FR2953805A1 - Dispositif de pilotage d'un aeronef a elements magneto-sensibles de detection de position angulaire montes hors axe - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de pilotage d'un aéronef comportant au moins un organe de pilotage mobile selon au moins un axe de rotation équipé d'au moins un capteur de position angulaire sans contact comportant un ensemble statorique et un ensemble rotorique mobiles l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation, au moins un élément magnéto-sensible (11) décalé radialement par rapport à l'axe de rotation, solidaire de l'un des ensembles, placé en regard de la structure magnétique solidaire de l'autre des ensembles, et comprenant : - une pluralité de cellules détectrices (50) par effet Hall, - une chaîne (52, 54) d'alimentation et de mesure apte à sélectionner, pour chaque cellule détectrice alimentée, une valeur prédéterminée d'un coefficient de compensation Gk selon la position par rapport à l'axe de rotation de cette cellule détectrice (50) alimentée, et à appliquer cette valeur de coefficient de compensation Gk en modifiant au moins un signal d'intensité et/ou de tension, de façon à corriger les erreurs induites par le décalage radial.

Description

DISPOSITIF DE PILOTAGE D'UN AÉRONEF A ÉLÉMENTS MAGNÉTO- SENSIBLES DE DÉTECTION DE POSITION ANGULAIRE MONTÉS HORS AXE L'invention concerne un dispositif de pilotage d'un aéronef comportant au moins un organe de pilotage mobile selon au moins un axe de rotation équipé d'au moins un capteur de position angulaire sans contact. De nombreux dispositifs de pilotage d'aéronefs tels que manches ou mini-manches, palonniers, manettes, font usage de capteurs de position angulaire pour retransmettre à des calculateurs la position d'un levier manipulé par le pilote. Les capteurs de position angulaire employés dans ces usages doivent présenter des caractéristiques de fiabilité, de sécurité de fonctionnement et de précision particulièrement élevées. Par ailleurs, on connaît différents types de détecteurs d'angle magnétique sans contact, et en particulier des détecteurs d'angle magnétique à couronne de cellules détectrices à effet Hall alimentées séquentiellement, notamment sous forme de circuits intégrés comprenant un substrat massif ; un puits annulaire ménagé dans le substrat massif ; une pluralité d'électrodes espacées à intervalles réguliers selon une couronne sur le puits annulaire ; et des moyens pour appliquer sélectivement une succession progressive de différents courants de polarisation aux électrodes, pour délivrer une succession de tensions induites par effet Hall représentatives des différentes composantes successives du champ magnétique dans le plan du détecteur. De tels éléments magnéto-sensibles présentent en général une précision satisfaisante, mais ne peuvent pas être utilisés dans un montage dit hors axe où ils sont décalés radialement par rapport à l'axe de rotation du champ magnétique. En effet, un tel montage décalé radialement induit nécessairement au niveau globalement de chaque élément magnéto-sensible, ou, même plus précisément, au niveau de chaque cellule détectrice d'un tel élément magnéto- sensible, des distorsions des différentes composantes angulaires du champ magnétique qu'il n'est pas possible de prendre en compte, sauf a priori à développer un logiciel spécifique induisant des sources d'erreurs et de défaillances importantes qu'il est impératif pouvoir éviter à bord d'un aéronef. La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients et à proposer un dispositif de pilotage d'aéronef comportant au moins un organe de pilotage mobile selon au moins un axe de rotation équipé d'au moins un capteur de position angulaire sans contact comportant au moins un élément magnéto-sensible monté décalé radialement par rapport à l'axe de rotation mais présentant une fiabilité améliorée, notamment ne nécessitant pas des fonctionnalités spécifiques de traitement logiciel des signaux délivrés par chaque élément magnéto-sensible.

L'invention vise plus particulièrement à proposer un tel dispositif de pilotage d'aéronef comprenant au moins un capteur de position angulaire fournissant directement une valeur numérique de l'angle du champ magnétique par rapport à une direction de référence, notamment qui puisse être exempt de logiciel de calcul et/ou de compensation des valeurs fournies par chaque élément magnéto-sensible. L'invention vise plus particulièrement à proposer un tel dispositif de pilotage d'aéronef dans lequel un tel capteur de position angulaire présente une précision qui est similaire à celle qui serait obtenue avec un élément magnéto-sensible centré sur l'axe de rotation.

L'invention vise également à proposer un tel dispositif de pilotage d'aéronef dans lequel un tel capteur de position angulaire peut être réalisé avec au moins un élément magnéto-sensible du type à cellules détectrices disposées en couronne, notamment sous forme de circuit intégré. L'invention vise en outre à proposer un tel dispositif de pilotage d'aéronef comprenant au moins un tel capteur de position angulaire permettant un réglage et un étalonnage plus rapides et plus faciles que les capteurs de la technique antérieure. L'invention vise de plus à fournir un tel dispositif de pilotage d'aéronef dont la sûreté de fonctionnement est améliorée par une plus grande 30 immunité aux pannes simples. L'invention vise également un dispositif de pilotage d'aéronef présentant des performances fonctionnelles améliorées dans un encombrement maitrisé. Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de pilotage d'aéronef comportant au moins un organe de pilotage mobile selon au moins un axe de rotation équipé d'au moins un capteur de position angulaire sans contact comportant un ensemble statorique et un ensemble rotorique mobiles l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation, caractérisé en ce qu'au moins un capteur de position angulaire comprend : une structure magnétique propre à générer un champ magnétique, 10 au moins un élément magnéto-sensible agencé : décalé radialement par rapport à l'axe de rotation, solidaire de l'un des ensembles, et placé en regard de la structure magnétique solidaire de l'autre des ensembles, pour mesurer un angle formé par une direction dudit champ 15 magnétique par rapport à une direction de référence, en ce que chaque élément magnéto-sensible comprend : une pluralité de cellules détectrices de champ magnétique disposées selon des directions radiales à l'axe de rotation et/ou des distances différentes par rapport à l'axe de rotation, chaque cellule détectrice 20 fournissant un signal représentatif d'une tension induite par effet Hall proportionnelle à l'amplitude de la composante dudit champ magnétique selon une direction définie par cette cellule détectrice, une chaîne d'alimentation et de mesure, associée à chaque élément magnéto-sensible, et adaptée pour alimenter chaque cellule détectrice à 25 partir d'un courant électrique d'intensité nominale prédéterminée, et fournir des signaux délivrés par chaque cellule détectrice alimentée représentatifs dudit angle, et en ce que ladite chaîne d'alimentation et de mesure comprend : û au moins une mémoire dans laquelle des valeurs représentatives de 30 coefficients de compensation Gk prédéterminés sont enregistrées pour chaque cellule détectrice individuellement, un circuit électronique de compensation apte à sélectionner, pour chaque cellule détectrice alimentée, une valeur prédéterminée d'un coefficient de compensation Gk selon la position par rapport à l'axe de rotation de cette cellule détectrice alimentée, et à appliquer cette valeur de coefficient de compensation Gk en modifiant au moins un signal d'intensité et/ou de tension dans la chaîne d'alimentation et de mesure de ladite cellule détectrice alimentée, de façon à corriger les erreurs induites par le décalage radial de l'élément magnéto-sensible par rapport à l'axe de rotation. Dans un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, ladite valeur du coefficient de compensation Gk peut être appliquée dans la chaîne d'alimentation et de mesure aussi bien au niveau du courant d'alimentation de la cellule détectrice, qu'au niveau des signaux de mesure délivrés par cette dernière, voire par une combinaison de ces deux solutions. Il est à noter cependant que ledit circuit électronique de compensation est formé de composants électroniques, notamment incorporés dans un même circuit intégré, et réalise la compensation par voie uniquement électronique, et non par voie logicielle, c'est-à-dire en modifiant une valeur d'un signal d'intensité et/ou d'un signal de tension, sans programmation ni calcul dans un microprocesseur. Dans une variante préférentielle particulièrement avantageuse et selon l'invention, la chaîne d'alimentation et de mesure comprend une unité d'alimentation adaptée pour alimenter (séquentiellement ou simultanément selon le type d'élément magnéto-sensible considéré) chaque cellule détectrice par un courant dont l'intensité est variable selon la position de la cellule détectrice par rapport à l'axe de rotation, de façon à corriger les erreurs induites par le décalage radial de l'élément magnéto-sensible par rapport à l'axe de rotation. Plus particulièrement, avantageusement et selon l'invention, l'intensité d'alimentation d'une cellule détectrice est dépendante de ladite valeur du coefficient de compensation Gk pour cette cellule détectrice, de préférence selon une fonction proportionnelle à cette valeur du coefficient de compensation Gk. Les coefficients de compensation Gk sont donc des coefficients multiplicatifs. Ainsi, dans un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage selon l'invention, toute distorsion du champ magnétique induite par la structure magnétique (aimants) et/ou par le décalage radial de chaque élément magnéto-sensible par rapport à l'axe de rotation est par avance compensée par le courant d'alimentation (c'est-à-dire de polarisation) de chaque cellule détectrice, de façon prédéterminée en fonction du montage dudit élément magnéto-sensible et, éventuellement, de la disposition des différentes cellules détectrices au sein de cet élément magnéto-sensible. Dès lors, aucun traitement spécifique de calcul et/ou de compensation logicielle des signaux délivrés par les différentes cellules détectrices n'est nécessaire, et chaque élément magnéto-sensible fournit directement une valeur numérique représentative de l'angle du champ magnétique selon son plan. Il en résulte la possibilité d'utiliser toute sorte d'élément magnéto-sensible dont les cellules détectrices ne sont pas toutes alignées selon une direction radiale à l'axe de rotation, une précision améliorée et une meilleure fiabilité. En particulier, au moins un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage selon l'invention peut comporter, à titre d'élément magnéto-sensible, au moins un détecteur d'angle magnétique formé d'un microcircuit intégré incorporant chaque cellule détectrice, et l'unité d'alimentation. En outre, avantageusement et selon l'invention, chaque élément magnéto-sensible est adapté pour délivrer directement une valeur numérique représentative de l'angle formé par ladite direction du champ magnétique par rapport à ladite direction de référence. Dans une variante de réalisation avantageuse, un dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que les cellules détectrices de chaque élément magnéto-sensible de chaque capteur de position angulaire sont disposées dans un plan orthogonal à l'axe de rotation, en ce que la structure magnétique est adaptée pour générer un champ magnétique orienté dans un plan contenant une direction radiale à l'axe de rotation, en ce que chaque élément magnéto-sensible est agencé pour détecter l'orientation angulaire du champ magnétique induit par la structure magnétique dans le plan de l'élément magnéto-sensible, et en ce que ladite chaîne d'alimentation et de mesure est adaptée pour sélectionner et appliquer une valeur de coefficient de compensation Gk selon la position de la cellule détectrice dans le plan de l'élément magnéto-sensible, de façon à corriger les erreurs induites par le décalage radial de l'élément magnéto-sensible par rapport à l'axe de rotation. En particulier, avantageusement et selon l'invention l'unité d'alimentation est adaptée pour alimenter chaque cellule détectrice par un courant dont l'intensité est variable selon la position de la cellule détectrice dans le plan de l'élément magnéto-sensible.

