WO2006084632A1 - Utilisation de la magneto-impedance sur un capteur de position sans contact et capteur correspondant - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the application of magneto-impedance, also called RMS (resistive magnetic saturation - resistive magnetic saturation), to the field of sensors.
- RMS resistive magnetic saturation - resistive magnetic saturation
- the physical phenomenon concerned by this subject is the following, in a general way.
- the thickness of this skin is determined by the formula:
- e thickness of the skin
- p resistivity of the conductor in Ohm.
- meter ⁇ 0 magnetic permeability of the vacuum (4. ⁇ r.10 7 )
- ⁇ r magnetic permeability of the material
- f frequency in Hertz.
- R resistance of the conductor in Ohm
- p resistance of the conductor in Ohm. metre
- L length of the conductor in meters
- S surface of the section of the conductor.
- a magnetic field modifies the value of the magnetic permeability of the material ( ⁇ r ). This has the effect of dropping the measured resistance R relative to the same conductor not subject to the external magnetic field considered.
- This phenomenon is already used to measure, typically with great precision, absolute magnetic fields and sensors operating on the principle of magneto-impedance, and especially on giant magneto-impedance, have been developed. They operate at very high frequencies (above GHz, for giant magneto-impedance) and use amorphous materials in particular to constitute the electrical conductor serving as a sensitive element.
- the problem posed here is that of widening the field of application of the magneto-impedance, on the basis of the physical phenomenon presented above, without necessarily having to measure with a great precision the magnetic fields concerned, and without being subjected to necessarily high costs imposed so far especially in the case of the aforementioned sensors, in particular developed in relation to the giant magneto-impedance.
- this magneto-impedance phenomenon on a non-contact position sensor, with the particularity that: a) an electrical conductor is produced having a magnetically sensitive surface subjected to magnetic effect of a permanent magnet, this surface varying according to its relative position with respect to the magnet, b) said relative position is varied between the magnet and the magnetically sensitive surface of the electrical conductor, which varies at least a physical characteristic of this conductor, c) said variation in physical characteristic (s) of the electrical conductor obtained during step b) is recorded, this variation being correlated with the position of the magnet.
- the physical characteristic of the electrical conductor that varies and that is raised is the electrical resistance of this conductor.
- this electrical resistance is modified by the relative positron variation between the magnet and the magnetically sensitive surface of the electrical conductor and raising this resistance is an easy and inexpensive measure, especially if it is not useful to obtain an important precision in the statement.
- the choice of the use of the magneto-impedance to realize such a position sensor being in particular an economic choice and since the object of the present approach will not be to conduct an exact quantitative measurement, it is advised that, when d ⁇ step b), the electric conductor is subjected to an alternating voltage of between a few kilohertz and less than one hundred megahertz.
- the density will be greater if the magnet moves in front of three sections close to each other than if the same magnet, for the same displacement and for the same length of sections, sees only two more spaced apart.
- the electric conductor surface subjected to its magnetic field may vary, even if the conductor section remains constant.
- the relative displacement between the magnet and the electrical conductor may in particular be a translation or a rotation.
- step a) the driver is wound so that it presents externally sections developing substantially along a spiral
- step b the magnet and this spiral are rotated relative to each other in the course of step b).
- the invention therefore applies to a position sensor as such, and in particular to a position sensor for a motor vehicle, comprising:
- a conductive track zone having a surface sensitive to the magnetic field of a magnet, physical characteristics, and terminals
- a source of power for creating an alternating voltage at said terminals of the conductive track zone (s)
- displacement means for varying the relative position between the magnet and the sensitive surface
- - Reading means to record a variation of at least one of the physical characteristics of the conductive track area (s) generated by said relative position variation.
- the recording means comprise means for recording the electrical resistance or the electrical resistance variation of said conductive track area (s).
- the electrical conductor comprises or is constituted (at least in its sensitive area) with a paramagnetic material or a ferromagnetic material.
- the magnet be mobile with respect to the sensitive surface in a direction of movement, and
- the conductive track zone (s) has predominantly or exclusively conductive track portions (s) not perpendicular to the direction of movement of the magnet.
