par l’aimant dans le volume interneVdélimité par le corps aimanté10. De préférence, ce même plan perpendiculaire à l’axe de rotation est à égale distance des extrémités axiales du corps aimanté10, ceci afin de limiter l’influence des effets de bords inévitable au niveau des extrémités axiales du corps aimanté10. Cela renforce encore la robustesse de la détermination de position angulaire délivrée par le système de capteur, vis-à-vis d’éventuelles imprécisions quant à la position relative du corps aimanté et des éléments de mesure du système de capteur selon la direction axiale de l’axe de rotation du système de capteur.
Dans l’exemple particulier de la , on trouve le même agencement que dans celui de la , mais en multipliant les points de mesure. L’exemple particulier de la , présente tout d’abord un ensemble principal de 4 éléments de mesure 12.11, 12.12, 12.21, 12.22 de l’induction magnétique B ayant les mêmes caractéristiques que celles décrites pour celui de la , mais, dans une des variantes possible, on aurait pu partir d’un ensemble de principal de 4 éléments de mesure ayant les mêmes caractéristiques que celles décrites pour celui de la .
Le mode de réalisation de la est un exemple dans lequel on trouve, en plus de l’ensemble principal de 4 éléments de mesure 12.11, 12.12, 12.21, 12.22 de l’induction magnétique B, un ensemble supplémentaire de 4 éléments de mesure supplémentaires 12.31, 12.32, 12.41, 12.42 de l’induction magnétique B, qui sont disposés dans le volume interne V délimité par la surface interne 6 du corps aimanté 10. Cet ensemble supplémentaire comporte un couple tertiaire d’éléments de mesure 12.31, 12.32 comprenant un premier élément tertiaire de mesure 12.31 et un deuxième élément tertiaire de mesure 12.32, disposés respectivement en un premier point tertiaire de mesure E31 fixe par rapport à la seconde pièce 16 pour déterminer une première composante tertiaire B31 de l’induction magnétique en ce point E31, selon un vecteur tertiaire de mesure D3 perpendiculaire à l’axe de rotation A, et en un deuxième point tertiaire de mesure E32 fixe par rapport à la seconde pièce 16 pour déterminer, en ce deuxième point tertiaire de mesure E32, une deuxième composante tertiaire B32 de l’induction magnétique B selon le même vecteur tertiaire de mesure D3 que celui du premier élément tertiaire de mesure 12.31. Le premier point tertiaire de mesure E31 et le deuxième point tertiaire de mesure E32 sont des points distincts entre eux sur un même segment diamétral tertiaire SD3 par rapport à l’axe de rotation A. Par ailleurs, les deux éléments tertiaires de mesure mesurent chacun une composante tertiaire de l’induction magnétique selon le même vecteur tertiaire de mesure D3.
L’ensemble supplémentaire comporte par ailleurs un couple quaternaire d’éléments de mesure12.41,12.42, comprenant un premier élément quaternaire de mesure12.41et un deuxième point quaternaire de mesure12.42disposés respectivement en un premier point quaternaire de mesureE41fixe par rapport à la seconde pièce16pour déterminer, en ce premier point quaternaire de mesureE41, une première composante quaternaire B41 de l’induction magnétique B, selon un vecteur quaternaire de mesureD4perpendiculaire à l’axe de rotationA, et en un deuxième point quaternaire de mesureE42qui est lui aussi fixe par rapport à la seconde pièce16pour déterminer, en ce deuxième point quaternaire de mesure, une deuxième composante quaternaire B42 de l’induction magnétique B, selon le même vecteur quaternaire de mesureD4que celui du premier élément quaternaire de mesure12.41. Le premier point quaternaire de mesureE4 1et le deuxième point quaternaire de mesureE 4 2sont des points distincts entre eux sur un même segment diamétral quaternaireSD4par rapport à l’axe de rotationA.
Pour cet ensemble supplémentaire, on peut prévoir l’une ou l’autre des variantes qui ont été décrites ou seront décrites en référence à l’ensemble principal de 4 éléments de mesure.
L’ensemble principal de 4 éléments de mesure et l’ensemble supplémentaire sont des ensembles distincts au sens qu’un élément de mesure de l’ensemble supplémentaire est agencé en un point distinct par rapport à tout élément de mesure de l’ensemble principal ou détermine, en son point de mesure, une composante de l’induction magnétique B selon un vecteur non parallèle au vecteur de mesure de tout autre élément de mesure qui serait agencé au même point. De préférence, le segment diamétral tertiaireSD3et le segment diamétral quaternaireSD4sont chacun distincts à la fois du segment diamétral primaireSD 1et du segment diamétral secondaireSD2.
La présence d’un ensemble supplémentaire de 4 éléments de mesure supplémentaires12.31,12.32,12.41,12.42de l’induction magnétique peut être mise à profit pour mettre en œuvre une redondance de la mesure, et / ou, comme cela sera expliqué ci-dessous, pour augmenter l’intensité d’induction magnétique mesurée, ceci afin d’accroitre le rapport signal / bruit du capteur,
Dans l’exemple de la , le segment diamétral tertiaire SD3 et le segment diamétral quaternaire SD4 sont chacun décalés angulairement respectivement du segment diamétral primaire SD1 et du segment diamétral secondaire SD2. Dans certaines variantes non illustrée, cet angle pourrait être quelconque. Toutefois, pour l’exemple de la , on choisit d’illustrer le cas d’un angle qui est égal à une demi-période angulaire T de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur d’aimantation en fonction de la position angulaire du point du corps aimanté, pour le corps aimanté mis en œuvre dans le système de capteur. Ainsi, avec un corps aimanté 10 ayant 2 de périodes angulaires T sur les 360° du corps aimanté 10 autour de l’axe principal A’, le segment diamétral tertiaire SD3 et le segment diamétral quaternaire SD4 sont chacun décalés angulairement de 90° respectivement du segment diamétral primaire SD1 et du segment diamétral secondaire SD2. Comme par ailleurs l’écart angulaire δ12 entre le segment diamétral secondaire SD2 et le segment diamétral primaire SD1 est d’un quart de période angulaire T/4 de la loi de variation d’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation, donc ici de 45 degrés, les quatre segments diamétraux primaire SD1, secondaire SD2, tertiaire SD3 et quaternaire SD4 sont disposés, dans cet ordre, à 45 degrés d’angle l’un de l’autre autour de l’axe de rotation A.