En variante, rien n'empêche de prévoir au contraire que l'élément magnéto-sensible s'étende dans un plan parallèle à l'axe de rotation. En particulier, l'invention rend possible l'utilisation d'éléments magnéto-sensibles à couronne de cellules détectrices à effet Hall alimentées séquentiellement, notamment intégrées sous forme d'un microcircuit CMOS. Ainsi, un dispositif de pilotage selon l'invention est aussi avantageusement caractérisé en ce que chaque élément magnéto-sensible de chaque capteur de position angulaire comprend une pluralité de cellules détectrices disposées uniformément réparties selon une couronne circulaire dans un plan, et une unité d'alimentation adaptée pour alimenter successivement chaque cellule détectrice par un courant d'intensité prédéterminée. L'application de la valeur du coefficient de compensation Gk à chaque cellule détectrice peut être effectuée au niveau du courant d'alimentation et/ou au niveau de l'amplification de la tension induite par effet Hall délivrée par la cellule. Néanmoins, avantageusement et selon l'invention, l'unité d'alimentation est adaptée pour alimenter successivement chaque cellule détectrice par un courant dont l'intensité est variable selon la position (position angulaire par rapport au centre de la couronne) de la cellule détectrice sur ladite couronne, de façon à corriger les erreurs induites par le décalage radial de l'élément magnéto-sensible par rapport à l'axe de rotation.

En particulier, avantageusement, dans ce mode de réalisation, ladite couronne de chaque élément magnéto-sensible s'étend dans un plan orthogonal à l'axe de rotation, l'élément magnéto-sensible étant agencé pour détecter l'orientation angulaire du champ magnétique induit par la structure magnétique dans ce plan.

Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention, l'unité d'alimentation est adaptée pour appliquer pour chaque cellule détectrice, une valeur du coefficient de compensation Gk sur l'intensité du courant d'alimentation de cette cellule détectrice, dont la valeur dépend de la position angulaire de la cellule détectrice sur ladite couronne selon une fonction présentant un minimum selon la direction de la couronne radiale à l'axe de rotation et un maximum selon une direction de la couronne orthogonale à la direction radiale à l'axe de rotation. Avantageusement et selon l'invention, l'unité d'alimentation est adaptée pour alimenter chaque cellule détectrice avec une intensité proportionnelle à la valeur du coefficient de compensation Gk. En particulier, notamment lorsque ledit plan de chaque couronne est orthogonal à l'axe de rotation, avantageusement et selon l'invention, ladite fonction du coefficient de compensation Gk appliqué sur l'intensité est une fonction sinusoïdale, la distribution desdits coefficients de compensation Gk autour de la couronne étant de type elliptique. Il est à noter à ce titre que, compte tenu de la faible dimension relative de la couronne par rapport à son décalage radial, il est possible de négliger au premier ordre les erreurs induites par les différences de position de chaque cellule détectrice par rapport à l'axe de rotation. Rien n'empêche cependant de prévoir une fonction plus précise prenant en considération non seulement le décalage radial de l'élément magnéto-sensible, mais également plus précisément la position individuelle de chaque cellule détectrice par rapport à l'axe de rotation. Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention, l'unité d'alimentation est adaptée pour appliquer sur le courant d'alimentation de chaque cellule détectrice, une valeur du coefficient de compensation Gk préalablement enregistrée en mémoire de masse pour cette cellule détectrice.