- the magnet be provided with polar parts to focus the magnetic field.
- FIG. 1 schematically shows an example of a non-contact position sensor according to the invention, designed on the evoked base of the magneto-impedance
- FIG. 2 schematizes in side view of a position sensor with a magnet provided with polar parts
- FIGS. 3, 4, 5, 6, 7 and 8 show different geometries of electrical conductors (also referred to as conductive track zones, above).
- the object of the approach is therefore a priori not here to make an exact quantitative measurement (measurement of external magnetic field as was the case of GMI sensors)
- the physical characteristic of the electrical conductor 1, in the sensitive zone 10 subjected to the effect of the magnet, which must vary to allow the use of the magneto-impedance phenomenon (or RMS ) relates to the impedance and in particular the resistance R of this conductor, at the stimulation frequency.
- the position sensor of the invention therefore based favorably on the variation of the resistance R of an electrical conductor, in particular of paramagnetic or ferromagnetic material, and subjected to an alternating voltage of frequency f, is generally described as follows:
- the amorphous materials - very expensive - can be advantageously replaced by ferromagnetic materials such as ⁇ -metal® for example. This makes it possible to use a low cost magnet and still obtain excellent results.
- a film of ⁇ -metal® can be applied. The tracks are then engraved.
- ⁇ -metal® is a soft magnetic alloy, which has a relatively stable crystalline structure, taking into account the different treatments occurring in its manufacturing process, and good thermal conductivity. It is an alloy based on nickel and iron (77% Ni, 14% Fe, 5% Cu, 4% Mo for example). Permalloy® is another known usable magnetic alloy trade name. Other materials are available. The iron could be used for example, but it would be necessary to change the operating frequencies of the alternating current associated with the sensor, in order to achieve good performance. In FIG. 1, there is therefore an electrical conductor 1 powered by an AC supply such as a source 3 of AC power and connected to the ground at 5.
- an AC supply such as a source 3 of AC power and connected to the ground at 5.
- An alternating input voltage Ui can thus be applied between the terminals 1a, 1b of the conductor 1.
- this voltage Ui will be between a few hundred Hz and less than a thousand MHz and advantageously between a few KHz and less than 100 MHz and even more advantageously (for these materials) between 5 KHz and 50 MHz.
- the electrical conductor 1 can be connected to a voltmeter for measuring the amplitude of the output signal.
- An amplitude-modulated AC voltage source may be used to further facilitate the electronic measurement of the output voltage as a function of the resistance variation of the sensing element.
- the electrical conductor 1 defines an area of conductive tracks, also called resistive tracks, 10, constituting the sensitive part of the sensor with, at the place where the conductor passes, a magnetically sensitive surface (delimited by the contour 10) subjected to the magnetic effect of a permanent magnet 11 disposed opposite.
- the conductive track zone 10 may in particular be formed on a support substrate usually called PCB (Printed Circuit Board) commonly used for the realization of electronic cards. Faced with these resistive tracks, the magnet 11 is, in Figures 1 and 2, movable in translation in a direction 11a parallel to the direction of elongation of the tracks.
- PCB Print Circuit Board
- the movable magnet 11 extends over the entire width of the resistive track zone 10, in order to make a widest possible surface sensitive.
- the relative movement between the magnet and the sensitive area of the electrical conductor 1 can be generated by any suitable organ or group of members, such as for example a motor shaft, camshaft, crankshaft (on an automobile engine) , or else the clutch, the suspension ...
- a motor shaft end 12 rotating the magnet 11 fixed to a free end has been schematized.
- the electrical conductor 1 typically has a substantially rectilinear section 13 having a slope slightly inclined with respect to 11a and extending along the length L of the sensitive zone 10, so that in this zone the conductor electrical 10 has, on either side of this essentially straight central portion of connection and therefore of the central axis 11a, two (approximately) similar surfaces 15a, 15b, crenellated or meandering respectively developing in increasing and decreasing in one direction and in the opposite direction, along the axis 11a, and substantially following two inverted triangular surfaces.
- Terminal 1c is at one end of section 13 (FIG. 1).
