WO2003085361A1 - Dispositif de capteur magnetique de position angulaire - Google Patents

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WO2003085361A1
WO2003085361A1 PCT/FR2003/000997 FR0300997W WO03085361A1 WO 2003085361 A1 WO2003085361 A1 WO 2003085361A1 FR 0300997 W FR0300997 W FR 0300997W WO 03085361 A1 WO03085361 A1 WO 03085361A1
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WO
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rotor
angular position
sensor device
position sensor
magnetic
Prior art date
Application number
PCT/FR2003/000997
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Pierre Gandel
Daniel Prudham
Didier Frachon
Bruno Cavallier
Original Assignee
Mmt S.A.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic angular position sensor device. It applies in particular, but not exclusively, to motorized butterfly valves (ETC) requiring a very stable signal at the start of the stroke and a fairly high stroke (greater than 90 °) with excellent linearity.
  • ETC motorized butterfly valves
  • contactless systems essentially consist of devices produced from magnetic angular position sensors. In all these devices, the measured signal must be as linear as possible as a function of the angular position.
  • the position delivering a signal equal to zero Gauss corresponds to the point of high stability.
  • the variation in induction is measured using an intelligent and programmable Hall effect probe of the ASIC type. This probe compensates for the effect of temperature (programming of a thermal coefficient) on the magnetic system.
  • the thermal compensation is not perfect and therefore the only position for which this error has no influence is a position for which the induction is zero.
  • Patent applications No. FR 2670286 and No. EP 0665416, filed in the name of the applicant, disclose a device in which the function of measuring the angular position is carried out by a variation of the magnetic induction, but have a maximum stroke ⁇ 90 ° around the zero Gauss position.
  • FIGS. 3 and 4 consist respectively of a configuration internal stator and in an external stator configuration. These two devices have the following characteristics: three parts for the stator and two radially magnetized magnets, one over an angular extent of 120 ° (inner radial) and the other over an angular extent of 240 ° (outer radial).
  • the invention therefore more particularly aims to remedy the drawbacks of the devices of the prior art.
  • a magnetic angular position sensor device comprising at least one stator and one rotor, the space between said stator and said rotor defining over substantially 360 ° a main air gap in which at least two magnetic poles move. alternating polarities, said stator comprising at least one secondary air gap in which is placed at least one magnetosensitive element, characterized in that said stator consists of two polar expansions of angular widths respectively substantially equal to 120 ° and 240 °.
  • the two magnetic poles will each have an angular width substantially equal to 120 °.
  • the above two magnetic poles will be adjacent magnets magnetized radially.
  • the rotor is located inside the stator. In a second embodiment, the rotor is located outside the stator.
  • the edges of at least one of the aforesaid air gap can be oriented radially, also called
  • the edges of the above air gap will be parallel to each other.
  • at least one of said magnetic poles will advantageously be made of a soft ferromagnetic material.
  • At least one of the magnetic poles may be glued to the rotor or be an integral part of said rotor.
  • the rotor and the stator will be arranged axially, that is to say along the same linear axis.
  • the above magnetic poles will then be adjacent magnets of disc shape magnetized axially, that is to say along the same linear axis.
  • the rotor may also include at least two axially separated parts; the two parts forming the rotor then being separated by a disc magnet, with axial magnetization.
  • the two parts can also be separated by an annular magnet with axial magnetization.
  • the rotor may include at least two parts separated transversely; the two parts forming the rotor then being separated by a parallelepipedic magnet, with transverse magnetization.
  • the rotor may comprise at least two parts separated transversely by a magnet, with transverse magnetization; the magnet may have a parallelepiped shape.
  • the invention therefore makes it possible to manufacture, at low cost, an angular position sensor capable of working with a linearity of ⁇ 0.5% over a stroke of 100 ° from the zero point Gauss and extends the stroke of ⁇ 90 ° to ⁇ 120 °.
  • this sensor has the following characteristics: a linearity of the order of 1% peak to peak, the delivery of a signal having good linearity over a range of 220 °, a stator part reduced to two parts, two magnetic poles magnetized preferably radially over an angular range substantially equal to 120 °, easier to implement industrially.
  • FIG. 1 illustrates a perspective view of a magnetic angular position sensor device according to the invention
  • Figure 2 is a top plan view of the device shown in Figure 1
  • Figures 3 and 4 respectively illustrate a perspective view and a top plan view of another embodiment of the device according to the invention in which the rotor is placed inside the stator
  • Figures 5 and 6 respectively illustrate a perspective view and a top plan view of a variant of the device shown in Figures 3 and 4
  • Figures 7 and 8 respectively illustrate a perspective view and a top plan view of another embodiment of the device according to the invention in which the rotor is placed outside the stator
  • Figures 9 and 10 respectively illustrate a perspective view and a top plan view of another embodiment of the device according to the invention in which the magnetic poles are of the disc type
  • Figures 11 and 12 respectively illustrate a perspective view and a top plan view of another embodiment of the device according to the invention in which the magnetic poles are independent of the rotor
  • Figures 13 and 14 respectively illustrate a perspective view and a top
  • FIG. 15 illustrates a perspective view of a device according to the invention in wherein the rotor is separated transversely by a magnet with transverse magnetization
  • Figures 16 and 17 respectively illustrate a perspective view and a top plan view of another embodiment of the device according to the invention in which the rotor is arranged outside the stator and is axially separated by a annular magnet with axial magnetization
  • - Figure 18 illustrates a perspective view of a device according to the invention in which the rotor, arranged outside the stator, is separated transversely by a magnet with transverse magnetization.