Avantageusement dans le mode de réalisation susmentionné selon l'invention dans lequel chaque élément magnéto-sensible comprend une couronne de cellules détectrices, l'unité d'alimentation est adaptée pour alimenter séquentiellement les différentes cellules détectrices de la couronne, et pour mesurer une valeur représentative de la tension induite par effet Hall dans chaque cellule détectrice lorsqu'elle est alimentée en courant électrique. Dans un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, toutes les méthodes (connues en elle-même en fonction du type d'élément magnéto-sensible utilisé) permettant de déterminer l'orientation de la composante du champ magnétique par rapport à la direction de référence de chaque élément magnéto-sensible peuvent être utilisées, et en particulier, dans le cas du mode de réalisation susmentionné selon l'invention dans lequel chaque élément magnéto-sensible comprend une couronne de cellules détectrices : comparaison à un signal de référence de même fréquence et de phase alignée avec la direction de référence ; mesure de la différence de phase entre les valeurs fournies par deux cycles complets de mesures successives en sens inverses sur les cellules détectrices ; détection du passage à zéro du signal de sortie. Dans le mode de réalisation susmentionné selon l'invention dans lequel chaque élément magnéto-sensible comprend une couronne de cellules détectrices, avantageusement et selon l'invention, l'élément magnéto-sensible comprend un filtre passe bande recevant chaque valeur de tension induite par effet Hall mesurée pour une cellule détectrice, un circuit comparateur générant un signal carré de même fréquence et de même phase que le signal sinusoïdal délivré en sortie de ce filtre, et un compteur détectant la différence de phase entre le signal carré à la sortie du comparateur et un signal d'horloge de référence de même fréquence et de phase alignée avec ladite direction de référence, ce compteur étant adapté pour délivrer directement une valeur numérique représentative de l'angle du champ magnétique. Selon un mode de réalisation préférentiel, un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention comporte une pluralité d'éléments magnéto-sensibles uniformément répartis autour de l'axe de rotation et placés en regard de secteurs aimantés, et à chaque élément magnéto-sensible correspond un unique secteur aimanté. Dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, la structure magnétique est symétrique de révolution autour de l'axe de rotation avec des secteurs aimantés contigus ce qui permet d'obtenir une rotation régulière du vecteur champ magnétique en face de chaque élément magnéto-sensible. En outre, le capteur permet une redondance multiple en disposant autant d'éléments magnéto- sensibles que nécessaire en regard des différents secteurs aimantés tout en conservant, pour chaque élément magnéto-sensible, une résolution optimale et une mesure univoque grâce à un secteur aimanté s'étendant sur un angle proche du débattement angulaire maximum du capteur mais supérieur à celui-ci.

Avantageusement un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon un mode de réalisation de l'invention comporte six éléments magnéto-sensibles équirépartis sur un ensemble statorique, montés deux par deux sur trois plaques de circuit imprimé fixées dans un même plan orthogonal à l'axe de rotation, et une structure magnétique comportant six paires d'aimants de polarités alternées, chaque paire d'aimant s'étendant sur un arc de 60 degrés. Dans cet exemple particulier de réalisation, le capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention permet de fournir des informations de mesure de la position angulaire d'un manche de commande avec une haute sécurité mettant en oeuvre une triple redondance des éléments magnéto-sensibles, sous deux formes (analogique et numérique) différentes permettant de distribuer cette mesure à deux équipements différents. Avantageusement et selon l'invention, chaque secteur aimanté est constitué de deux aimants discrets. Les aimants employés peuvent être des aimants parallélépipédiques plats identiques, montés en alternant les polarités, par collage dans des logements ménagés sur un arbre ou une couronne, ou bien des aimants en forme de tuile de rayon interne ou externe correspondant à l'arbre ou à la couronne où ils sont collés. Dans ce cas, les aimants sont aimantés avec une polarité alternée, le pôle nord étant tantôt orienté vers la face concave, tantôt vers la face convexe de la tuile. Avantageusement et selon l'invention, la structure magnétique comporte une couronne de matériau ferromagnétique et le secteur aimanté est un secteur angulaire de ladite couronne présentant deux zones polaires aimantées de polarité alternées. La structure magnétique peut ainsi être constituée d'une couronne en poudre de ferrite frittée ou encore en plastoferrite moulée ou encore en tout autre matériau propre à confectionner un aimant, tel que samarium-cobalt ou autres terres rares, fritté ou moulé. L'aimantation peut alors être réalisée sur un banc d'aimantation possédant un plateau diviseur permettant ainsi d'aimanter secteur après secteur avec la polarité désirée. Avantageusement et selon l'invention, la couronne de matériau magnétique et l'ensemble rotorique ou statorique sur lequel elle est montée comportent des logements axiaux coordonnés sur leur interface commune pour assurer une indexation de la couronne sur l'ensemble. La structure magnétique peut ainsi être montée rapidement sur son support sans risque d'erreur d'indexation. Avantageusement et selon l'invention, les zones polaires du secteur aimanté sont aimantées dans une direction radiale par rapport à l'axe de rotation. Alternativement, les zones polaires du secteur aimanté peuvent être aimantées dans une direction axiale par rapport à l'axe de rotation. La direction générale d'aimantation dépend de la position de montage du capteur, ainsi que de sa structure.