De manière générale, le vecteur tertiaire de mesureD 3forme, par rapport au segment diamétral tertiaireSD 3, un angle relatif primaire de mesure qui peut être quelconque, mais qui sera de préférence égal à 0° ou à 90°, de sorte que le vecteur tertiaire de mesureD 3sera dans un tel cas respectivement parallèle ou perpendiculaire au segment diamétral tertiaireSD 3. De préférence, le vecteur tertiaire de mesureD 3est contenu dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotationA.
De manière générale, le vecteur quaternaire de mesureD 4forme, par rapport au segment diamétral quaternaireSD4, un angle relatif quaternaire de mesure qui peut être quelconque, mais qui sera de préférence égal à 0° ou à 90°, de sorte que le vecteur quaternaire de mesureD 4sera dans un tel cas respectivement parallèle ou perpendiculaire au segment diamétral quaternaireSD 4.
Dans l’exemple de la , tous les vecteurs de mesure D1, D2, D3, D4 forment, par rapport au segment diamétral quaternaire SD4, le même angle relatif de mesure. En l’occurrence, tous les vecteurs de mesure D1, D2, D3, D4 sont tous orientés selon des directions radiales vis-à-vis de leur point de mesure respectif.
Dans l’exemple de la , on remarque que, d’une part, l’angle relatif de mesure primaire et l’angle relatif de mesure tertiaire sont égaux, et d’autre part le segment diamétral tertiaire SD3 et le segment diamétral primaire SD1 sont décalés d’un angle qui est égal à une demi-période angulaire T. De cette combinaison, et en prenant en plus en compte le caractère périodique de l’induction magnétique Bm crée par le corps aimanté 10, il découle que la première composante tertiaire B31 et la première composante primaire B11 sont des composantes qui varient en opposition de phase l’une avec l’autre en fonction de la rotation relative entre le corps aimanté et les éléments de mesure. De la sorte, la première composante tertiaire B31 et la première composante primaire B11 ne sont pas linéairement indépendantes. On retrouve la même opposition de phase pour les variations de la deuxième composante tertiaire B32 et la deuxième composante primaire B12. De même, l’angle relatif de mesure secondaire et l’angle relatif de mesure quaternaire sont égaux, et le segment diamétral quaternaire SD4 et le segment diamétral secondaire SD2 sont décalés d’un angle qui est égal à une demi-période angulaire T, de sorte que la première composante quaternaire B41 et la première composante secondaire B21 sont des composantes qui varient en opposition de phase l’une avec l’autre en fonction de la rotation relative entre le corps aimanté et les éléments de mesure. On retrouve la même opposition de phase pour les variations de la deuxième composante quaternaire B42 et la deuxième composante secondaire B22. De ce fait, on verra que les mesures faites avec l’ensemble supplémentaire de 4 éléments de mesure supplémentaires peuvent être combinées avec celles faites avec l’ensemble principal pour augmenter l’intensité d’induction magnétique mesurée, ceci afin d’accroitre le rapport signal / bruit du capteur.
Par ailleurs, dans l’exemple de la , tous les points de mesure sont agencés sont agencés à une même première distance de l’axe de rotation A. On note que, dans ce mode de réalisation, les points de mesure sont agencés plus près de l’axe de rotation A que de la surface interne 6 du corps aimanté 10. Tous les points de mesure peuvent ainsi être agencés au sein d’un cercle centré sur l’axe de rotation dont le rayon peut être inférieur à la moitié, voire inférieur au quart du rayon intérieur « ri » de la surface interne 6 du corps aimanté 10. Cet agencement permet de réunir tous les éléments de mesure sur un même composant, au bénéfice du cout, de l’encombrement et de la facilité de réalisation du système de capteur 1.
Pour exploiter ces mesures de l’induction magnétique réalisées par les éléments de mesure, le système de capteur comprend une unité de calcul électronique100programmée pour calculer une valeur représentative de la position angulaire relativeΩ(t) de la première pièce14par rapport à la seconde pièce16.
L’unité de calcul électronique100peut être intégrée dans le système de capteur1, ou être à distance du système de capteur1, par exemple dans une unité électronique de contrôle ou un ordinateur. L’unité de calcul électronique100comporte typiquement un module ou plusieurs modules de mémoire, au moins un processeur, un module d’entrée/sortie des données, et éventuellement un module de communication. Dans une telle unité de calcul électronique100, les étapes de calcul d’une méthode sont typiquement mises en œuvre par un programme informatique contenant les instructions correspondantes et stockées dans le module de mémoire. Très souvent, un ou plusieurs éléments de mesure et l’unité de calcul électronique font partie du même composant électronique, ce qui permet de réduire le coût et d’augmenter la fiabilité du système de capteur1. Il est envisageable de prévoir que les quatre ou plus éléments de mesure12.11 , 12.12 , 12.21 , 12.22soient intégrés dans un même composant électronique, lequel peut comprendre une unité de calcul électronique100commune aux quatre éléments de mesure. Cependant, dans le cadre de l’invention, il peut être prévu que les quatre ou plus éléments de mesure soient munis d’une unité de communication pour communiquer des informations à une unité de calcul électronique distante, par exemple hébergée dans une unité de contrôle électronique (ECU) ou un ordinateur.