  • the magnetic angular position sensor device comprises, in all the examples presented below necessary for understanding and illustrating the different variants of the invention, a stator and a rotor made of soft ferromagnetic material as well as two magnetic poles of alternating polarities.
  • a magnetosensitive element for example a Hall probe, housed in a secondary air gap of the stator measures the induction and makes it possible to obtain the angular position of the rotor relative to the stator.
  • the position sensor device comprises a stator 1, 2 inside which is housed a rotor 3.
  • the space defined between the stator 1, 2 and the rotor 3 defines the main air gap 4 which extends over 360 ° and in which move two magnetic poles 5 and 6, or magnets, adjacent radially magnetized and of alternating polarities, said magnets, integral with a means of coupling, which can be glued to the rotor.
  • the stator 1, 2 is constituted by two fixed parts 1 and 2, defining two secondary air gaps 7 and 8 whose edges, two by two parallel to each other, are oriented radially.
  • the two secondary air gaps 7 and 8 are substantially perpendicular to the main air gap 4 and the magnetosensitive element 9, housed in at least one of said secondary air gaps 7, 8, measures the variation of the induction.
  • This magnetosensitive element 9 generates an electrical signal proportional to the induction which passes through it.
  • Figures 3 and 4 show a variant of the magnetic angular position sensor device shown in Figures 1 and 2. Indeed, in this variant, one of the magnets defining one of the two magnetic poles of angular width substantially equal to 120 ° is replaced by a soft ferromagnetic material. Furthermore, in the same way as above, the rotor 3 is disposed inside the stator 1, 2 and the parallel edges of the secondary air gaps 7, 8 are oriented radially, according to a known configuration called "in radial slots".
  • the magnetic poles can be glued to the rotor 3 or be an integral part of the rotor 3.
  • the magnetic pole 10 consisting of the soft ferromagnetic material is thus an integral part rotor 3.
  • FIGS. 5 and 6 in which the secondary air gaps 7 and 8, of which it has been seen previously that the edges are ideally parallel, are oriented in the same direction, that is to say that said edges extend respectively in two parallel straight lines, A'A and B'B visible in FIG. 6.
  • the position sensor comprises a rotor 11 inside which a stator 12, 13 is housed.
  • the space between said stator 12, 13 and said rotor 11 defines the main air gap 4 which extends over 360 ° and in which two adjacent magnets move 5, 6 magnetized radially and of alternating polarities .
  • said magnets 5 and 6, integral with a coupling means can be bonded to the rotor 11 or be an integral part of the latter.
  • the two magnets 5, 6 constitute two magnetic poles with an angular width substantially equal to 120 °.
  • the stator 12, 13 is here constituted by two fixed parts 12 and 13, whose space separating them defines a secondary air gap 14 and whose two ends are substantially perpendicular to the main air gap 4.
  • the magnetosensitive element 9, housed in the secondary air gap 14, measures the variation of the induction. This magnetosensitive element 9 generates an electrical signal proportional to the induction which passes through it.
  • At least one of the magnetic poles 5 or 6 of width substantially equal to 120 ° is replaced by a soft ferromagnetic material.
  • the stator 1, 2 and the rotor 15 are arranged axially.
  • the separation space between the stator 1, 2 and the rotor 15 defines the main air gap 4 which extends over 360 ° and in which two magnets 5 and 6 move, constituting two magnetic poles, of angular width substantially equal to 120 °, disc-shaped, axially magnetized adjacent and polarities alternating, said magnets 5 and 6, integral with a coupling means, which can be bonded to the rotor 15.
  • the device according to the invention operates in the same way.
  • the stator is constituted by two fixed parts 1 and 2, defining two secondary air gaps 7, 8, the parallel edges of which are oriented radially.
  • the two secondary air gaps 7, 8 are substantially perpendicular to the main air gap 4 and the magnetosensitive element 9, housed in at least one of said secondary air gaps 7 or 8, measures the variation of the induction.
  • This magnetosensitive element 9 generates an electrical signal proportional to the induction which passes through it.
  • This variant of the device according to the invention may present, like all the alternatives of the device according to the invention, at least one of the above magnetic poles 5, 6, which will be made of a soft ferromagnetic material.
  • the opposite and parallel edges of the secondary air gaps 7, 8 can be oriented in the same direction.
  • the magnetic angular position sensor device may, in all the examples chosen to illustrate said invention, present these two magnetic poles 5, 6 independent at the same time rotor 3 and stator 1, 2.