- FIGS. 3 and 5 there are two other forms of conductive track zone geometry 10 developed on the basis of a variation in the density of the conductor 1 electrically subjected to the magnetic effect of the magnet: crenellated and generally triangular shape in Figure 3 and crenellated crenellated thickness decreasing in one direction, in the direction of displacement 11a in Figure 5.
- the magnet 11 may favorably be provided with pole pieces 29a, 29b located on either side of its transverse sides to the axis of displacement 11a. .
- the position sensor of the invention is used for rotational displacement measurements, as for example in Figure 6 at the end of shaft 12, here with a square drawing of the resistive track zone 10 and a rectangular magnet 11, the geometry of the zone 10 being able to correspond to that of Figure 4, on a square surface and not rectangular.
- each conductor 30, 31 has been wound to externally present sections, respectively 30a, 30b; 31a, 31b, for two of them in each case, these sections developing substantially along a spiral, as can be seen. And it is in front of this spiral that the magnet will turn, to obtain the magneto-resistive sensor wanted here.
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Abstract
Selon l'utilisation prévue, on réalise un conducteur électrique (1) présentant une surface (10) magnétiquement sensible soumise à l'effet magnétique d'un aimant permanent (11), cette surface variant suivant sa position relative par rapport à l'aimant, on fait varier ladite position relative entre l'aimant et la surface magnétiquement sensible, ce qui fait varier au moins une caractéristique physique de ce conducteur, et on relève ladite variation de caractéristique(s) physique(s) du conducteur électrique, cette variation étant en corrélation avec la position de l'aimant (11).
Description
Utilisation de la magnéto-impédance sur un capteur de position sans contact et capteur correspondant
L'invention concerne l'application de la magnéto-impédance, également appelée RMS (résistive magnetic saturation - saturation magnétique résistive), au domaine des capteurs.
Plus précisément, est ici concernée l'utilisation de cette magnéto-impédance sur un capteur de position sans contact, ainsi que le capteur lui-même.
Le phénomène physique concerné par le présent sujet est le suivant, de façon générale.
Un conducteur électrique parcouru par un courant électrique alternatif voit ce courant se répartir à la périphérie du conducteur. Ce phénomène est couramment appelé l'effet de peau.
L'épaisseur de cette peau est déterminée par la formule :
Ainsi, plus la fréquence f augmente, plus l'épaisseur e de la peau diminue. Par ailleurs, la résistance électrique d'un conducteur électrique est donnée par la formule :
S avec :
R : résistance du conducteur en Ohm p : résistance du conducteur en Ohm. mètre
L : longueur du conducteur en mètre S : surface de la section du conducteur.
On note que sur un tel phénomène d'effet de peau, lorsque la fréquence f augmente pour un conducteur électrique donné (toutes choses étant égales par ailleurs), la surface S diminue et donc la résistance mesurée R augmente fortement.
Si un champ magnétique est appliqué sur le conducteur électrique réalisé en un matériau approprié, il modifie la valeur de la perméabilité magnétique du matériau (μr).
Ceci à pour effet de faire chuter la résistance mesurée R par rapport au même conducteur non soumis au champ magnétique externe considéré.
Ce phénomène est déjà utilisé pour mesurer, typiquement avec grande précision, des champs magnétiques absolus et des capteurs fonctionnant sur le principe de la magnéto-impédance, et surtout sur la magnéto-impédance géante, ont été développés. Ils fonctionnent à des fréquences très élevées (supérieures au GHz, pour la magnéto- impédance géante) et utilisent en particulier les matériaux amorphes pour constituer le conducteur électrique servant d'élément sensible.
Le problème ici posé est celui d'un élargissement du domaine d'application de la magnéto-impédance, sur la base du phénomène physique ci-avant présenté, sans avoir nécessairement à mesurer avec une grande précision les champs magnétiques concernés, et sans être soumis nécessairement aux coûts élevés imposés jusqu'à présent en particulier dans le cas des capteurs précités, notamment développés en relation avec la magnéto-impédance géante. C'est dans ce contexte qu'il est ici proposé d'utiliser ce phénomène de la magnéto-impédance sur un capteur de position sans contact, avec pour particularité que : a) on réalise un conducteur électrique présentant une surface magnétiquement sensible soumise à l'effet magnétique d'un aimant permanent, cette surface variant suivant sa position relative par rapport à l'aimant, b) on fait varier ladite position relative entre l'aimant et la surface magnétiquement sensible du conducteur électrique, ce qui fait varier au moins une caractéristique physique de ce conducteur, c) on relève ladite variation de caractéristique(s) physique (s) du conducteur électrique obtenue lors de l'étape b), cette variation étant en corrélation avec la position de l'aimant.