L’unité de calcul électronique100est donc programmée pour mettre en œuvre une méthode de détermination de la position angulaire relativeΩ(t) de la première pièce14par rapport à une seconde pièce16sur une course angulaire autour de l’axe de rotationA.
Cette méthode s’appuie sur le fait que la première pièce14est équipée avec un aimant permanent tel que décrit ci-dessus, qui génère donc, dans le volume interneV délimité par la surface interne6du corps aimanté10, un champ d’induction magnétiqueB mayant les caractéristiques ci-dessus.
Dans cette méthode on détermine, en un premier point primaire de mesureE11,E1une première composante primaire B11 de l’induction magnétique B selon un vecteur primaire de mesureD1perpendiculaire à l’axe de rotationA, et, en un deuxième point primaire de mesureE12,E 2une deuxième composante primaire B12 de l’induction magnétique selon le même vecteur primaire de mesureD1. Comme indiqué plus haut, le premier point primaire de mesureE11,E1et le deuxième point primaire de mesureE12,E 2sont des points distincts entre eux sur un même segment diamétral primaireSD1par rapport à l’axe de rotationA, et ils sont situés à l’intérieur du volume interneVdélimité par le corps aimanté10. Le vecteur primaire de mesureD1forme, par rapport au segment diamétral primaireSD1, un angle relatif primaire de mesureµ 1.
De manière analogue, on détermine, en un premier point secondaire de mesureE21,E1une première composante secondaire B21 de l’induction magnétique B selon un vecteur secondaire de mesureD2perpendiculaire à l’axe de rotationA, et, en un deuxième point secondaire de mesureE22,E2, une deuxième composante secondaire B22 de l’induction magnétique B selon le même vecteur secondaire de mesureD2, le premier point secondaire de mesure et le deuxième point secondaire de mesure étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral secondaireSD2par rapport à l’axe de rotationAet étant situés à l’intérieur du volume interneVdélimité par le corps aimanté10, et le vecteur secondaire de mesureD2formant, par rapport au segment diamétral secondaireSD2, un angle relatif secondaire de mesureµ2.
Dans la méthode, il est prévu que la somme [(µ2-µ1) + Np xδ12] de, d’une part, l’écart angulaire (µ2-µ1) entre l’angle relatif secondaire de mesureµ2et l’angle angle relatif primaire de mesureµ1avec, d’autre part l’écart angulaireδ12 ,multiplié par le nombre Np de périodes (T) de la loi de variation d’orientation relative φrp ( θ (P))du vecteur d’aimantationM(P)en fonction de la position angulaireθ(P)du pointPdu corps aimanté (10), entre le segment diamétral secondaireSD2et le segment diamétral primaireSD2, est non nulle et différente d’un multiple de 180°.
De la sorte, dans la méthode, on calcule une valeur représentative de la position angulaire relativeΩ(t) de la première pièce14par rapport à la seconde pièce16, sur la base d’un calcul comprenant d’une part, une différence (B12 – B11) ou (B11 – B12) entre les deux composantes primaires, et, d’autre part, une différence (B22 – B21) ou (B21 – B22) entre les deux composantes secondaires.
Une valeur représentative de la position angulaire relativeΩ(t) de la première pièce14par rapport à la seconde pièce16peut être calculée sur la base du calcul de l’arc-tangente d’un rapport entre, d’une part, une différence (B12 – B11) entre les deux composantes primaires et, d’autre part, une différence (B22 – B21) entre les deux composantes secondaires, rapport dans lequel chaque différence de composantes est pondérée en fonction de la distance, pour la différence considérée, entre les points de mesure correspondants et l’axe de rotationA.
On note que, si les mesures sont effectuées de telle sorte que les mesures ne sont pas déphasées de 90 degrés dans le domaine magnétique entre les composantes primaires et les composantes secondaires, on procède, dans une étape intermédiaire, à une projection des deux mesures de composante primaire et des deux mesures de composante secondaire sur une même paire vecteurs orthogonaux de manière à obtenir des composantes primaires projetées et des composantes secondaires projetées sur ces deux vecteurs orthogonaux, avec les deux composantes primaires projetées ainsi obtenues qui sont linéairement indépendantes de composantes secondaires projetées.
Ainsi, dans un exemple, il est prévu de calculer une valeur ∆B1 représentative de la différence entre la première composante primaire B11 et la deuxième composante primaire B12. Cette valeur peut être considérée comme une composante différentielle primaire, selon le vecteur primaire de mesure. Typiquement cette valeur de différence peut s’écrire sous la forme d’une fonction :
∆B1 = f1 (B11 – B12)
par exemple une fonction linéaire ou affine :
∆B1 = a1 x (B11 – B12) + k1
∆B1 = f1 (B11 – B12)
par exemple une fonction linéaire ou affine :
∆B1 = a1 x (B11 – B12) + k1
Dans un cas simple, on peut avoir :
∆B1 = B11 – B12 (1)
∆B1 = B11 – B12 (1)
De même, il est prévu de calculer une valeur ∆B2 représentative de la différence entre la première composante secondaire B21 et la deuxième composante secondaire B22. Cette valeur peut être considérée comme une composante différentielle secondaire, selon le vecteur secondaire de mesure. Typiquement cette valeur de différence peut s’écrire sous la forme d’une fonction,
∆B2 = f2 (B21 – B22)
par exemple une fonction linéaire ou affine :
∆B2 = a2 x ( B21 – B22) + k2
∆B2 = f2 (B21 – B22)
par exemple une fonction linéaire ou affine :
∆B2 = a2 x ( B21 – B22) + k2
Dans un cas simple, on peut avoir :
∆B2 = B21 – B22 (2)
∆B2 = B21 – B22 (2)
Dans les équations générales ci-dessus, les coefficients a1, k1 d’une part, et a2, k2 d’autre part sont des coefficients correcteurs qui pourront être déterminés par calcul ou par calibration.