  • the two above-mentioned poles 5, 6, will neither be glued to the stator nor glued to the rotor and may be move, independently, inside the main air gap.
  • Figures 13 and 14 show a variant of the device of the invention in which the rotor 16 and 17, disposed inside a stator 1, 2, is made up of two parts 16 and 17, to which the poles are bonded respectively magnetic 5 and 6.
  • the two parts of the rotor 16, 17 are also separated by a disc magnet 18 axially magnetized.
  • the position sensor comprises a stator 1, 2, inside which is housed a rotor divided into two parts 16 and 17, said parts 16, 17 being separated axially by a disc magnet 18 with axial magnetization, that is to say the direction of magnetization of which is parallel to the axis XX 'of stacking of the two parts of the rotor 16 and 17 and of said disc magnet 18.
  • the space existing between the stator 1, 2 and the rotor 16, 17 defines the main air gap 4 which extends over 360 ° and in which two magnetic poles 5, 6 move, made of soft ferromagnetic material of alternating polarities, said magnetic poles 5, 6 being integral with a coupling means, which can be glued to the rotor or constitute a fraction of each of the parts of the rotor 16 and 17.
  • the stator is constituted by two fixed parts 1 and 2, defining two secondary air gaps 7, 8 whose parallel edges are oriented radially.
  • the two secondary air gaps 7, 8 are substantially perpendicular to the main air gap 4 and the magnetosensitive element 9, housed in at least one of said secondary air gaps 7, 8, measures the variation of the induction.
  • This magnetosensitive element 9 generates an electrical signal proportional to the induction which passes through it.
  • the two parts of the rotor 19, 20 could be arranged on the same plane, also comprising the stator 1, 2.
  • the two parts of the rotor 19, 20, will each include a magnetic pole, for example glued to said part 19 or 20, and will be separated from each other by a parallelepipedic magnet 21 with transverse magnetization, that is to say along the above-mentioned plane and perpendicular to the tangents to the circle, or portion of a circle, formed by the stator 1, 2 or the two parts of the rotor 19, 20.
  • the stator 1, 2 is constituted by two fixed parts 1 and 2, defining two secondary air gaps 7, 8, the parallel edges of which are oriented radially.
  • the two secondary air gaps 7, 8 are substantially perpendicular to the main air gap 4 and the magnetosensitive element 9, housed in at least one of said secondary air gaps 7, 8, measures the variation of the induction.
  • This magnetosensitive element 9 generates an electrical signal proportional to the induction which passes through it.
  • Figures 16 and 17 show a variant of the device of the invention in which the stator 22, 23 is placed inside a rotor divided into two parts 24 and 25, these two parts 24, 25, being axially separated by an annular magnet 26 with axial magnetization, that is to say in the direction parallel to the stack of circles, or rings, formed by the parts of the rotor 24, 25, and the annular magnet 26 separating them.
  • the space between the stator 22, 23, and the rotor 24, 25, defines the main air gap 4 which extends over 360 ° and in which two magnetic poles 5, 6 move, made of soft ferromagnetic material of alternating polarities.
  • the magnetic poles 5, 6 may be integral with a coupling means with the parts of the rotor 24, 25, for example bonded to said parts 24 and 25 or constitute a fraction of said parts of the rotor 24, 25.
  • each part of the rotor 24 and 25 comprises, or door, a magnetic pole 5 or 6.
  • the stator 22, 23 is here constituted by two fixed parts 22 and 23, defining a secondary air gap 27 whose two ends are substantially perpendicular to the main air gap 4.
  • the magnetosensitive element 9, housed in the secondary air gap 27, measure the variation of induction. As before, this magnetosensitive element 9 generates an electrical signal proportional to the induction which passes through it.
  • Figure 18 shows, as in the example shown in Figure 15, the two parts of the rotor 28, 29, arranged on the same plane, also comprising the stator 30, 31, disposed inside the circle, or of the ring, formed by the two parts of the rotor 28, 29.
  • the two parts of the rotor 28, 29, each comprise a magnetic pole 5, 6, and will be separated from one another by a magnet 32, for example of parallelepipedal shape, with transverse magnetization, that is to say along the above-mentioned plane and perpendicular to the tangents to the circle , or portion of a circle, formed by the stator 30, 31, or the two parts of the rotor 28, 29.
  • the stator 30, 31 is also constituted by two fixed parts 30 and 31, defining a secondary air gap, the two ends of which are substantially perpendicular to the main air gap.
  • the magnetosensitive element 9, housed in the secondary air gap, measures the variation of the induction in the same way as in the other exemplary embodiments of the invention.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif de capteur magnétique de position angulaire, comportant au moins un stator (1, 2) et un rotor (3), l'espace entre ledit stator (1, 2) et ledit rotor (3) définissant un entrefer principal (4) dans lequel se déplace au moins deux pôles magnétiques (5, 6) de polarités alternées, ledit stator (3) comportant au moins un entrefer secondaire (7, 8) dans lequel est placé au moins un élément magnétosensible (9), caractérisé en ce que ledit stator (1, 2) est constitué de deux épanouissements polaires (1 et 2) de largeurs angulaires respectivement sensiblement égales à 120° et.240°, et en ce que les deux pôles magnétiques (5, 6) sont chacun de largeur angulaire sensiblement égale à 120<0>.