On va ainsi pouvoir appliquer le phénomène de la magnéto-impédance notamment dans le domaine de l'industrie automobile où les conditions d'applications sont différentes de celles des capteurs antérieurs connus.
De préférence, lors des étapes b) et c), la caractéristique physique du conducteur électrique qui varie et que l'on relève est la résistance électrique de ce conducteur.
En effet, cette résistance électrique est modifiée par la variation de positons relatives entre l'aimant et la surface magnétiquement sensible du conducteur électrique et relever cette résistance est une mesure aisée et peu onéreuse, d'autant plus s'il n'est pas utile d'obtenir une précision importante dans le relevé. Le choix de l'utilisation de la magnéto-impédance pour réaliser un tel capteur de position étant notamment un choix économique et dès lors que l'objet de la présente démarche ne sera pas de conduire une mesure quantitative exacte, on conseille que, lors
dθ l'étape b), on soumette le conducteur électrique à une tension alternative comprise entre quelques kilohertz et moins d'une centaine de Mégahertz.
Bien que l'effet produit par l'application d'une telle gamme de fréquence soit moins important que pour les fréquences déjà connues (supérieures au Ghz pour la magnéto-impédance géante), cet effet demeure néanmoins tout à fait suffisant pour être détectable sur le type de capteur ici concerné.
Concernant l'obtention de la surface variable sur le conducteur électrique, on notera maintenant que l'on conseille l'une ou l'autre des variantes suivantes :
- soit on obtient cette surface variable en faisant varier la section du conducteur électrique,
- soit on obtient cette surface en faisant varier la densité du conducteur électrique soumise à l'effet magnétique de l'aimant.
On doit comprendre par densité, la longueur des tronçons (de section supposée constante) de conducteur électrique vu par l'aimant, en fonctionnement. Par exemple, la densité sera plus importante si l'aimant se déplace face à trois tronçons proches entre eux que si le même aimant, pour un même déplacement et pour une même longueur de tronçons, n'en voit que deux plus espacés.
Ainsi, suivant les endroits de déplacement de l'aimant, la surface de conducteur électrique soumise à son champ magnétique pourra varier, même si la section du conducteur demeure constante.
Il doit être clair que le déplacement relatif dont on fait état entre l'aimant et le conducteur électrique peut en particulier être une translation ou une rotation.
Dans ce dernier cas, on propose notamment, pour un objectif de coût réduit, d'efficacité et de fiabilité que : - lors de l'étape a), on enroule le conducteur pour qu'il présente extérieurement des tronçons se développant suivant sensiblement une spirale,
- et on fait tourner de façon relative, face à face, l'aimant et cette spirale, lors de l'étape b).
Outre l'utilisation du phénomène de magnéto-impédance tel que présenté, l'invention s'applique donc à un capteur de position en tant que tel, et en particulier à un capteur de position pour un véhicule automobile, comprenant :
- une zone de piste(s) conductrice(s) présentant une surface sensible au champ magnétique d'un aimant, des caractéristiques physiques, et des bornes,
- un aimant permanent pour générer ledit champ magnétique sur la surface sensible,
- une source de puissance pour créer une tension alternative aux dites bornes de la zone de piste(s) conductrice(s),
- des moyens de déplacement pour faire varier la position relative entre l'aimant et la surface sensible, et
- des moyens de relevé, pour relever une variation d'au moins une des caractéristiques physiques de la zone de piste(s) conductrice(s) générée par ladite variation de position relative.
Comme déjà indiqué, on conseille que les moyens de relevé comprennent des moyens de relevé de la résistance électrique ou de la variation de résistance électrique de ladite zone de piste(s) conductrice(s).