Les coefficients a1, a2, k1 et k2 sont des coefficients dont le rôle principal est de pondérer les valeurs mesurées pour B11, B12, B21 et B22 en fonction des différences entre, d’une part, la position respective moyenne du premier point primaireE11et du deuxième point primaireE12par rapport à l’axe de rotation A, et d’autre part la position respective moyenne du premier point secondaireE12et du deuxième point secondaireE22par rapport à l’axe de rotation A. C’est ainsi que les différences ∆B1 et ∆B2 sont pondérées en fonction de la distance, pour la différence considérée, entre les points de mesure correspondants et l’axe de rotationA. Si les couples de points sont à la même distance moyenne de l’axe de rotation, alors les coefficients a1 et a2 pourront être égaux ou sensiblement égaux, voire même égaux ou sensiblement égaux à 1. Cependant, même dans ce cas, les coefficients a1, a2, k1 et k2 pourront être utilisés pour pondérer les valeurs mesurées pour B11, B12, B21 et B22 en fonction, en plus ou en alternative, par exemple, des défauts géométriques présents, tels que l’excentration ou défauts d’alignement des axes de mesure, ou de la sensibilité respective des différents éléments de mesure. Les coefficients a1, a2, k1 et k2 seront par exemple choisis pour que, sur une période angulaire T complète de loi de variation de l’orientation relative φrp(θ(P)) du vecteur aimantation, les grandeurs ∆B1 et ∆B2 en fonction de l’angle de rotation mécanique aient la même amplitude et une valeur moyenne nulle.
Si on met en œuvre un ensemble supplémentaire de 4 éléments de mesure supplémentaires12.31,12.32,12.41,12.42, tel que décrit en rapport avec l’exemple de la , on peut utiliser, en tant que valeurs représentative de la différence entre la première composante primaire et de la deuxième composante primaire, une valeur de différence sous la forme de
∆B1= a1 x (B11 – B12) – a’1 (B31 - B32) + k1
qui, dans une forme simplifiée peut devenir, notamment avec des points de mesures à la même distance de l’axe de rotation :
∆B1= (B11 – B12) – (B31 - B32)
et, en tant que valeurs représentative de la différence entre la première composante secondaire et de la deuxième composante secondaire, une valeur de différence sous la forme de
∆B2= a2 x (B21 – B22) – a’2 (B41 - B42) + k2
qui, dans une forme simplifiée peut devenir, notamment avec des points de mesures à la même distance de l’axe de rotation :
∆B2= (B21 – B22) – (B41 - B42)
∆B1= a1 x (B11 – B12) – a’1 (B31 - B32) + k1
qui, dans une forme simplifiée peut devenir, notamment avec des points de mesures à la même distance de l’axe de rotation :
∆B1= (B11 – B12) – (B31 - B32)
et, en tant que valeurs représentative de la différence entre la première composante secondaire et de la deuxième composante secondaire, une valeur de différence sous la forme de
∆B2= a2 x (B21 – B22) – a’2 (B41 - B42) + k2
qui, dans une forme simplifiée peut devenir, notamment avec des points de mesures à la même distance de l’axe de rotation :
∆B2= (B21 – B22) – (B41 - B42)
Une valeur représentative de la position angulaire relativeΩ(t) de la première pièce14par rapport à la seconde pièce16peut être calculée sous la forme d’un angle brut β, cet angle brut β étant l’arc dont la tangente est représentative du rapport mentionné ci-dessus entre, d’une part, une différence entre les deux composantes primaires et, d’autre part, une différence entre les deux composantes secondaires. Dans ce rapport, chaque différence est pondérée en fonction, pour la différence considérée, de la distance entre les points de mesure correspondant et l’axe de rotation. En fonction du rapport choisi, on obtiendra l’angle brut β ou son complémentaire (90°- β), duquel on reviendra aisément à l’angle brut recherché.
Ainsi, cette valeur d’angle brut β peut s’écrire sous la forme d’une fonction :
β = Arctan { F [∆B1 / ∆B2] } ou β = Arctan { F [∆B2 / ∆B1]}
β = Arctan { F [∆B1 / ∆B2] } ou β = Arctan { F [∆B2 / ∆B1]}
Dans cette équation, la fonction F peut être considérée comme une fonction de correction des valeurs mesurées.
Dans un cas simple, on peut avoir :
β = Arctan {K12 x [ ∆B1 / ∆B2 ]} (3)
où K12 est une valeur afin de compenser la différence d’amplitude entre les signaux sur les deux vecteurs de mesure, par exemple à cause de la position des éléments de mesure.
β = Arctan {K12 x [ ∆B1 / ∆B2 ]} (3)
où K12 est une valeur afin de compenser la différence d’amplitude entre les signaux sur les deux vecteurs de mesure, par exemple à cause de la position des éléments de mesure.