Description

DISPOSITIF DE CAPTEUR MAGNÉTIQUE DE POSITION ANGULAIRE
La présente invention concerne un dispositif de capteur magnétique de position angulaire. Elle s'applique en particulier, mais non exclusivement, aux vannes papillon motorisées (ETC) nécessitant un signal très stable en début de course et une course assez élevée (supérieure à 90°) avec une excellente linéarité.
D'une manière générale, les systèmes sans contact consistent essentiellement en des dispositifs réalisés à partir de capteurs magnétiques de position angulaire. Dans tous ces dispositifs, le signal mesuré doit être le plus linéaire possible en fonction de la position angulaire.
Afin de rendre plus compréhensibles à la fois l'invention' et les dispositifs de capteurs magnétiques de position angulaire, il est important de comprendre la notion de "zéro Gauss".
La position délivrant un signal égal à zéro Gauss correspond au point de haute stabilité. En effet, la variation d'induction est mesurée grâce à une sonde à effet Hall, intelligente et programmable, de type ASIC. Cette sonde permet de compenser l'effet de la température (programmation d'un coefficient thermique) sur le système magnétique. La compensation thermique n'est pas parfaite et donc la seule position pour laquelle cette erreur n'a pas d'influence est une position pour laquelle l'induction est nulle. Les demandes de brevet N° FR 2670286 et N° EP 0665416, déposées au nom de la demanderesse, divulguent un dispositif dans lequel la fonction de mesure de la position angulaire est réalisée par une variation de l'induction magnétique, mais présentent une course maximale de ±90° autour de la position zéro Gauss. Or, pour les capteurs du type présentés dans les deux demandes de brevets susvisées, lorsque l'on cherche à obtenir une excellente linéarité (typiquement ±0.5%), cette course est réduite à ±70° autour de la position zéro Gauss. Les applications ETC nécessitant généralement une course totale voisine de 90°, deux possibilités sont possibles : utiliser une plage angulaire symétrique, par exemple [-45° ;+45°] , ou utiliser la plage angulaire [-20°;+70°] de façon à se rapprocher du zéro Gauss.
Ainsi, dans tous les cas, il n'est pas possible de réunir les trois caractéristiques suivantes : un point de départ à zéro Gauss (point de haute stabilité) , une course angulaire utile supérieure ou égale à 90°, une excellente linéarité sur la plage angulaire choisie (±0,5%).
En effet, en utilisant par exemple l'intervalle [-20° ;+70°] , le point de départ (-20°) ne travaille pas à zéro Gauss, mais présente un "offset" gênant pour des applications qui nécessitent un point de départ très stable. On connaît également dans l'art antérieur, le brevet américain N° US 5861745 qui décrit un dispositif de détection sans contact constitué par un rotor et par un stator. Dans le stator est agencé un élément de Hall dans un entrefer en forme de fente et dans la paroi intérieure du rotor sont agencés deux aimants annulaires qui présentent des polarités magnétiques opposées l'une à l'autre.
Mais dans le cadre d'une utilisation du capteur angulaire sur la course maximale (240°) et/ou pour des applications du type ETC, seules deux structures fonctionnent théoriquement, celles représentées sur les figures 3 et 4 , qui consistent respectivement en une configuration stator intérieur et en une configuration stator extérieur. Ces deux dispositifs présentent les caractéristiques suivantes : trois pièces pour le stator et deux aimants aimantés radialement, l'un sur une étendue angulaire de 120° (radial intérieur) et l'autre sur une étendue angulaire de 240° (radial extérieur) .
Toutefois, il n'est pas à l'heure actuelle techniquement faisable d'aimanter de façon correcte un aimant sur une étendue angulaire de 240°. Cette dégradation des performances conduit inévitablement à une mauvaise linéarité, or la linéarité est le premier critère de ce type de capteurs .
Enfin, on connaît également la demande de brevet international N° WO 0120250 qui décrit un dispositif de mesure pour la détection sans contact d'un mouvement relatif comportant 3 pôles statoriques d'environ 120° de par la réalisation d'un trou dans le grand stator qui a pour objectif de diminuer le flux de fuite lorsque la transition des aimants se trouve dans la configuration représentée notamment sur les figures 22, 23, 24a et 24c de ladite demande. Ainsi, le dispositif de cette demande de brevet ne permet pas de travailler dans la phase angulaire [-120° ; +120°] car la présence du susdit trou induit un "accident" sur l'induction mesurée pour la zone proche de zéro.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de remédier aux inconvénients des dispositifs de l'art antérieur. Elle propose à cet effet un dispositif de capteur magnétique de position angulaire, comportant au moins un stator et un rotor, l'espace entre ledit stator et ledit rotor définissant sur sensiblement 360° un entrefer principal dans lequel se déplace au moins deux pôles magnétiques de polarités alternées, ledit stator comportant au moins un entrefer secondaire dans lequel est placé au moins un élément magnétosensible, caractérisé en ce que ledit stator est constitué de deux épanouissements polaires de largeurs angulaires respectivement sensiblement égales à 120° et 240°.