Avantageusement et selon l'invention, les éléments magnéto-sensibles sont montés sur des plaques de circuit imprimé s'étendant dans des plans parallèles entre eux et orthogonaux à l'axe de rotation. En montant les éléments magnéto-sensibles sur des plaques de circuits imprimés parallèles, il est possible d'opérer une redondance dans laquelle deux éléments magnéto-sensibles peuvent mesurer le déplacement d'un seul et même secteur aimanté. Avantageusement et selon l'invention, les éléments magnéto-sensibles sont montés sur des plaques de circuit imprimé s'étendant dans un même plan orthogonal à l'axe de rotation. En répartissant les éléments magnéto-sensibles sur des plaques de circuits imprimés s'étendant autour de l'axe de rotation dans un même plan orthogonal à celui-ci, il est possible de réduire l'encombrement axial du capteur. Avantageusement dans une première variante de réalisation selon l'invention, chaque élément magnéto-sensible est solidaire de l'ensemble statorique et la structure magnétique est solidaire de l'ensemble rotorique. Dans ce premier mode, préféré, de réalisation du capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, les éléments magnéto-sensibles et leurs composants électroniques associés, reliés le cas échéant à des calculateurs électroniques distants, sont solidaires de la partie fixe du capteur et seule la structure magnétique est mobile avec l'ensemble rotorique autour de l'axe de rotation. Avantageusement et selon l'invention, l'ensemble statorique est formé d'un châssis et d'une plaque de sécurité liée au châssis, et chaque plaque de circuit imprimé est solidaire simultanément du châssis et de la plaque de sécurité. De cette manière, la rupture du châssis n'entraîne pas la perte totale de la fonction du capteur. Avantageusement et selon l'invention, l'ensemble rotorique comprend au moins deux arbres emboités solidaires en rotation et la structure magnétique est solidaire simultanément d'au moins deux arbres. Là encore, la rupture de l'un des arbres ne peut pas entraîner la perte totale de la fonction du capteur. 15 Avantageusement dans une deuxième variante de réalisation selon l'invention, chaque élément magnéto-sensible est solidaire de l'ensemble rotorique et la structure magnétique est solidaire de l'ensemble statorique. Dans cette variante, utilisable lorsque le débattement angulaire maximum est faible, les éléments magnéto-sensibles peuvent être fixés sur un circuit imprimé lui-même fixé 20 en bout d'arbre et relié à des calculateurs électroniques recevant les signaux formés par le capteur par un câble de liaison souple. Avantageusement et selon l'invention, une cloche de protection magnétique est fixée sur l'ensemble statorique et englobe la structure magnétique et chaque élément magnéto-sensible pour isoler le capteur des 25 influences magnétiques externes. Ainsi la cloche de protection permet d'améliorer le rapport signal sur bruit du capteur tout en protégeant mécaniquement les éléments magnéto-sensibles et leurs circuits imprimés. L'invention s'étend à un dispositif de pilotage d'un véhicule - notamment d'un aéronef- du type comportant au moins un levier mobile selon un ou 30 plusieurs axe(s) de rotation, caractérisé en ce qu'au moins un des axes de rotation est équipé d'un capteur de position angulaire selon l'invention. 10 L'invention concerne également un dispositif de pilotage d'aéronef caractérisé en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 5 apparaîtront au vu de la description qui va suivre et des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue axiale partielle d'un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un capteur de 10 position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, présentant deux variantes de réalisation possibles d'un ensemble statorique, - la figure 3 est une vue en perspective en coupe partielle d'un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, - la figure 4 représente une vue axiale partielle d'un capteur de 15 position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, montrant une variante de réalisation d'un ensemble rotorique, - la figure 5 est un schéma de principe vu de dessus d'un élément magnéto-sensible pouvant être utilisé dans un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, 20 - la figure 6 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation des composants permettant de déterminer la valeur de l'angle d'orientation du champ magnétique à partir d'un élément magnéto-sensible selon la figure 5 dans un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, - la figure 7 est un diagramme illustrant la distribution des 25 amplitudes des composantes radiale (en abscisses) et tangentielle (en ordonnées) du champ magnétique vu par un élément magnéto-sensible d'un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, - la figure 8 est un diagramme représentant l'allure des variations, à la périphérie d'une couronne d'un élément magnéto-sensible, des amplitudes de la 30 composante radiale et de la composante tangentielle du champ magnétique vu par un élément magnéto-sensible d'un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, - la figure 9 est un diagramme illustrant la distribution du gain appliqué à l'intensité du courant électrique d'alimentation de chaque cellule détectrice à la périphérie d'une couronne d'un élément magnéto-sensible d'un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, - la figure 10 est un diagramme représentant l'allure des variations, à la périphérie d'une couronne d'un élément magnéto-sensible, du gain appliqué à l'intensité du courant électrique d'alimentation de chaque cellule détectrice d'un élément magnéto-sensible d'un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, - la figure 11 est un diagramme représentant les valeurs de l'intensité du courant électrique d'alimentation appliquée à chaque cellule détectrice d'un élément magnéto-sensible d'un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention comprenant, dans l'exemple, trente-six cellules détectrices, - la figure 12 est un schéma représentant le principe d'une unité d'alimentation d'un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention. Le capteur 1 de position angulaire sans contact d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention se compose d'une partie fixe dite ensemble statorique 10 comportant un châssis 13 en forme de U sur lequel est fixée une plaque de sécurité 14, et d'une partie mobile dite ensemble rotorique 20, sous la forme d'un ou plusieurs arbre(s) concentriques 26a, 26b, 26c guidés en rotation dans la partie fixe par deux roulement à billes 19. Un organe de pilotage 3 tel qu'un levier (manche ou mini-manche par exemple) est fixé à l'ensemble rotorique 20 et entraîne celui-ci en rotation autour d'un axe de rotation 2. La rotation de l'ensemble rotorique 20 par rapport à l'ensemble statorique 10 est limitée à un débattement D angulaire maximum s'étendant de part et d'autre une position médiane 4. On entend par « débattement angulaire maximum » l'angle total parcouru par le levier 3 d'une position de butée à l'autre et par « angle de débattement » une valeur angulaire comprise entre zéro et le débattement angulaire maximum représentant la position angulaire relative de l'ensemble rotorique par rapport à l'ensemble statorique. Une ou plusieurs plaquettes de circuit imprimé 12 sont fixées sur l'ensemble statorique 10. Chaque plaquette de circuit imprimé reçoit au moins un élément magnéto-sensible 11 sous la forme d'un circuit intégré. Chaque élément magnéto-sensible 11 comprend, comme représenté schématiquement par exemple figure 5, une pluralité de cellules détectrices 50 disposées uniformément réparties selon une couronne 51 circulaire dans un plan, les cellules détectrices étant elles-mêmes formées par une pluralité d'électrodes 55 espacées à intervalles réguliers angulairement selon cette couronne, par une unité 52 d'alimentation fournissant séquentiellement un courant d'alimentation à chaque électrode 55 destinée à former une cellule détectrice 50, et par une unité 54 de mesure. En particulier, chaque élément magnéto-sensible 11 peut être formé par un circuit intégré détecteur d'angle magnétique (connu en lui-même) et incorporant (sur un même substrat) l'unité d'alimentation 52 et l'unité 54 de mesure ainsi que les différents composants électroniques associés permettant de délivrer directement une valeur numérique représentative de l'angle cp de la composante du champ magnétique par rapport à une direction fixe radiale dans le plan de ce circuit intégré. Les électrodes 55 formant une même cellule détectrice 50 peuvent être adjacentes (comme représenté figure 5) ou diamétralement opposées (variante non représentée).

Un tel élément magnéto-sensible est connu en lui-même (cf. par exemple «Purely CMOS Angular Position Sensor Based on a New Hall Microchip », Pavel Kejik et al, IECON 2008 34th Annual Conference of IEEE 10-13 Nov. 2008, pp 1777-1781). Selon l'invention, l'unité d'alimentation 52 est adaptée pour pouvoir faire varier, comme décrit plus en détail ci-après, l'intensité du courant d'alimentation de chaque cellule détectrice 50 en fonction de la position angulaire a de cette dernière de façon à compenser par une variation de cette intensité de polarisation le fait que l'élément magnéto-sensible 11 est décalé radialement par rapport à l'axe de rotation 2, ce décalage radial induisant, au niveau de l'élément magnéto-sensible 11, une distribution angulaire non uniforme des composantes du champ magnétique induit par la structure magnétique.

La figure 6 représente schématiquement un exemple de réalisation de l'unité 54 de mesure qui permet de fournir directement une valeur numérique de l'angle du champ magnétique. L'unité 54 de mesure comprend, par exemple dans le mode de réalisation représenté, successivement un circuit 61 de mesure de la tension induite par effet Hall dans chaque cellule détectrice alimentée, un filtre passe bande 67, un circuit comparateur 68 qui génère un signal carré de même fréquence et de même phase que le signal sinusoïdal en sortie du filtre 67, et un compteur 60 qui reçoit le signal carré fourni par le comparateur 68 et détecte la différence entre la phase de ce signal carré et celle d'une référence 69 d'horloge fournie par un oscillateur 62, de même fréquence et dont la phase correspond à la direction de référence. Le compteur 60 délivre directement et sous forme numérique, une valeur représentative de l'angle cp formé par la composante du champ magnétique dans le plan de l'élément magnéto-sensible 11 par rapport à la direction de référence.

Il est à noter que la chaîne 52, 54 d'alimentation et de mesure formée par l'unité 52 d'alimentation et par l'unité 54 de mesure est exempte de circuit de calcul (microprocesseur) ou de traitement logiciel. L'ensemble rotorique 20 de la figure 1 comporte une structure magnétique 21. Cette structure magnétique 21 comprend au minimum un secteur aimanté 22 (souligné en trait épais sur la figure) qui présente deux zones polaires 23a et 23b contigües et de polarités distinctes. Le secteur aimanté 22 s'étend selon un arc de cercle centré sur l'axe de rotation 2 et intercepte un angle supérieur ou égal au débattement D angulaire maximum. Dans la suite de la description, on appelle « taille » du secteur aimanté la mesure de l'angle centré sur l'axe de rotation 2 et intercepté par le secteur aimanté 22. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les zones polaires 23a et 23b sont aimantées selon une direction radiale, c'est-à-dire que la direction du moment magnétique de la zone polaire, définie par l'orientation de l'axe sud û nord de l'aimant est orthogonale à l'axe de rotation 2. Dans ce cas, le vecteur champ magnétique généré par le secteur aimanté 22 au niveau de l'élément magnéto- sensible 11 est orienté radialement, vers l'extérieur de la structure magnétique au droit de la face nord au centre de la zone polaire 23a, tangentiellement au secteur aimanté au niveau de la ligne de jonction entre les zones polaires et de nouveau radialement vers l'intérieur de la structure magnétique au droit de la face sud au centre de la zone polaire 23b. De ce fait, l'élément magnéto-sensible 11 mesure une variation de la direction du champ magnétique de 180 degrés d'un pôle à l'autre. De même, d'un bord du secteur aimanté à l'autre, c'est-à-dire sur une étendue allant d'une jonction nord-sud à une autre jonction nord-sud de même orientation, on observe que le champ magnétique opère une rotation de 360 degrés, mesurable par l'élément magnéto-sensible 11.