L’angle brut β est une fonction de l’orientation du champ de l’induction magnétiqueBmcréé par l’aimant permanent en chacun des points de mesure, ou en est représentatif. Par le fait que l’aimantation du corps aimanté présente une orientation variable en fonction de la position angulaire sur une période angulaireT, comme expliqué ci-dessus, le champ de l’induction magnétique créé par le corps aimanté, dans le volume interné délimité par le corps aimanté10, présente lui aussi une orientation variable sur une période angulaire, qui est elle aussi symétrique. ll est possible de déterminer une relation entre l’angle brut β et la position angulaire relativeΩ(t) entre les deux pièces14,16.
Dans le cas d’une variation linéaire de φrp(θ(P)), la relation entre position angulaire relativeΩ(t) est obtenue à partir de l’angle brut β et du nombre de périodes Np de φrp(θ(P)) par la relation suivante :
Ω(t)=β / Np
Ω(t)=β / Np
Dans le cas d’une variation non linéaire, cette relation peut être déterminée par exemple par calcul, par simulation, ou par apprentissage.
Surtout, on va montrer que l’angle brut ainsi calculé est indépendant de la présence ou non d’un champ magnétique externeBextqui viendrait se superposer, même dans le volume interneVdélimité par le corps aimanté10, à l’induction magnétiqueB mcréée par l’aimant permanent. Généralement, ce champ magnétique externeBextsera imposé par des éléments relativement éloignés des éléments de mesure, si bien qu’il sera le plus souvent possible de considérer que ce champ magnétique externeBextest constant en direction et en intensité dans le volume interneVdélimité par le corps aimanté10.
De manière générale, on a vu que l’induction magnétiqueB mcréée par l’aimant permanent dans le volume interneVdélimité par le corps aimanté10est symétrique par rapport à l’axe de rotation A. De plus, on a vu que sur un segment radial donné dans le volume interneVpar rapport à l’axe principalA’, le vecteur de l’induction magnétiqueB mcréée par l’aimant permanent dans le volume interneVdélimité par le corps aimanté10présente une orientation sensiblement constante.
De ce fait, si on considère uniquement l’induction magnétiqueB mcréée par l’aimant permanent, lorsqu’on fait la différence entre les deux composantes primaires on a forcément une valeur différente de 0 puisque les deux points primaires de mesureE11etE12sont distincts. Mieux, du fait du caractère symétrique de l’induction magnétiqueB mcréée par l’aimant permanent, si les deux points primaires de mesureE11etE12sont agencés de part et d’autre de l’axe de rotationA, donc de part et d’autre de l’axe principalA ’, alors les deux composantes primaires mesurées en ces deux points ont des signes opposés. De la sorte, en faisant la différence entre les deux composantes primaires mesurées, on effectue en réalité une somme de la valeur absolue des deux composantes primaires mesurées.
Si on considère maintenant un champ magnétique externeBextconstant en direction et en intensité, lorsqu’on fait la différence entre les deux composantes primaires on aura forcément une valeur nulle ou proche de 0.
De la sorte, en considérant la superposition B de l’induction magnétiqueB mcréée par l’aimant permanent et d’un champ magnétique externeBextconstant en direction et en intensité, on comprend que la différence entre les deux composantes primaires ne dépend que de l’induction magnétiqueB mcréée par l’aimant permanent.
La même chose vaut pour les deux composantes secondaires.
Ainsi, on a créé un système de capteur1qui est insensible à la présence d’un champ magnétique externeBextconstant en direction et en intensité.
Claims (31)
- Aimant permanent pour un capteur pour la détermination d’une position angulaire relative (Ω(t)) d’une première pièce (14) par rapport à une seconde pièce (16) autour d’un axe de rotation (A), comprenant un corps aimanté (10) en forme de tronçon tubulaire symétrique autour d’un axe principal (A’) du corps aimanté ;
caractérisé en ce que le corps aimanté présente une aimantation permanente telle que, pour tout point du corps aimanté sur un cercle donné autour de l’axe principal, chaque point (P) du corps aimanté sur ce cercle donné (Crp) ayant une position angulaire définie par l’angle(θ(P)) formé, autour de l’axe principal (A’) et par rapport à un axe repère (Xa) fixe de l’aimant permanent, par un segment radial particulier (SRP) issu de l’axe principal (A’) et passant par ce point (P), le vecteur aimantation (M(P)) en un point (P) du cercle donné (Crp) présente, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal (A’), un vecteur projeté dont l’orientation relative (φrp (θ(P))) par rapport au segment radial particulier (SRP) à ce point (P) est une fonction continûment variable selon une loi de variation d’orientation relative (φrp (θ(P))) en fonction de la position angulaire(θ(P)) du point (P) du corps aimanté (10),
en ce que la loi de variation d’orientation relative (φrp (θ(P))) du vecteur aimantation (M(P)) est une fonction périodique présentant un nombre (Np) entier pair supérieur ou égal à 2 de périodes angulaires (T) sur les 360° du corps aimanté (10) autour de l’axe principal (A’),
et en ce que la loi de variation d’orientation relative (φrp (θ(P))) du vecteur aimantation (M(P)) implique une variation positive de l’orientation relative (φrp (θ(P))) du vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal (A’), du vecteur aimantationM(P)en un point (P), par rapport au segment radial particulier (SRP), en fonction d’une variation positive de la position angulaire(θ(P)) du point (P) du corps aimanté (10). - Aimant permanent selon la revendication1, caractérisé en ce que le corps aimanté (10) présente une aimantation plane telle que, en tout point (P) du corps aimanté (10), le vecteur aimantation (M(P)) en ce point est parallèle à un plan d’aimantation perpendiculaire à l’axe principal (A’).