Par ailleurs, les deux pôles magnétiques seront chacun de largeur angulaire sensiblement égale à 120°. Avantageusement, les susdits deux pôles magnétiques seront des aimants adjacents aimantés radialement .
Dans un mode d'exécution de l'invention, le rotor est situé à l'intérieur du stator. Dans un second mode d'exécution, le rotor est situé à l'extérieur du stator.
Selon une possibilité offerte par l'invention, les bords d'un au moins du susdit entrefer pourront être orientés radialement, également dénommés
"en fentes radiales", ou être orientés dans la même direction, également dénommés "en fentes droites".
De préférence, les bords du susdit entrefer seront parallèles entre eux. De la même manière, l'un au moins desdits pôles magnétiques sera avantageusement constitué en un matériau ferromagnétique doux.
L'un au moins des pôles magnétiques pourra être collé au rotor ou être partie intégrante dudit rotor.
Selon une possibilité, le rotor et le stator seront disposés axialement, c'est-à-dire suivant un même axe linéaire. Dans ce cas, les susdits pôles magnétiques seront alors des aimants adjacents de forme discale aimantés axialement, c'est-à-dire suivant un même axe linéaire.
Le rotor pourra également comprendre au moins deux parties séparées axialement ; les deux parties formant le rotor étant alors séparées par un aimant à disque, à aimantation axiale. Les deux parties pourront également être séparées par un aimant de forme annulaire, à aimantation axiale.
Selon une possibilité offerte par l'invention, le rotor pourra comprendre au moins deux parties séparées transversalement ; les deux parties formant le rotor étant alors séparées par un aimant parallélêpipédique, à aimantation transversale.
Dans le cas où le rotor est situé à l'extérieur du stator, le rotor pourra comprendre au moins deux parties séparées transversalement par un aimant, à aimantation transversale ; l'aimant pouvant présenter une forme parallélêpipédique.
Grâce à ces particularités, l'invention permet donc de fabriquer, à faible coût, un capteur de position angulaire apte à travailler avec une linéarité de ±0.5% sur une course de 100° à partir du point zéro Gauss et étend la course de ±90° à ±120°. Ainsi, ce capteur présente les caractéristiques suivantes : une linéarité de l'ordre de 1% crête à crête, la délivrance d'un signal ayant une bonne linéarité sur une plage de 220°, une partie statorique réduite à deux pièces, deux pôles magnétiques aimantés preferentiellement radialement sur une plage angulaire sensiblement égale à 120°, plus facile à mettre en œuvre industriellement .
Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 illustre une vue en perspective d'un dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon l'invention ; la figure 2 est une vue en plan de dessus du dispositif représenté sur la figure 1 ; les figures 3 et 4 illustrent respectivement une vue en perspective et une vue en plan de dessus d'un autre mode d'exécution du dispositif selon l'invention dans lequel le rotor est placé à 1 ' intérieur du stator ; les figures 5 et 6 illustrent respectivement une vue en perspective et une vue en plan de dessus d'une variante du dispositif représenté sur les figures 3 et 4 ; les figures 7 et 8 illustrent respectivement une vue en perspective et une vue en plan de dessus d'un autre mode d'exécution du dispositif selon l'invention dans lequel le rotor est placé à 1 ' extérieur du stator ; les figures 9 et 10 illustrent respectivement une vue en perspective et une vue en plan de dessus d'un autre mode d'exécution du dispositif selon l'invention dans lequel les pôles magnétiques sont du type disque ; les figures 11 et 12 illustrent respectivement une vue en perspective et une vue en plan de dessus d'un autre mode d'exécution du dispositif selon l'invention dans lequel les pôles magnétiques sont indépendants du rotor ; les figures 13 et 14 illustrent respectivement une vue en perspective et une vue en plan de dessus d'un autre mode d'exécution du dispositif selon l'invention dans lequel le rotor est séparé axialement par un aimant disque à aimantation axiale ; la figure 15 illustre une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention dans lequel le rotor est séparé transversalement par un aimant à aimantation transversale ; les figures 16 et 17 illustrent respectivement une vue en perspective et une vue en plan de dessus d'un autre mode d'exécution du dispositif selon l'invention dans lequel le rotor est disposé à l'extérieur du stator et est séparé axialement par un aimant annulaire à aimantation axiale ; - la figure 18 illustre une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention dans lequel le rotor, disposé à l'extérieur du stator, est séparé transversalement par un aimant à aimantation transversale .
Le dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon l'invention comprend, dans tous les exemples présentés ci-après nécessaires à la compréhension et à l'illustration des différentes variantes de l'invention, un stator et un rotor en matériau ferromagnétique doux ainsi que deux pôles magnétiques de polarités alternées. Un élément magnetosensible, par exemple une sonde de Hall, logée dans un entrefer secondaire du stator mesure l'induction et permet d'obtenir la position angulaire du rotor par rapport au stator.