Pour satisfaire aux objectifs visés de coûts compétitifs, de fiabilité et d'efficacité, on conseille par ailleurs que le conducteur électrique comprenne ou soit constitué (au moins dans sa zone sensible) avec un matériau paramagnétique ou un matériau ferromagnétique.
Pour par ailleurs favoriser encore l'efficacité du capteur, voire sa sensibilité, on conseille en outre que : - l'aimant soit mobile par rapport à la surface sensible suivant une direction de déplacement, et
- la zone de piste(s) conductrice(s) présente majoritairement ou exclusivement des portions de piste(s) conductrice(s) non perpendiculaires à la direction de déplacement de l'aimant. Pour un objectif comparable, et de façon complémentaire ou alternative, on propose que l'aimant soit muni de pièces polaires pour focaliser le champ magnétique.
Dans la description encore plus détaillée qui suit, les figures illustrent des exemples de réalisation dans lesquels :
- la figure 1 montre schématiquement un exemple de capteur de position sans contact conforme à l'invention, conçu sur la base évoquée de la magnéto-impédance,
- la figure 2 schématise en vue de coté d'un capteur de position avec un aimant muni de pièces polaires,
- et les figures 3, 4, 5, 6, 7 et 8 montrent différentes géométries de conducteurs électriques (appelés également zones de piste(s) conductrice(s), ci-avant). L'objet de la démarche n'est donc a priori pas ici de faire une mesure quantitative exacte (mesure de champs magnétique extérieur comme c'était le cas des capteurs GMI)
Dans ce qui suit, on considérera par ailleurs que la caractéristique physique du conducteur électrique 1, dans la zone sensible 10 soumise à l'effet de l'aimant, qui doit varier pour permettre l'utilisation du phénomène de magnéto-impédance (ou RMS) concerne l'impédance et en particulier la résistance R de ce conducteur, à la fréquence de stimulation.
Avant d'en venir précisément aux figures on notera encore que le capteur de position de l'invention basé donc favorablement sur la variation de la résistance R d'un conducteur électrique, en particulier en matériau paramagnétique ou ferromagnétique, et soumis à une tension alternative de fréquence f, se décrit de manière générale comme suit :
- un aimant permanent générant un champ magnétique connu se déplace en regard du conducteur électrique concerné,
- il "perturbe" et annule partiellement ou totalement l'effet de peau se produisant dans sa zone d'effet, - la résistance R du conducteur est donc modifiée,
- et la mesure de cette résistance permet de localiser la position de l'aimant. Ceci n'est toutefois possible, pour un conducteur électrique donné, que si sa forme, et donc la surface soumise à l'effet de l'aimant, varie en fonction de la position de cet aimant. En effet, un conducteur rectiligne de section uniforme voit localement sa résistance varier sous l'effet du champ magnétique issu de l'aimant permanent, mais d'un point de vue global sa résistance est constante, même si elle est très inférieure à celle mesurée en l'absence d'aimant.
En réalisant un conducteur en matériau approprié, et avec une surface soumise à l'effet de l'aimant qui va varier en fonction du positionnement de cet aimant, ce dernier va masquer des surfaces différentes et la résistance totale du conducteur va varier.
Ceci peut être favorablement atteint de différentes manières. En particulier :
- en faisant varier la section du conducteur. Ceci est réalisable facilement avec un conducteur solidaire du PCB (support pour circuits imprimés), par exemple. Il suffit de réaliser des pistes (constitutives du conducteur) de largeurs différentes et l'effet recherché est obtenu, et/ou en variant la densité de conducteur soumis à l'aimant. Si on reprend l'exemple précédent d'une piste conductrice gravée sur un PCB, il suffit par exemple de réaliser des boucles ou méandres plus ou moins serrés pour parvenir au résultat.
Pour des raisons économiques et de rapport efficacité/coût, les matériaux amorphes - très coûteux- peuvent être avantageusement remplacés par des matériaux ferromagnétiques tel que du μ-métal® par exemple. Ceci permet d'utiliser un aimant de faible coût et de néanmoins obtenir d'excellents résultats. Sur un PCB, une pellicule de μ- métal® peut ainsi être appliquée. Les pistes sont ensuite gravées.