- Aimant permanent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur un cercle donné (Crp) autour de l’axe principal (A’), la loi de variation d’orientation relative (φrp (θ(P))) du vecteur aimantationM(P)est une loi bijective sur une période angulaire (T) de la loi de variation d’orientation relative φrp (θ(P))du vecteur aimantation (M(P)).
- Aimant permanent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur un cercle donné (Crp) autour de l’axe principal (A’), la loi de variation d’orientation relative φrp (θ(P))du vecteur aimantation (M(P)) implique une variation de 360° de l’orientation relative (φrp (θ(P))) du vecteur projeté, en projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l’axe principal, du vecteur aimantation (M(P)en un point (P) du cercle donné (Crp), pour une variation de la position angulaire(θ(P)) du point (P) du corps aimanté (10) correspondant à une période angulaire (T) de la loi de variation d’orientation relative (φrp (θ(P))) du vecteur aimantation (M(P)).
- Aimant permanent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur un cercle donné (Crp) autour de l’axe principal (A’), la loi de variation d’orientation relative (φrp ( θ(P))) du vecteur aimantation (M(P)) est une loi de variation linéaire en fonction de la position angulaire(θ(P)) du point (P) du corps aimanté (10).
- Aimant permanent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps aimanté (10) est un corps continu sur 360° autour de l’axe principal (A’).
- Aimant permanent selon l’une des revendications1à5, caractérisé en ce que le corps aimanté est formé de corps aimantés élémentaires juxtaposés sur 360° autour de l’axe principal.
- Aimant permanent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps aimanté (10) est un corps en forme de tronçon tubulaire de révolution autour de l’axe principal (A’).
- Aimant permanent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps aimanté (10) est un corps en forme de tronçon tubulaire cylindrique autour de l’axe principal (A’).
- Système de capteur pour la détermination d’une position angulaire relative (Ω(t)) d’une première pièce (14) par rapport à une seconde pièce (16) autour d’un axe de rotation (A), le système comprenant :
- un aimant permanent ayant un corps aimanté (10) selon l’une quelconque des revendications1à9, disposé de telle sorte que l’axe principal (A’) du corps aimanté (10) coïncide avec l’axe de rotation (A) ;
- un couple primaire d’éléments de mesure comprenant un premier élément primaire de mesure (12.11) permettant de déterminer, en un premier point primaire de mesure (E11), une première composante primaire (B11) de l’induction magnétique selon un vecteur primaire de mesure (D1) perpendiculaire à l’axe de rotation (A), et comprenant un deuxième élément primaire de mesure (12.12) permettant de déterminer, en un deuxième point primaire de mesure (E12), une deuxième composante primaire (B12) de l’induction magnétique selon le même vecteur primaire de mesure (D1), le premier point primaire de mesure (E11) et le deuxième point primaire de mesure (E12) étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral primaire (SD1) par rapport à l’axe de rotation (A) et étant situés à l’intérieur du volume interne (V) délimité par le corps aimanté (10), et le vecteur primaire de mesure (D1) formant, par rapport au segment diamétral primaire (SD1), un angle relatif primaire de mesure (μ1) ;
- un couple secondaire d’éléments de mesure comprenant un premier élément secondaire de mesure (12.21) permettant de déterminer, en un premier point secondaire de mesure (E21), une première composante secondaire (B21) de l’induction magnétique selon un vecteur secondaire de mesure (D2) perpendiculaire à l’axe de rotation (A), et comprenant un deuxième élément secondaire de mesure (12.22) permettant de déterminer, en un deuxième point secondaire de mesure (E22), une deuxième composante secondaire (B22) de l’induction magnétique selon le même vecteur secondaire de mesure (D2), le premier point secondaire de mesure (E21) et le deuxième point secondaire de mesure (E22) étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral secondaire (SD2) par rapport à l’axe de rotation (A) et étant situés à l’intérieur du volume interne (V) délimité par le corps aimanté (10), et le vecteur secondaire de mesure (D2) formant, par rapport au segment diamétral secondaire (SD2), un angle relatif secondaire de mesure (μ 2) ;
le système étant agencé de sorte que la somme ((µ2-µ1) + Np xδ12) de, d’une part, l’écart angulaire (µ2-µ1) entre l’angle relatif secondaire de mesure (µ2) et l’angle relatif primaire de mesure (µ1), avec d’autre part, l’écart angulaire (δ12), multiplié par le nombre (Np) de périodes de la loi de variation d’orientation relative φrp ( θ (P))du vecteur d’aimantationM(P)en fonction de la position angulaire(θ(P)) du point (P) du corps aimanté (10), entre le segment diamétral secondaire (SD2) et le segment diamétral primaire (SD1), est non nulle et différente d’un multiple de 180 degrés. - Système de capteur selon la revendication10, caractérisé en ce que le système de capteur est agencé de sorte que la somme ((µ2-µ1) + Np xδ12) de, d’une part, l’écart ((µ2-µ1)) entre l’angle relatif secondaire de mesure (µ2) et l’angle angle relatif primaire de mesure (µ1) avec, d’autre part, l’écart angulaire (δ12), multiplié par le nombre (Np) de périodes (T) de la loi de variation d’orientation relative (φrp ( θ (P))) du vecteur d’aimantation (M(P)) en fonction de la position angulaire(θ(P)) du point (P) du corps aimanté (10), entre le segment diamétral secondaire (SD2) et le segment diamétral primaire (SD1) est égale, modulo 360 degrés, à 90 degrés ou à 270 degrés.