Par ailleurs, comme cela est visible sur les différentes figures, que le stator soit placé à l'extérieur ou à l'intérieur du rotor, celui-ci est toujours constitué par deux épanouissements polaires 1, 2 de largeurs angulaires respectivement sensiblement égales à 120° et 240°. Dans un mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif de capteur de position selon l'invention comporte un stator 1, 2 à l'intérieur duquel est logé un rotor 3. L'espace défini entre le stator 1, 2 et le rotor 3 définit l'entrefer principal 4 qui s'étend sur 360° et dans lequel se déplacent deux pôles magnétiques 5 et 6 , ou aimants , adjacents aimantés radialement et de polarités alternées, lesdits aimants, solidaires d'un moyen d'accouplement, pouvant être collés au rotor.
Le stator 1, 2 est constitué par deux parties fixes 1 et 2, définissant deux entrefers secondaires 7 et 8 dont les bords, deux à deux parallèles entre eux, sont orientés radialement. Les deux entrefers secondaires 7 et 8 sont sensiblement perpendiculaires à l'entrefer principal 4 et l'élément magnetosensible 9, logé dans au moins un desdits entrefers secondaires 7, 8, mesure la variation de l'induction. Cet élément magnetosensible 9 engendre un signal électrique proportionnel à l'induction qui le traverse.
Les figures 3 et 4 représentent une variante du dispositif de capteur magnétique de position angulaire représentée sur les figures 1 et 2. En effet, dans cette variante, un des aimants définissant un des deux pôles magnétiques de largeur angulaire sensiblement égale à 120° est remplacé par un matériau ferromagnétique doux. Par ailleurs, de la même manière que précédemment, le rotor 3 est disposé à l'intérieur du stator 1, 2 et les bords parallèles des entrefers secondaires 7, 8 sont orientés radialement, selon une configuration connue dénommée "en fentes radiales" .
Selon une possibilité offerte par l'invention, les pôles magnétiques peuvent être collés au rotor 3 ou faire partie intégrante du rotor 3. Dans l'exemple représenté sur la figure 4, le pôle magnétique 10 constitué par le matériau ferromagnétique doux est ainsi partie intégrante du rotor 3.
De la même manière, on pourra envisager une réalisation du dispositif selon l'invention, représenté sur les figures 5 et 6, dans laquelle les entrefers secondaires 7 et 8, dont on a vu précédemment que les bords sont idéalement parallèles, sont orientés dans la même direction, c'est-à-dire que lesdits bords s'étendent selon respectivement deux lignes droites parallèles, A'A et B'B visibles sur la figure 6.
Bien entendu, on pourra également concevoir le cas où les bords des entrefers secondaires ne sont pas parallèles sans une altération significative des propriétés du dispositif selon l'invention. De plus, pour des considérations de réalisation et de production, on comprendra qu'il est plus facile de prévoir que les bords opposés des pôles magnétiques 5, 6 ou 6, 10 sont parallèles.
Dans un second mode d'exécution du dispositif selon l'invention, le capteur de position comporte un rotor 11 à l'intérieur duquel est logé un stator 12, 13. De la même manière que précédemment, l'espace entre ledit stator 12, 13 et ledit rotor 11 définit l'entrefer principal 4 qui s'étend sur 360° et dans lequel se déplacent deux aimants adjacents 5, 6 aimantés radialement et de polarités alternées. De façon équivalente, lesdits aimants 5 et 6 , solidaires d'un moyen d' accouplement, peuvent être collés au rotor 11 ou être partie intégrante de ce dernier. Les deux aimants 5, 6 constituent deux pôles magnétiques de largeur angulaire sensiblement égale à 120°.
Le stator 12, 13 est ici constitué par deux parties fixes 12 et 13, dont l'espace les séparant définit un entrefer secondaire 14 et dont les deux extrémités sont sensiblement perpendiculaires à l'entrefer principal 4. L'élément magnetosensible 9, logé dans l'entrefer secondaire 14, mesure la variation de l'induction. Cet élément magnetosensible 9 engendre un signal électrique proportionnel à 1 ' induction qui le traverse.
Comme précédemment, on pourra envisager que l'un au moins des pôles magnétiques 5 ou 6 de largeur sensiblement égale à 120° est remplacé par un matériau ferromagnétique doux.
Dans un mode d'exécution du dispositif selon l'invention, le stator 1, 2 et le rotor 15 sont disposés axialement. L'espace de séparation entre le stator 1, 2 et le rotor 15 définit l'entrefer principal 4 qui s'étend sur 360° et dans lequel se déplacent deux aimants 5 et 6, constituant deux pôles magnétiques, de largeur angulaire sensiblement égale à 120°, de forme discale, adjacents aimantés axialement et de polarités alternées, lesdits aimants 5 et 6, solidaires d'un moyen d'accouplement, pouvant être collés au rotor 15.