Le μ-métal® est un alliage magnétique doux, qui a une structure cristalline relativement stable, compte-tenu des différentes traitements survenant dans son procédé de fabrication, et une bonne conductivité thermique. C'est un alliage à base de Nickel et de fer (77% Ni, 14% Fe, 5% Cu, 4% Mo par exemple).
Le Permalloy® est un autre nom commercial d'alliage magnétique utilisable connu. D'autres matériaux sont disponibles. Le fer pourrait être utilisé par exemple, mais il y aurait alors lieu de modifier les fréquences de fonctionnement du courant alternatif associé au capteur, afin d'atteindre une bonne performance. Sur la figure 1 , on retrouve donc un conducteur électrique 1 alimenté par une alimentation alternative telle qu'une source 3 de puissance AC et relié à la masse en 5.
Une tension d'entrée Ui alternative peut ainsi être appliquée entre les bornes 1a, 1 b du conducteur 1.
En particulier pour un conducteur 1 en matériau paramagnétique ou ferromagnétique, cette tension Ui sera comprise entre quelques centaines de Hz et moins d'un millier de MHz et avantageusement entre quelques KHz et moins de 100 MHz et encore plus avantageusement (pour ces matériaux) entre 5 KHz et 50 MHz.
En sortie (borne 1c), le conducteur électrique 1 peut être relié à un voltmètre permettant de mesurer l'amplitude du signal de sortie. On pourra utiliser une source de tension alternative modulée en amplitude pour faciliter encore l'électronique de mesure de la tension de sortie en fonction de la variation de résistance de l'élément sensible.
Le conducteur électrique 1 définit une zone de pistes conductrices, appelées également pistes résistives, 10, constituant la partie sensible du capteur avec, à l'endroit où le conducteur passe, une surface magnétiquement sensible (délimitée par le contour 10) soumise à l'effet magnétique d'un aimant permanent 11 disposé en face.
Comme montré figure 2, la zone de pistes conductrices 10 peut en particulier être formée sur un substrat support habituellement dénommé PCB (Printed Circuit Board) utilisé communément pour la réalisation des cartes électroniques. Face à ces pistes résistives, l'aimant 11 est, sur les figures 1 et 2, déplaçable en translation suivant une direction 11a parallèle à la direction d'allongement des pistes.
Dans le cas de la figure 1 , (mais ceci est applicable aux autres géométries de pistes résistives des figures 3 à 8), on pourra utiliser cet élément sensible conducteur comme on utiliserait un potentiomètre. Toutefois on pourrait préférer recourir à un pont de Wheastone ou une de ses variantes, voir à d'autres moyens connus. Compte-tenu de la géométrie retenue pour le conducteur dans la zone 10, c'est le rapport de tensions U3IU4 qui variera suivant la position de l'aimant 11 , U3 et U4 étant respectivement les tensions alternatives entre les bornes 1a, 1c et 1b, 1c.
Sur la figure 1 , mais également sur la figure 3, l'aimant 11 mobile s'étend sur toute la largeur de la zone de pistes résistives 10, pour rendre sensible une surface la plus large possible.
Le mouvement relatif entre l'aimant et la zone sensible du conducteur électrique 1 peut être généré par tout organe, ou groupe d'organes, approprié, comme par exemple un arbre moteur, arbre à came, vilebrequin (sur un moteur d'automobile), ou encore l'embrayage, la suspension... Figure 6, un bout d'arbre moteur 12 entraînant en rotation l'aimant 11 fixé à une extrémité libre a été schématisé.