On constate ainsi que sur une étendue angulaire correspondant à l'angle intercepté par le secteur aimanté 22, l'élément magnéto-sensible 11 fournit une mesure de 360 degrés soit une augmentation de la résolution de la mesure dans un rapport inverse de la taille du secteur aimanté par rapport à 360 degrés. A titre d'exemple, pour le capteur de position angulaire représenté, dans lequel le secteur aimanté s'étend sur un angle de 60 degrés, la résolution de mesure est amplifiée par un coefficient six. Bien entendu, s'il est possible que la structure magnétique 21 du capteur ne comprenne qu'un seul secteur aimanté 22, il est cependant préférable, pour éviter des distorsions des lignes de champ en bord de secteur aimanté, et par conséquence des distorsions d'orientation du vecteur champ magnétique, que la structure magnétique 21 présente une certaine continuité, au moins au voisinage des extrémités du secteur aimanté. Par exemple, il est avantageux de compléter la structure magnétique par une zone polaire supplémentaire, de chaque coté du secteur aimanté, avec une polarité inverse de la zone polaire adjacente. De manière plus générale, une forme préférée de la structure magnétique 21 consiste à diviser celle-ci en une pluralité de secteurs aimantés de taille égale. La taille du secteur aimanté 22 est limitée par valeur inférieure à la valeur du débattement D angulaire maximum. En effet, particulièrement dans le cas d'un emploi en aéronautique, il est important que lors de la mise sous tension d'un système tel qu'un manche de pilotage utilisant un tel capteur, il n'y ait pas d'ambiguïté quant à la position de celui-ci. Ainsi, si le débattement D angulaire maximum est inférieur à la taille du secteur aimanté 22, la mesure de position angulaire délivrée par l'élément magnéto-sensible 11 est unique pour toute position du capteur. De plus, la taille du secteur aimanté 22 est limitée par valeur supérieure à 180 degrés. En effet, outre que cette limitation de taille permet d'obtenir une résolution augmentée dans un facteur deux, elle permet également d'assurer une redondance de la mesure en complétant la structure magnétique 21 par un second secteur aimanté complémentaire, associée à un second élément magnéto-sensible 11, placé symétriquement au premier élément par rapport à l'axe de rotation 2. Ainsi, sans augmentation sensible de l'encombrement du capteur de position angulaire de l'invention, il est possible d'augmenter simultanément la résolution et donc la précision ainsi que la sureté de fonctionnement. Il est également avantageux de disposer le secteur aimanté 22 de telle sorte qu'il s'étende symétriquement de part et d'autre de l'élément magnéto-sensible 11 lorsque les ensembles statorique 10 et rotorique 20 sont dans leur position médiane. En effet, même si cette disposition n'est pas strictement nécessaire grâce à aux possibilités de réglage du point zéro du circuit intégré formant l'élément magnéto-sensible, elle présente l'avantage de permettre une mesure identique en valeur absolue pour un même angle de débattement de part et d'autre de la position médiane du levier. De plus, cette symétrie permet d'éviter le risque d'avoir, en bout de course du levier, un dépassement de l'extrémité d'un secteur sur un secteur aimanté voisin, susceptible d'entraîner une erreur de mesure liée à l'absence ou à la distorsion des lignes de champ magnétique en présence de l'extrémité du secteur aimanté.

Comme vu précédemment, plus la taille du secteur aimanté se rapproche du débattement angulaire maximum, meilleure est la résolution de la mesure. Cependant, le risque d'avoir une ambiguïté de position du levier 3 lors de la mise sous tension du capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention augmente, en particulier lorsque le levier 3 est en butée dans une position extrême, si l'extrémité du secteur aimanté passe au-delà de la position de l'élément magnéto-sensible. Avantageusement, on limite également ce risque en prévoyant que la taille du secteur aimanté est supérieure ou égale au débattement angulaire maximum entre les ensembles rotorique et statorique. Pour ce faire, la taille du secteur aimanté est telle que celui-ci intercepte un angle égal au débattement angulaire maximum augmenté d'un angle de garde 8 positif ou nul.

L'angle de garde est en outre choisi de manière à ajuster la taille du secteur aimanté de telle sorte que celle-ci soit un sous multiple exact de 360 degrés afin que la structure magnétique 21 puisse s'étendre sur la circonférence de l'ensemble rotorique (par exemple) et comporte un nombre entier de secteurs aimantés.

Il est alors possible de réaliser, dans un encombrement réduit, un capteur de position angulaire présentant une multiple redondance de mesure : il est en effet possible de disposer une pluralité d'éléments magnéto-sensibles autour de la structure magnétique 21. Par exemple, comme représenté sur la figure 4, le capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention peut comporter six éléments magnéto-sensibles 11 placés respectivement en regard de six secteurs aimantés d'une taille de 60 degrés disposés à la périphérie d'un arbre 26a. Dans ce cas, considérant un débattement D angulaire maximum de 50° pour le levier 3, représenté sur la figure dans sa position médiane, le capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention est à même de fournir six mesures de la position du levier 3 à partir de six éléments magnéto-sensibles différents placés en regard de six secteurs aimantés distincts. Bien entendu, le capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention peut comprendre 2, 3, ou jusqu'à six éléments magnéto-sensibles en fonction du besoin de redondance. Il est important de noter que si un secteur aimanté peut ne pas avoir d'élément magnéto-sensible en regard, chaque élément magnéto-sensible doit, lui, être en regard d'un secteur aimanté unique. Comme on peut l'observer dans l'exemple illustré sur la figure 4, chaque secteur aimanté est constitué de deux aimants discrets 24a et 24b, fixés sur un arbre 26a ou comme décrit ultérieurement, à cheval sur deux arbres 26a et 26b. Ces aimants peuvent être de forme parallélépipédique, collés en alternant les polarités dans des logements ménagés sur l'arbre. Les aimants peuvent être également en forme de tuiles s'étendant sur un arc angulaire correspondant à la moitié du secteur aimanté, de manière à épouser la forme d'un arbre ou d'un alésage de section circulaire. Lorsque les aimants sont constitués de tuiles jointives comme par exemple représenté à la figure 2, ils peuvent être fixés sur l'arbre au moyen d'une frette 29, par exemple sous la forme d'un cylindre en matériau synthétique thermorétractable. A noter que si l'arbre (ou l'alésage) est préférentiellement en matériau ferromagnétique afin d'assurer une bonne recirculation du flux magnétique à l'arrière des aimants, il pourrait également être en matériau non ferromagnétique tel qu'un matériau synthétique ou composite. Dans ce cas, la recirculation du flux magnétique peut être améliorée par une bague ferromagnétique au dos des aimants. Alternativement, la structure magnétique 21 peut être formée par une couronne 25 de matériau ferromagnétique, par exemple en poudre de ferrite ou de terre rare, frittée ou agglomérée par une matière synthétique (plastoferrite) aimantée par partie. L'aimantation de la couronne de matériau ferromagnétique est alors réalisée sur un banc d'aimantation comportant un plateau diviseur permettant d'aimanter secteur après secteur avec la polarité désirée. Dans ce cas, représenté en figure 3, il convient de repérer une position particulière de la couronne 25 de matériau ferromagnétique et de prévoir des moyens d'indexation, par exemple une goupille d'indexation insérée dans des logements 28 axiaux coordonnés formés à l'interface entre la couronne ferromagnétique et l'arbre ou l'alésage avec lequel elle est associée. Que la structure magnétique 21 soit formée par une couronne de matériau ferromagnétique ou par des aimants discrets, la direction de l'aimantation peut être radiale, c'est-à-dire orthogonale à l'axe de rotation 2, ou bien axiale, c'est-à-dire que la direction du moment magnétique, définie par l'orientation de l'axe sud û nord de l'aimant est parallèle à l'axe de rotation 2. La direction d'aimantation préférentielle dépend de la position de montage et de la structure du capteur ainsi que de la nature des éléments magnéto-sensibles utilisés. Lorsque les éléments magnéto-sensibles sont du type à cellules à effet hall disposées en couronne s'étendant dans un plan orthogonal à l'axe de rotation 2, la direction d'aimantation est radiale. Dans le cas où l'on utilise des éléments magnéto-sensibles sous forme de circuits intégrés pour montage en surface, placés à plat sur des plaques 12 de circuit imprimé disposées dans un ou plusieurs plans orthogonaux à l'axe de rotation 2, le plan de chaque élément magnéto-sensible 11 est également orthogonal à l'axe de rotation 2. Plus généralement, la direction d'aimantation est orthogonale à la direction de circulation du courant électrique dans chaque conducteur de chaque cellule détectrice à effet Hall. On peut ainsi par exemple également utiliser une aimantation axiale, dans le cas où l'on utilise des éléments magnéto-sensibles du type cellules à effet Hall pour lesquels la mesure du champ magnétique s'effectue selon une direction normale à la surface du circuit intégré. On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe longitudinale d'un capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention montrant une plaque 12 de circuit imprimé portant l'élément magnéto-sensible 11 sous la forme d'un circuit intégré brasé sur ladite plaque. La plaque 12 de circuit imprimé s'étend dans un plan orthogonal à l'axe de rotation 2 et est fixée sur l'ensemble statorique 10 au moyen d'une pluralité de vis 18, vissées alternativement dans le châssis 13 ou dans une plaque de sécurité 14.