Comme précédemment, dans ce mode d'exécution, le dispositif selon l'invention fonctionne de la même manière. Ainsi, le stator est constitué par deux parties fixes 1 et 2 , définissant deux entrefers secondaires 7, 8, dont les bords parallèles sont orientés radialement. Les deux entrefers secondaires 7, 8, sont sensiblement perpendiculaires à l'entrefer principal 4 et l'élément magnetosensible 9, logé dans au moins un desdits entrefers secondaires 7 ou 8 , mesure la variation de l'induction. Cet élément magnetosensible 9 engendre un signal électrique proportionnel à l'induction qui le traverse.
Cette variante du dispositif selon l'invention pourra présenter, comme toutes les alternatives du dispositif selon l'invention, au moins un des susdits pôles magnétiques 5, 6, qui sera constitué par un matériau ferromagnétique doux. De la même manière, les bords opposés et parallèles des entrefers secondaires 7, 8, pourront être orientés dans la même direction.
Selon une autre possibilité offerte par l'invention et représentée sur les figures 11 et 12, le dispositif de capteur magnétique de position angulaire pourra, dans tous les exemples choisis pour illustrer ladite invention, présenter ces deux pôles magnétiques 5, 6 indépendant à la fois du rotor 3 et du stator 1, 2. Ainsi, les deux susdits pôles 5, 6, ne seront ni collés au stator ni collés au rotor et pourront se déplacer, de façon indépendante, à l'intérieur de l'entrefer principal.
Les figures 13 et 14 représentent une variante du dispositif de l'invention dans laquelle le rotor 16 et 17, disposé à l'intérieur d'un stator 1, 2, est constitué en deux parties 16 et 17, auxquelles sont collés respectivement les pôles magnétiques 5 et 6. Les deux parties du rotor 16, 17, sont par ailleurs séparées par un aimant disque 18 aimanté axialement.
Ainsi, le capteur de position, selon le présent mode de réalisation, comporte un stator 1, 2, à 1 ' intérieur duquel est logé un rotor divisé en deux parties 16 et 17, lesdites parties 16, 17 étant séparées axialement par un aimant disque 18 à aimantation axiale, c'est-à-dire dont la direction d'aimantation est parallèle à l'axe XX' d'empilement des deux parties du rotor 16 et 17 et dudit aimant disque 18. L'espace existant entre le stator 1, 2 et le rotor 16, 17 définit l'entrefer principal 4 qui s'étend sur 360° et dans lequel se déplacent deux pôles magnétiques 5, 6, en matériau ferromagnétique doux de polarités alternées, lesdits pôles magnétiques 5, 6, étant solidaires d'un moyen d'accouplement, pouvant être collés au rotor ou constituer une fraction de chacune des parties du rotor 16 et 17.
Comme dans les autres modes d'exécution du dispositif selon l'invention, le stator est constitué par deux parties fixes 1 et 2, définissant deux entrefers secondaires 7, 8 dont les bords parallèles sont orientés radialement. Les deux entrefers secondaires 7, 8, sont sensiblement perpendiculaires à l'entrefer principal 4 et l'élément magnetosensible 9, logé dans au moins un desdits entrefers secondaires 7, 8, mesure la variation de l'induction. Cet élément magnetosensible 9 engendre un signal électrique proportionnel à l'induction qui le traverse.
Comme cela est représenté sur la figure 15, les deux parties du rotor 19, 20 pourront être disposés sur un même plan, comprenant également le stator 1, 2. Dans cette variante du dispositif de l'invention, les deux parties du rotor 19, 20, comprendront chacune un pôle magnétique, par exemple collé à ladite partie 19 ou 20, et seront séparées entre elles par un aimant parallélêpipédique 21 à aimantation transversale, c'est-à-dire suivant le susdit plan et perpendiculairement aux tangentes au cercle, ou portion de cercle, formé par le stator 1, 2 ou les deux parties du rotor 19, 20.
Les autres éléments du dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon l'invention peuvent être disposés à l'identique que dans les variantes décrites précédemment. Ainsi, le stator 1, 2 est constitué par deux parties fixes 1 et 2, définissant deux entrefers secondaires 7, 8, dont les bords parallèles sont orientés radialement. Les deux entrefers secondaires 7, 8, sont sensiblement perpendiculaires à l'entrefer principal 4 et l'élément magnetosensible 9, logé dans au moins un desdits entrefers secondaires 7, 8, mesure la variation de l'induction. Cet élément magnetosensible 9 engendre un signal électrique proportionnel à l'induction qui le traverse . Les figures 16 et 17 présentent une variante du dispositif de l'invention dans laquelle le stator 22, 23 est placé à l'intérieur d'un rotor divisé en deux parties 24 et 25, ces deux parties 24, 25, étant séparées axialement par un aimant annulaire 26 à aimantation axiale, c'est-à-dire dans la direction parallèle à l'empilement des cercles, ou anneaux, formés par les parties du rotor 24, 25, et l'aimant annulaire 26 les séparant. L'espace entre le stator 22, 23, et le rotor 24, 25, définit l'entrefer principal 4 qui s'étend sur 360° et dans lequel se déplacent deux pôles magnétiques 5, 6, en matériau ferromagnétique doux de polarités alternées .