Figures 1 et 3 à 5, où le mouvement de l'aimant est (comprend) une translation, des glissières pourraient guider et orienter ce déplacement transversal, suivant la direction 11a (voir traits mixtes 14a et 14b, figure 3). On remarquera qu'en partie centrale, le conducteur électrique 1 présente typiquement un tronçon essentiellement rectiligne 13 présentant une pente peu inclinée par rapport à 11a et s'étendant sur la longueur L de la zone sensible 10, de sorte que sur cette zone le conducteur électrique 10 présente, de part et d'autre de ce tronçon central essentiellement rectiligne de liaison et donc de l'axe central 11a, deux surfaces (à peu près) semblables 15a, 15b, crénelées ou à méandres se développant respectivement en accroissement et en décroissant, dans un sens et en sens inverse, selon l'axe 11a, et suivant sensiblement deux surfaces triangulaires inversées. La borne 1c est à une extrémité du tronçon 13 (figure 1).
Toujours figure 1, ce tronçon est rectiligne. Le signal alternatif de sortie U2 évoluera donc suivant une pente constante, si l'aimant se déplace suivant 11a, comme montrée sur la courbe du bas de cette figure 1.
Sur la figure 4, on a joué sur la géométrie de la piste résistive 1 en partie centrale, où un plat a été créé au centre, ce plat apparaissant tant sur le tronçon central incliné 13 (en 13a) que, de part et d'autre, à l'endroit des créneaux adjacents supérieur et inférieur, respectivement 25a et 25b pour deux d'entre eux, un certain nombre de créneaux adjacents et successifs (ici trois de chaque côté) présentant une même surface soumise à l'effet de l'aimant.
On pourra ainsi obtenir un plat, en 17, sur la courbe U2=f/(L) montrée en bas de la figure 4, cette partie horizontale de la courbe, permettant, par comparaison avec les pentes respectivement amont 17a et aval 17b, toutes deux constantes, de repérer une position particulière, comme ici une position centrale de l'aimant, par rapport à la surface générale 10.
Plus généralement, on pourra obtenir la courbe de son choix, en fonction de la géométrie de la piste résistive 1 et la position de cette évolution géométrique sur cette piste, en adaptant donc la variation de densité du conducteur.
Sur les figures 3 et 5, on notera deux autres formes de géométrie de zone de piste conductrice 10 élaborées sur la base d'une variation de densité du conducteur
électrique 1 soumis à l'effet magnétique de l'aimant : forme crénelée et globalement triangulaire sur la figure 3 et forme crénelée à épaisseur de créneaux allant en diminuant dans un sens, suivant la direction de déplacement 11a sur la figure 5.
En complément ou en alternative, on pourrait, comme déjà indiqué, travailler sur la section du conducteur électrique 1 , en l'augmentant ou en la diminuant suivant que l'on veut accroître ou réduire le signal en réponse, en liaison avec l'effet produit par l'aimant en déplacement.
Sur la figure 3, on remarquera l'angle d'inclinaison α entre la direction 19a perpendiculaire à l'axe de déplacement 11a de l'aimant 11 et la direction 19b parallèlement à laquelle s'étendent la majorité (ici tous) les côtés latéraux tels que 21 et 23 des créneaux formés par le conducteur 1 dans la zone 10, avec 0°<α<90°. Ici, l'angle α est de l'ordre de 2° à 10°.
Les autres tronçons, respectivement de fond et d'extrémité, tels que 25 et 27, de cette zone de la piste conductrice étant parallèles ou sensiblement parallèles à l'axe de déplacement 11a, on aura donc majoritairement, ou exclusivement dans ce cas, une zone de piste conductrice présentant des portions telles que 21 ,23,25,27 non perpendiculaires à la direction de déplacement 11a de l'aimant.
L'effet obtenu est de lisser la courbe issue de la mesure qui présenterait sinon, pour une valeur de a nulle, de petits sauts sur la courbe. Egalement pour favoriser la sensibilité des mesures, à coût maîtrisé, on a montré figure 2 que l'aimant 11 pourra favorablement être muni de pièces polaires 29a, 29b situées de part et d'autre de ses côtés transversaux à l'axe de déplacement 11a.
Figures 6, 7 et 8, le capteur de position de l'invention est utilisé pour des mesures de déplacements rotatifs, comme par exemple sur la figure 6 en bout d'arbre 12, avec ici un dessin carré de la zone de piste résistive 10 et un aimant rectangulaire 11 , la géométrie de la zone 10 pouvant correspondre à celle de la figure 4, sur une surface carrée et non pas rectangulaire.