- Système de capteur selon l’une des revendications10ou11, caractérisé en ce que le système de capteur (1) est agencé de sorte que l’angle relatif secondaire de mesure (μ2) et l’angle angle relatif primaire de mesure (μ1) sont égaux, et en ce que l’écart angulaire (δ12) entre le segment diamétral secondaire (SD2) et le segment diamétral primaire (SD1) est d’un quart de période angulaire (T) de la loi de variation d’orientation relative (φrp (θ(P))) du vecteur aimantation (M(P)), modulo la demi période angulaire de la loi de variation d’orientation relative (φrp (θ(P))) du vecteur aimantation.
- Système de capteur selon l’une des revendications10ou11, caractérisé en ce que le système de capteur (1) est agencé de sorte que le segment diamétral primaire (SD1) et le segment diamétral secondaire (SD2) sont confondus et que le vecteur primaire de mesure (D1) et le vecteur secondaire de mesure (D2) sont orthogonaux.
- Système de capteur selon la revendication13, caractérisé en ce que le premier point primaire de mesure (A11) et le premier point secondaire de mesure (E21) sont confondus.
- Système de capteur selon l’une des revendications13ou14, caractérisé en ce que le deuxième point primaire de mesure (E12) et le deuxième point secondaire de mesure (E22) sont confondus.
- Système de capteur selon l’une des revendications10à1 5, caractérisé en ce que le système de capteur (1) comprend une unité de calcul électronique (100) programmée pour calculer une valeur représentative de la position angulaire relative (Ω(t)) de la première pièce (14) par rapport à la seconde pièce (16), sur la base d’un calcul de l’arc-tangente (β = Arctan {F[∆B1 / ∆B2]} ; β = Arctan {F[∆B2/∆B1]}) d’un rapport (∆B2/∆B1 ; ∆B1/∆B2) entre, d’une part, une différence (∆B1) entre les deux composantes primaires (B11 ; B12), et, d’autre part, une différence (∆B2) entre les deux composantes secondaires (B21 ; B22), rapport dans lequel chaque différence est pondérée en fonction de la distance, pour la différence considérée, entre les points de mesure correspondants et l’axe de rotation.
- Système de capteur selon l’une des revendications10à16, caractérisé en ce que le premier point primaire de mesure (E11) et le deuxième point primaire de mesure (E12) sont agencés à une même distance de chaque côté de l’axe de rotation (A).
- Système de capteur selon l’une des revendications10à17, caractérisé en ce que le premier point secondaire de mesure (E21) et le deuxième point secondaire de mesure (E22) sont agencés à une même distance de chaque côté de l’axe de rotation (A).
- Système de capteur selon l’une des revendications10à18, caractérisé en ce que le premier point primaire de mesure (E11) et le deuxième point primaire de mesure (E12) sont agencés à une même première distance de l’axe de rotation (A), et en ce que le premier point secondaire de mesure (E21) et le deuxième point secondaire de mesure (E22) sont agencés à la même première distance de l’axe de rotation (A).
- Système de capteur selon l’une des revendications10à19, caractérisé en ce que les deux points de mesure du couple primaire et/ou du couple secondaire d’éléments de mesure sont agencés dans un même plan perpendiculaire à l’axe de rotation (A).
- Système de capteur selon l’une des revendications10à20, caractérisé en ce que les deux points de mesure du couple primaire et/ou du couple secondaire d’éléments de mesure sont agencés dans un même plan perpendiculaire à l’axe de rotation (A) qui est à égale distance des extrémités axiales du corps aimanté (10).
- Méthode de détermination d’une position angulaire relative (Ω(t)) d’une première pièce (14) par rapport à une seconde pièce (16) sur une course angulaire autour d’un axe de rotation (A), caractérisée en ce que :
- la première pièce est équipée avec un aimant permanent selon l’une des revendication1à9;
- on détermine, en un premier point primaire de mesure (E11), une première composante primaire (B11) de l’induction magnétique selon un vecteur primaire de mesure (D1) perpendiculaire à l’axe de rotation (A), et, en un deuxième point primaire de mesure (E12), une deuxième composante primaire (B12) de l’induction magnétique selon le même vecteur primaire de mesure (D1), le premier point primaire de mesure (E11) et le deuxième point primaire de mesure (E12) étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral primaire (SD1) par rapport à l’axe de rotation (A) et étant situés à l’intérieur du volume interne (V) délimité par le corps aimanté (10), et le vecteur primaire de mesure (D1) formant, par rapport au segment diamétral primaire (SD1), un angle relatif primaire de mesure (μ1) ;
- on détermine, en un premier point secondaire de mesure (E21), une première composante secondaire (B21) de l’induction magnétique selon un vecteur secondaire de mesure (D2) perpendiculaire à l’axe de rotation (A), et, en un deuxième point secondaire de mesure (E22), une deuxième composante secondaire (B22) de l’induction magnétique selon le même vecteur secondaire de mesure (D2), le premier point secondaire de mesure (E21) et le deuxième point secondaire de mesure (E22) étant des points distincts entre eux sur un même segment diamétral secondaire (SD2) par rapport à l’axe de rotation (A) et étant situés à l’intérieur du volume interne (V) délimité par le corps aimanté (10), et le vecteur secondaire de mesure (D2) formant, par rapport au segment diamétral secondaire (SD2), un angle relatif secondaire de mesure (μ2) ;
en ce que la somme ((µ2-µ1) + Np xδ12) de, d’une part, l’écart angulaire (µ2-µ1) entre l’angle relatif secondaire de mesure (µ2) et l’angle angle relatif primaire de mesure (µ1), avec d’autre part l’écart angulaire(δ12), multiplié par le nombre (Np) de périodes de la loi de variation d’orientation relative φrp ( θ (P))du vecteur d’aimantation (M(P)) en fonction de la position angulaire (θ (P)) du point (P) du corps aimanté (10), entre le segment diamétral secondaire (SD2) et le segment diamétral primaire (SD1) est non nulle et différente d’un multiple de 180 degrés, et en ce qu’on calcule une valeur représentative de la position angulaire relative (Ω(t)) de la première pièce (14) par rapport à la seconde pièce (16), sur la base d’un calcul comprenant d’une part, une différence (∆B1) entre les deux composantes primaires (B11, B12), et, d’autre part, une différence (∆B2) entre les deux composantes secondaires (B21 ; B22). - Méthode de détermination selon la revendication22, caractérisée en ce qu’elle comprend le calcul de l’arc-tangente tangente (β = Arctan {F[∆B1 / ∆B2]} ; β = Arctan {F[∆B2/∆B1]}) d’un rapport (∆B2/∆B1 ; ∆B1/∆B2) entre, d’une part, la différence (∆B1) entre les deux composantes primaires, et, d’autre part, la différence (∆B2) entre les deux composantes secondaires, rapport dans lequel chaque différence est pondérée en fonction de la distance, pour la différence considérée, entre les points de mesures correspondants et l’axe de rotation.