Les pôles magnétiques 5, 6, pourront être solidaires d'un moyen d'accouplement avec les parties du rotor 24, 25, par exemple collés audites parties 24 et 25 ou constituer en une fraction desdites parties du rotor 24, 25. Dans le cas représenté sur les figures 16 et 17, chaque partie du rotor 24 et 25 comprend, ou porte, un pôle magnétique 5 ou 6.
Le stator 22, 23 est ici constitué par deux parties fixes 22 et 23, définissant un entrefer secondaire 27 dont les deux extrémités sont sensiblement perpendiculaires à l'entrefer principal 4. L'élément magnetosensible 9, logé dans l'entrefer secondaire 27, mesure la variation de l'induction. Comme précédemment, cet élément magnetosensible 9 engendre un signal électrique proportionnel à l'induction qui le traverse.
La figure 18 représente, comme dans l'exemple représenté sur la figure 15, les deux parties du rotor 28, 29, disposées sur un même plan, comprenant également le stator 30, 31, disposé à l'intérieur du cercle, ou de l'anneau, formé par les deux parties du rotor 28, 29. Les deux parties du rotor 28, 29, comprennent chacune un pôle magnétique 5, 6, et seront séparées entre elles par un aimant 32, par exemple de forme parallélêpipédique, à aimantation transversale, c'est-à-dire suivant le susdit plan et perpendiculairement aux tangentes au cercle, ou portion de cercle, formé par le stator 30, 31, ou les deux parties du rotor 28, 29.
Dans cet exemple, le stator 30, 31, est également est constitué par deux parties fixes 30 et 31, définissant un entrefer secondaire dont les deux extrémités sont sensiblement perpendiculaires à l'entrefer principal. L'élément magnetosensible 9, logé dans l'entrefer secondaire, mesure la variation de l'induction de la même manière que dans les autres exemples de réalisation de l'invention.
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes du dispositif d'étanchéité selon l'invention, en particulier concernant la forme du stator et/ou du rotor, de l'entrefer principal et secondaire, sans pour autant sortir du cadre du brevet.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire, comportant au moins un stator (1, 2) et un rotor (3), l'espace entre ledit stator (1, 2) et ledit rotor (3) définissant sur sensiblement 360° un entrefer principal (4) dans lequel se déplace au moins deux pôles magnétiques (5, 6) de polarités alternées, ledit stator (1, 2) comportant au moins un entrefer secondaire (7, 8) dans lequel est placé au moins un élément magnetosensible (9) , caractérisé en ce que ledit stator (1, 2) est constitué de deux épanouissements polaires (1 et 2) de largeurs angulaires respectivement sensiblement égales à 120° et 240°, et en ce que les deux pôles magnétiques (5, 6) sont chacun de largeur angulaire sensiblement égale à 120° .
2. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (3) est situé à l'intérieur du stator (1, 2) .
3. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (11) est situé à l'extérieur du stator (12, 13).
4. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les susdits deux pôles magnétiques (5, 6) sont des aimants adjacents aimantés radialement .
5. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords du susdit entrefer secondaire (7, 8) sont orientés radialement, également dénommé "en fentes radiales".
6. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords du susdit entrefer secondaire (7, 8) sont orientés dans la même direction, également dénommés "en fentes droites".
7. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les bords du susdit entrefer secondaire (7, 8) sont parallèles entre eux.
8. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un desdits pôles magnétiques (5, 6) est constitué en un matériau f e r r omagné t i que doux .
9. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des pôles magnétiques (5, 6) est collé au rotor (3) .
10. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des pôles magnétiques (5, 6) est partie intégrante du rotor (3) .
11. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (15) et le stator (1, 2) sont disposés axialement, c'est-à-dire suivant un même axe linéaire.
12. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 11, caractérisé en ce que les susdits pôles magnétiques (5, 6) sont des aimants adjacents aimantés axialement, c'est-à-dire suivant un même axe linéaire.
13. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (16, 17) comprend au moins deux parties (16 et 17) séparées axialement.
14. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 13, caractérisé en ce que les deux parties formant le rotor (16, 17) sont séparées par un aimant à disque (18), à aimantation axiale.
15. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (19, 20) comprend au moins deux parties (19 et 20) séparées transversalement .
16. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 15, caractérisé en ce que les deux parties formant le rotor
(19, 20) sont séparées par un aimant parallélêpipédique
(21) , à aimantation transversale.
17. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 13, caractérisé en ce que les deux parties du rotor (24, 25) sont séparées par un aimant annulaire (26) , à aimantation axiale.
18. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rotor (28, 29) comprend au moins deux parties (28 et 29) séparées transversalement par un aimant (32), à aimantation transversale.
19. Dispositif de capteur magnétique de position angulaire selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'aimant (32) présente une forme parallélêpipédique .
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