On peut ainsi obtenir une variation en cosθ et sinθ, dont on peut tirer l'angle θ, d'après la formule θ = arc tang (sin/cos). Sur les figures 7 et 8, on voit respectivement deux pistes conductrices correspondant aux conducteurs électriques 30 et 31.
Pour définir la zone sensible 10, chaque conducteur 30, 31 a été enroulé pour présenter extérieurement des tronçons, respectivement 30a,30b ; 31a,31b, pour deux d'entre eux dans chaque cas, ces tronçons se développant suivant sensiblement une spirale, ainsi qu'on peut le voir. Et c'est face à cette spirale que tournera l'aimant, pour obtenir le capteur magnéto-résistif ici recherché.
Claims
1. Utilisation de la magnéto-impédance sur un capteur de position sans contact, dans laquelle : a) on réalise un conducteur électrique (1) présentant une surface (10) magnétiquement sensible soumise à l'effet magnétique d'un aimant permanent (11), cette surface variant suivant sa position relative par rapport à l'aimant, b) on fait varier ladite position relative entre l'aimant et la surface magnétiquement sensible du conducteur électrique, ce qui fait varier au moins une caractéristique physique (R) de ce conducteur, c) on relève ladite variation de caractéristique(s) physique(s) du conducteur électrique obtenue lors de l'étape b), cette variation étant en corrélation avec la position de l'aimant (11).
2. Utilisation selon la revendication 1 caractérisée en ce que, lors des étapes b) et c), la caractéristique physique du conducteur électrique qui varie et que l'on relève est l'impédance de ce conducteur électrique.
3. Utilisation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que, lors de l'étape b), on soumet le conducteur électrique (1) à une tension alternative comprise entre quelques kilohertz et moins d'une centaine de Mégahertz.
4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que, lors de l'étape a), on obtient ladite surface variable (10) en faisant varier la section du conducteur électrique (1).
5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, lors de l'étape a), on obtient ladite surface variable en faisant varier la densité du conducteur électrique (1) soumise à l'effet magnétique de l'aimant (11).
6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que :
- lors de l'étape a), on enroule le conducteur pour qu'il présente extérieurement des tronçons (30a, 30b ; 31a, 31b) se développant suivant sensiblement une spirale (30,31),
- et on fait tourner de façon relative, face à face, l'aimant (11) et cette spirale, lors de l'étape b).
7. Capteur de position comprenant :
- une zone de piste(s) conductrice(s) (1 , 10) présentant une surface sensible au champ magnétique d'un aimant (11), des caractéristiques physiques, et des bornes (1a, 1b, 1c), - un aimant permanent (11) pour générer ledit champ magnétique sur la surface sensible, - une source de puissance (3) pour créer une tension alternative auxdites bornes de la zone de piste(s) conductrice(s),
- des moyens de déplacement (12) pour faire varier la position relative entre l'aimant et la surface sensible (10), - des moyens de relevé (9) pour relever une variation d'au moins une des caractéristiques physiques de la zone de piste(s) conductrice(s) générée par ladite variation de position relative.
8. Capteur de position selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de relevé comprennent des moyens (9) de relevé de la résistance électrique (R) ou d'une variation de résistance électrique de ladite zone de piste(s) conductrice(s).
9. Capteur de position selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en que le conducteur électrique (11) comprend un matériau paramagnétique ou un matériau ferromagnétique.
10. Capteur selon l'une des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que : - l'aimant (11) est mobile par rapport à la surface sensible suivant une direction de déplacement (11a), et
- la zone de piste(s) conductrice(s) (10) présente majoritairement ou exclusivement des portions (21 , 23, 25, 27) de piste conductrice non perpendiculaires à la direction (11a) de déplacement de l'aimant.
11. Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'aimant (11) est muni de pièces polaires (29a, 29b) pour focaliser le champ magnétique.
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| DPE1 | Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101) | ||
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 11883529 Country of ref document: US |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 200680004248.9 Country of ref document: CN |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2007554483 Country of ref document: JP |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 06706605 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWW | Wipo information: withdrawn in national office |
Ref document number: 6706605 Country of ref document: EP |