- Procédé de fabrication d’un corps aimanté pour un système de détermination d’une position angulaire relative (Ω(t)) d’une première pièce (14) par rapport à une seconde pièce (16) autour d’un axe de rotation (A), le procédé comprenant la fourniture d’un corps de matériau magnétisable (10) ayant une forme en forme de tronçon tubulaire symétrique autour d’un axe principal (A’) du corps de matériau magnétisable, le corps de matériau magnétisable (10) ayant ainsi une surface interne (6) et une longueur selon la direction de l’axe principal (A’) ;
caractérisé en ce que le procédé comporte :
- la disposition, dans le volume interne (V) délimité par le corps de matériau magnétisable (10), à proximité radialement de la surface interne (6) du corps de matériau magnétisable et en regard du corps de matériau magnétisable sur la longueur du corps de matériau magnétisable, d’un réseau (20) de conducteurs électriques parallèles (22) comprenant un nombre de faisceaux (24) de conducteurs électriques parallèles (22), le nombre de faisceaux (24) de conducteurs électriques parallèles (22) étant un multiple non nul de4, chaque conducteur électrique (22) ayant une orientation parallèle à l’axe principal (A ’) et s’étendant, selon la direction de l’axe principal (A’), sur une longueur au moins égale à la longueur du corps de matériau magnétisable (10), et chaque faisceau (24) étant compris dans un secteur angulaire distinct autour de l’axe principal (A’), la mesure du secteur angulaire de chaque faisceau (24) étant égale à360degrés d’angle divisés par le nombre de faisceaux (24), les faisceaux (24) étant décalés angulairement l’un de l’autre autour de l’axe principal (A) ;
- la circulation d’un courant électrique dans les faisceaux (24) de conducteurs électriques parallèles (22), le sens de circulation du courant, défini dans un repère fixe par rapport au corps de matériau magnétisable (10), étant identique dans tous les conducteurs électriques parallèles (22) d’un même faisceau (24), et étant inverse dans deux faisceaux (24) adjacents angulairement, formant ainsi un ou plusieurs faisceaux aller dans lesquels le courant circule selon un premier sens, et un ou plusieurs faisceaux retour dans lesquels le courant circule selon un second sens, inverse du premier, le courant circulant dans les faisceaux (24) étant apte à générer, autour du réseau (20) et dans le corps de matériau magnétisable (10), un champ magnétique d’aimantation propre à aimanter le corps de matériau magnétisable (10). - Procédé de fabrication selon la revendication24, caractérisé en ce que la disposition des conducteurs électrique parallèles (22) dans chaque faisceau est identique moyennant une rotation, entre deux faisceaux (24) angulairement consécutifs, d’un angle égal à360degrés d’angle divisés par le nombre de faisceaux (24).
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications24ou25, caractérisé en ce que, dans un faisceau (24) donné, les conducteurs électriques parallèles (22) du faisceau (24) sont répartis angulairement de manière uniforme autour de l’axe principal (A’).
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications24à26, caractérisé en ce que, dans un faisceau (24) donné, les conducteurs électriques parallèles (22) du faisceau (24) sont répartis sur un arc de cercle centré sur l’axe principal (A’) ou sur plusieurs arcs de cercle concentriques centrés sur l’axe principal (A’).
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications24à27, caractérisé en ce que, dans un faisceau (24) donné, chaque conducteur électrique parallèle (22) du faisceau (24) présente une longueur selon l’axe de rotation qui est égale à au moins4fois la longueur du corps de matériau magnétisable (10).
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications24à28, caractérisé en ce que les conducteurs électriques parallèles (22) des faisceaux (24) sont formés par des tronçons d’au moins un bobinage d’un fil conducteur le long duquel se succèdent, répétitivement, au moins un conducteur d’un faisceau aller, un tronçon de liaison, et un conducteur d’un faisceau retour, un autre tronçon de liaison et un autre conducteur d’un faisceau aller.
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications24à29, caractérisé en ce que le corps de matériau magnétisable (10) est un corps en forme de tronçon tubulaire de révolution autour de l’axe principal (A’).
- Procédé de fabrication selon l’une des revendications24à30, caractérisé en ce que le corps de matériau magnétisable (10) est un corps en forme de tronçon tubulaire cylindrique autour de l’axe principal (A’).
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