Dans le cas général représenté à la partie supérieure de la figure 2, ainsi que sur les figures 3 et 4, la ou les plaque(s) 12 de circuit imprimé s'étend(ent) dans un plan unique, orthogonal à l'axe de rotation 2. De préférence, afin d'éliminer l'influence éventuelle de composantes axiales du champ magnétique, la ou les plaque(s) 12 de circuit imprimé sont placées de telle sorte que le plan de référence des éléments magnéto-sensibles 11 soit confondu avec le plan de symétrie axiale de la structure magnétique 21. En fonction du débattement angulaire maximum à mesurer et du niveau de redondance à assurer, le capteur peut comprendre plusieurs plaques 12 de circuit imprimé conformées en secteurs annulaires entourant la structure magnétique 21 et portant un ou plusieurs éléments magnéto-sensibles. Dans l'exemple représenté aux figures 3 ou 4, le capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention comprend trois plaques 12 de circuit imprimé, identiques, s' étendant chacune sur un secteur annulaire de 120 degrés et portant chacune deux éléments magnéto-sensibles 1l disposés radialement et écartés l'un de l'autre de 60 degrés. De cette manière, le capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention permet de délivrer à deux appareils distincts (par exemple un calculateur de vol et un calculateur de contre réaction d'effort du manche de pilotage) une information de position présentant une résolution six fois supérieure aux capteurs de la technique antérieure, avec une fiabilité élevée obtenue par une redondance triple. Selon un cas particulier représenté à la partie inférieure de la figure 2, un second élément magnéto-sensible 11' peut être placé sur une seconde plaque 12' de circuit imprimé montée en parallèle avec la première plaque 12 au moyen d'entretoises 17 enfilées sur les vis 18, entre les deux plaques 12 et 12'. Grâce à cette disposition, il est possible de conserver une redondance multiple, c'est-à-dire comportant plus de deux éléments de mesure, même lorsque le secteur aimanté s'étend sur 180 degrés. En effet, dans ce cas, il n'est possible de monter que deux éléments magnéto-sensibles diamétralement opposés en regard respectivement des deux secteurs aimantés de la structure magnétique 21. Lorsqu'il est nécessaire d'avoir au moins un troisième élément magnéto-sensible (par exemple pour une redondance parallèle avec vote majoritaire), voire même un quatrième élément, il est possible de monter en regard de chacun des secteurs aimantés 22 deux éléments magnéto-sensibles 11 et Il' portés par deux plaques 12 et 12' de circuit imprimé occupant des plans parallèles, orthogonaux à l'axe de rotation 2. Les architectures de capteur mentionnées ci-dessus ne sont que des exemples avantageux, mais l'invention s'applique à d'autres types d'architectures dans lesquelles au moins un élément magnéto-sensible 11 est décalé radialement par rapport à l'axe de rotation 2. Comme l'illustrent les figures 7 et 8, la distribution des composantes radiale et tangentielle du champ magnétique n'est pas uniforme, mais 30 est au contraire par exemple de type elliptique. La figure 7 est une représentation de la distribution du champ magnétique en coordonnées polaires. L'axe des abscisses représente l'amplitude de la composante du champ magnétique suivant la direction radiale à l'axe de rotation 2. L'axe des ordonnées représente l'amplitude de la composante du champ magnétique suivant la direction tangentielle (orthogonale à la direction radiale) à l'axe de rotation 2. L'angle polaire correspond à la direction du champ magnétique, et le rayon polaire correspond à l'amplitude du champ magnétique. La première courbe C 1 représentée est obtenue par rotation d'un tour magnétique de l'ensemble rotorique 20 par rapport à l'ensemble statorique 10 autour de l'axe de rotation 2, et représente les variations du champ magnétique détecté au centre O de la couronne 51 d'un élément magnéto-sensible 11. Comme on le voit, l'amplitude maximum est plus faible dans la direction tangentielle que dans la direction radiale, ce qui est dû au décalage radial de l'élément magnéto-sensible 11 par rapport à l'axe de rotation 2. L'allure générale de la courbe est elliptique. La figure 8 représente les variations de l'amplitude de la composante tangentielle (courbe en pointillés) et celles de l'amplitude de la composante radiale (courbe en traits pleins) en fonction de l'angle. La deuxième courbe C2 représentée est obtenue lorsque l'ensemble rotorique 20 est maintenu statique par rapport à l'ensemble statorique 10 dans la position du champ magnétique indiquée par la flèche, et lorsque les différentes cellules détectrices 50 sont successivement alimentées sur le tour de la couronne 51 selon une intensité d'alimentation constante, sans compensation des erreurs induites par le décalage radial. Cette courbe C2 n'est donc pas conforme à l'invention et représente un exemple comparatif. Chaque point représente la valeur fournie par une cellule détectrice 50 (dans l'exemple, l'élément magnéto-sensible 11 comprend 36 cellules détectrices). Le champ magnétique est aligné sur l'une seulement des cellules 50, de sorte que l'amplitude du champ magnétique mesurée par les autres cellules 50 du même élément magnéto-sensible 11 est inférieure ou égale. La troisième courbe C3 est similaire à la deuxième courbe C2 mais est obtenue en faisant varier la valeur du coefficient de compensation Gk appliqué à l'intensité d'alimentation de chaque cellule détectrice 50 de façon à compenser les erreurs induites par le décalage radial, de telle sorte que toutes les cellules détectrices 50 du même élément magnéto-sensible 11 délivrent une même valeur de tension induite par effet Hall lorsque le champ magnétique reste constant en amplitude et orientation.

En effet, la tension U délivrée par chaque cellule détectrice 50 est donnée par la formule : U = B.Gk.i.cos(e ) Où B est l'amplitude du champ magnétique, 0 est l'angle formé entre le champ magnétique B et le vecteur position OM , M étant le point représentant la position de la cellule détectrice 50, i est l'intensité nominale (maximum si Gk < 1 ; minimum si Gk> 1) du courant d'alimentation, Gk est la valeur du coefficient de compensation appliqué selon l'invention à cette intensité i nominale pour la cellule détectrice 50 considérée. L'unité 52 d'alimentation de chaque élément magnéto-sensible 11 applique une valeur du coefficient de compensation Gk variable à chaque cellule détectrice 50, en fonction de la position angulaire a de cette cellule détectrice 50 sur la couronne 51 par rapport à la direction tangentielle 58. Un exemple de variation du coefficient de compensation Gk est représenté sur les figures 9 et 10. Dans cet exemple, la distribution du coefficient de compensation Gk appliqué à l'intensité i de polarisation des cellules détectrices 50 est de type elliptique, c'est-à-dire varie sinusoïdalement en fonction de la valeur de la position angulaire a de la cellule détectrice 50 sur la couronne 51, le coefficient de compensation Gk étant maximum lorsque la cellule détectrice 50 est orientée et située selon la direction tangentielle 58, et étant minimum lorsque la cellule détectrice 50 est orientée et située selon la direction radiale 57. La figure 11 représente aussi l'exemple de trente-six cellules détectrices 50 uniformément réparties sur la couronne 51, et donne (en ordonnées) la valeur du coefficient de compensation Gk appliqué à l'intensité i nominale fournie par l'unité 52 d'alimentation à chaque électrode 55 en fonction du numéro (en abscisses) de la cellule détectrice 50, décompté à partir de la première cellule détectrice 50 située selon la direction tangentielle 58.

Il est à noter que si une variation sinusoïdale du coefficient de compensation Gk à la périphérie de la couronne 51 permet de compenser le décalage radial dans la plupart des situations et pour la plupart des types d'éléments magnéto-sensibles 11 et de leur mode de fonctionnement, il convient en pratique d'optimiser les variations du coefficient de compensation Gk pour effectivement compenser tous les défauts réels de distribution du champ magnétique, ce qui peut s'effectuer en pratique expérimentalement en mesurant ces défauts après installation des différents éléments magnéto-sensibles 11, et en déterminant les valeurs correspondantes du coefficient de compensation Gk aptes à compenser ces défauts.

Les différentes valeurs du coefficient de compensation Gk pour chaque valeur de l'angle a peuvent être mémorisées dans une table enregistrée en mémoire de masse 75, et appliquées par l'unité d'alimentation 52 dont le schéma de principe est représenté figure 12. L'unité d'alimentation 52 comprend l'oscillateur 62 fournissant un signal d'horloge à un circuit logique 63 de commutation commandant successivement les différentes électrodes 55 pour former et alimenter les différentes cellules détectrices 50 successivement. Conformément à l'invention, ce circuit logique 63 de commutation n'alimente pas les électrodes 55 directement, mais indirectement par l'intermédiaire d'un circuit 73 de modulation adapté pour appliquer successivement les différentes valeurs du coefficient de compensation Gk sur l'intensité nominale i. Le circuit 73 de modulation comprend une mémoire de masse 75 dans laquelle les différentes valeurs du coefficient de compensation Gk sont enregistrées pour les différentes cellules détectrices 50 à alimenter. Le circuit logique 63 de commutation commande le choix de la valeur appropriée du coefficient de compensation Gk enregistrée dans la mémoire 75 en fonction du signal d'horloge fournie par l'oscillateur 62 qui est synchronisé sur la chaîne de mesure comme mentionné précédemment en relation avec la figure 6. Cette valeur du coefficient de compensation Gk choisie est fournie à l'entrée d'un générateur 77 de commande de modulation de largeur d'impulsion qui pilote un circuit de commutation 81 à transistors recevant une tension continue d'une source de tension 80. L'intensité du courant électrique à la sortie du circuit de commutation 81 est donc normalement égale à Ik = Gk.i, i étant l'intensité nominale du courant obtenu en l'absence de commutation à partir de la source de tension 80. De préférence, une régulation en boucle fermée est également prévue grâce à un capteur 82 de courant qui fournit un signal 79 de retour représentatif de la valeur réelle de l'intensité à la sortie du circuit commutation 81, à un comparateur 78 qui est interposé entre la mémoire 75 et le générateur 77 de commande de modulation de largeur d'impulsion. Le comparateur 78 reçoit la valeur du coefficient de compensation Gk qui doit être appliquée à la cellule détectrice 50 considérée, telle que sélectionnée par le circuit logique 63 de commutation, et compare la valeur de consigne d'intensité Gk.i à la valeur réelle mesurée par le capteur 82. La différence entre ces deux valeurs est fournie au générateur 77. Enfin, le courant d'alimentation à la sortie du capteur 82 est 15 fourni en sortie pour alimenter la cellule détectrice 50 par l'intermédiaire d'un filtre 83 qui supprime les variations non continues. Il est à noter qu'une régulation en boucle ouverte (sans mesures de l'intensité du courant) peut être prévue à la place de la régulation en boucle fermée si la source de tension 80 est suffisamment stable. 20 Il est facile de modifier la configuration de l'élément magnéto-sensible 11 en changeant les différentes valeurs du coefficient de compensation Gk enregistrées dans la mémoire 75, afin d'optimiser la précision de la mesure selon les caractéristiques de cet élément magnéto-sensible, sa position et/ou son orientation par rapport à l'axe de rotation 2 et/ou en fonction des caractéristiques de la structure 25 magnétique. En variante (non représentée) ou en combinaison, les différentes valeurs du coefficient de compensation Gk peuvent être appliquées non pas sur le courant d'alimentation en tant que coefficients de pondération (par modulation de largeur d'impulsion) de l'intensité nominale i délivrée par la source 30 de tension 80, mais en tant que gains variables sur un circuit amplificateur de sortie des signaux de tension délivrée par chaque cellule détectrice 50 par effet Hall.

Tout ce qui a été décrit précédemment l'a été dans le cas où les éléments magnéto-sensibles 11 étaient solidaires de l'ensemble statorique 10 et la structure magnétique 21 reliée à l'ensemble rotorique 20. Il est tout à fait possible d'inverser la position de ces éléments sans sortir du domaine de l'invention.

Compte tenu du débattement angulaire maximum relativement réduit (nécessairement inférieur à 180 degrés) mesuré par le capteur de position angulaire d'un dispositif de pilotage d'aéronef selon l'invention, la structure magnétique 21 peut être fixée sur l'ensemble statorique 10, par exemple sous la forme d'une couronne aimantée par secteurs insérée dans un alésage de l'ensemble statorique. Les éléments magnéto-sensibles 11 sont alors placés radialement sur une plaque 12 de circuit imprimé, en forme de disque ou d'anneau, fixée sur l'ensemble rotorique 20 orthogonalement à l'axe de rotation 2. Dans ce cas, la connexion électrique des circuits peut être effectuée par des câbles souples, plats ou torsadés. Pour améliorer encore la sureté de fonctionnement du capteur de position angulaire de l'invention, certaines dispositions ont été prises pour qu'une défaillance mécanique ne puisse entrainer la perte totale de la fonction de mesure. Par exemple, pour éviter qu'une rupture mécanique du châssis 13 n'entraine la perte des plaques 12 de circuit imprimé et des éléments magnéto-sensibles qui y sont fixés, une plaque de sécurité 14 métallique est fixée par des vis 15 sur la face du châssis 13 recevant la partie électronique du capteur. En outre, les taraudages des vis 18 de fixation des plaques 12 de circuit imprimé sont prévus pour être formés alternativement dans la plaque de sécurité 14 et dans le châssis 13. De cette manière, il est improbable qu'une rupture de pièce élémentaire (rupture du châssis ou de la plaque) puisse entrainer la perte de la fonction du capteur.

Dans le même but, et par analogie, l'ensemble rotorique est également conçu pour empêcher une défaillance totale sur rupture d'une pièce simple. A cet effet, la structure magnétique 21 est fixée à cheval sur au moins deux arbres 26a et 26b concentriques. Ces arbres sont maintenus solidaires en rotation entre eux et avec un arbre externe 26c portant les bagues intérieures des roulements 19 au moyens de goupilles coniques 27 traversant diamétralement l'ensemble rotorique. A noter que le levier 3 est également maintenu solidaire en rotation avec l'ensemble rotorique par l'une des goupilles 27. Une cloche de protection 30 est avantageusement assemblée sur l'ensemble statorique 10 au moyen de vis 31. La cloche de protection est adaptée pour recouvrir et protéger les parties sensibles et fragiles du capteur, en particulier les plaques 12 de circuit imprimé et les éléments magnéto-sensibles 11 ainsi que la structure magnétique 21. Cette cloche de protection est préférentiellement métallique, et plus particulièrement en un matériau métallique adapté pour faire écran aux influences magnétiques externes de manière à assurer une double protection, mécanique et magnétique.

Bien entendu, cette description est donnée à titre d'exemple illustratif uniquement et l'homme du métier pourra y apporter de nombreuses modifications sans sortir de la portée de l'invention.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1/ - Dispositif de pilotage d'un aéronef comportant au moins un organe de pilotage (3) mobile selon au moins un axe de rotation (2) équipé d'au moins un capteur de position angulaire sans contact comportant un ensemble statorique (10) et un ensemble rotorique (20) mobiles l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (2), caractérisé en ce qu'au moins un capteur de position angulaire comprend : une structure magnétique (21) propre à générer un champ magnétique, au moins un élément magnéto-sensible (11, 11') agencé : décalé radialement par rapport à l'axe de rotation (2), solidaire de l'un des ensembles, et placé en regard de la structure magnétique (21) solidaire de l'autre des ensembles, pour mesurer un angle ((p) formé par une direction dudit champ magnétique par rapport à une direction de référence, en ce que chaque élément magnéto-sensible (11, 1 l') comprend : û une pluralité de cellules détectrices (50) de champ magnétique disposées selon des directions radiales à l'axe de rotation (2) et/ou des distances différentes par rapport à l'axe de rotation (2), chaque cellule détectrice (50) fournissant un signal représentatif d'une tension induite par effet Hall proportionnelle à l'amplitude de la composante dudit champ magnétique selon une direction définie par cette cellule détectrice (50), û une chaîne (52, 54) d'alimentation et de mesure, associée à chaque élément magnéto-sensible (11, 11'), et adaptée pour alimenter chaque cellule détectrice (50) à partir d'un courant électrique d'intensité nominale (i) prédéterminée, et fournir des signaux délivrés par chaque cellule détectrice (50) alimentée représentatifs dudit angle (cf)), et en ce que ladite chaîne (52, 54) d'alimentation et de mesure comprend : û au moins une mémoire (75) dans laquelle des valeurs représentatives de coefficients de compensation Gk prédéterminés sont enregistrées pour chaque cellule détectrice individuellement, û un circuit (63, 75, 78, 77, 81, 82) électronique de compensation apte àsélectionner, pour chaque cellule détectrice alimentée, une valeur prédéterminée d'un coefficient de compensation Gk selon la position par rapport à l'axe de rotation (2) de cette cellule détectrice (50) alimentée, et à appliquer cette valeur de coefficient de compensation Gk en modifiant au moins un signal d'intensité et/ou de tension dans la chaîne (52, 54) d'alimentation et de mesure de ladite cellule détectrice (50) alimentée, de façon à corriger les erreurs induites par le décalage radial de l'élément magnéto-sensible (11, 11') par rapport à l'axe de rotation (2). 2/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaîne (52, 54) d'alimentation et de mesure comprend une unité d'alimentation (52) adaptée pour alimenter chaque cellule détectrice (50) par un courant dont l'intensité est variable selon la position de la cellule détectrice (50) par rapport à l'axe de rotation (2), de façon à corriger les erreurs induites par le décalage radial de l'élément magnéto-sensible (11, 1 l') par rapport à l'axe de rotation (2). 3/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les cellules détectrices de chaque élément magnéto-sensible (11, 11') de chaque capteur de position angulaire sont disposées dans un plan orthogonal à l'axe de rotation (2), en ce que la structure magnétique (21) est adaptée pour générer un champ magnétique orienté dans un plan contenant une direction radiale à l'axe de rotation (2), en ce que chaque élément magnéto-sensible (11, 11') est agencé pour détecter l'orientation angulaire du champ magnétique induit par la structure magnétique dans le plan de l'élément magnéto-sensible (11, 11'), et en ce que ladite chaîne (52, 54) d'alimentation et de mesure est adaptée pour sélectionner et appliquer une valeur de coefficient de compensation Gk selon la position de la cellule détectrice (50) dans le plan de l'élément magnéto-sensible (11, 1 l'), de façon à corriger les erreurs induites par le décalage radial de l'élément magnéto-sensible (11, 1 l') par rapport à l'axe de rotation (2). 4/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un capteur de position angulaire comporte, à titre d'élément magnéto-sensible (11, 11'), au moins un détecteur d'angle magnétique formé d'un microcircuit intégré incorporant chaque cellule détectrice (50) et l'unité d'alimentation (52), et adapté pour délivrer directement une valeur numériquereprésentative de l'angle (ç)) formé par ladite direction du champ magnétique par rapport à ladite direction de référence. 5/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque élément magnéto-sensible (11, 11') de chaque capteur de position angulaire comprend une pluralité de cellules détectrices (50) disposées uniformément réparties selon une couronne (51) circulaire dans un plan, et une unité d'alimentation (52) adaptée pour alimenter successivement chaque cellule détectrice (50) par un courant d'intensité prédéterminée. 6/ - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite unité d'alimentation (52) est adaptée pour alimenter chaque cellule détectrice par un courant dont l'intensité est variable selon la position de la cellule détectrice (50) sur ladite couronne (51), de façon à corriger les erreurs induites par le décalage radial de l'élément magnéto-sensible (11, 1 l') par rapport à l'axe de rotation (2). 7/ - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'unité d'alimentation (52) est adaptée pour appliquer pour chaque cellule détectrice (50), une valeur du coefficient de compensation Gk sur l'intensité du courant d'alimentation de cette cellule détectrice (50) dont la valeur dépend de la position angulaire (a) de la cellule détectrice (50) sur ladite couronne (51) selon une fonction présentant un minimum selon la direction de la couronne radiale à l'axe de rotation (2) et un maximum selon une direction de la couronne (51) orthogonale à la direction radiale à l'axe de rotation (2). 8/ - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'unité d'alimentation (52) est adaptée pour alimenter chaque cellule détectrice (50) avec une intensité proportionnelle à la valeur du coefficient de compensation Gk. 9/ - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite fonction du coefficient de compensation Gk appliqué sur l'intensité est une fonction sinusoïdale. 10/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'éléments magnéto-sensibles (11, 11') uniformément répartis autour de l'axe de rotation (2) et placés en regard de secteurs aimantés (22) et en ce que à chaque élément magnéto-sensible (11, 11')correspond un unique secteur aimanté. 11/ - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments magnéto-sensibles (11, 11') sont montés sur des plaques (12) de circuit imprimé s'étendant dans un même plan orthogonal à l'axe de rotation. 12/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte six éléments magnéto-sensibles (11, 11') équirépartis sur un ensemble statorique (10), montés deux par deux sur trois plaques (12) de circuit imprimé fixées dans un même plan orthogonal à l'axe de rotation (2), une structure magnétique (21) comportant six paires d'aimants (24a, 24b) de polarités alternées, chaque paire d'aimant s'étendant sur un arc de 60 degrés. 13/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que chaque élément magnéto-sensible (11, 11') est solidaire de l'ensemble statorique (10) et en ce que la structure magnétique (21) est solidaire de l'ensemble rotorique (20). 14/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que chaque élément magnéto-sensible est solidaire de l'ensemble rotorique (20) et en ce que la structure magnétique est solidaire de l'ensemble statorique (10).