FR3072825A1 - Actionneur electromecanique et dispositif le comprenant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un actionneur électromécanique (1) comprenant un corps (2) dans lequel est présente une tige (10), et un moteur d'entrainement en translation (16) de la tige suivant une direction de déclenchement (B), caractérisé en ce qu'il comprend en outre : un élément de verrouillage (24) solidaire de la tige et apte à coopérer avec une lumière (30) présente dans le corps, et un moteur d'entraînement en rotation (34) de la tige autour de son axe (A) entre une position de verrouillage dans laquelle l'élément de verrouillage ne coopère pas avec la lumière et une position de déverrouillage dans laquelle l'élément de verrouillage coopère avec la lumière de manière à permettre l'entraînement en translation de la tige suivant la direction de déclenchement. L'invention concerne aussi un dispositif comprenant un tel actionneur couplé à un mécanisme.

Description

Arrière-plan de l'invention

La présente invention se rapporte au domaine général des actionneurs électromécaniques utilisés pour donner une impulsion mécanique. Elle se rapporte plus précisément à un actionneur électromécanique dont l'impulsion est donnée par la translation d'une tige et pouvant être verrouillé. Un tel actionneur peut être utilisé dans les domaines aéronautique et aérospatial.

Divers mécanismes comme des dispositifs de déverrouillage de charge utile pour un satellite ou un véhicule, une minuterie, un relais électrique, une vanne ou un clapet, nécessitent un actionneur commandé pour fonctionner.

Les actionneurs connus peuvent comporter une tige pouvant être entraînée en translation dans une direction de déclenchement par un dispositif d'entraînement en translation. La tige peut ainsi être couplée à un mécanisme à commander dont le déclenchement est conditionné par la translation de la tige dans la direction de déclenchement.

On connaît des actionneurs dans lesquels le dispositif d'entraînement peut être par exemple un solénoïde dans lequel est présent un élément magnétique solidaire de la tige. Lorsqu'un courant traverse le solénoïde, un champ magnétique propulse alors la tige dans la direction de déclenchement. Ce type d'actionneur présente toutefois l'inconvénient d'être sensible aux perturbations électromagnétiques environnantes, ce qui altère sa sûreté de fonctionnement.

On connaît des actionneurs dans lesquels le dispositif d'entraînement comprend un élément ressort qui peut exercer sur la tige une force dans la direction de déclenchement, la tige étant maintenue grâce à un élément fusible qui, lorsqu'il fond en étant par exemple traversé par un courant électrique, libère la tige. Ce type d'actionneur présente toutefois l'inconvénient d'être sensible à la température, ce qui altère sa sûreté de fonctionnement.

Pour éviter le déclenchement intempestif des actionneurs précités, on connaît des actionneurs dont la tige est maintenue en position initiale grâce à un aimant permanent ou un ressort. Toutefois, ces moyens de maintien de la tige peuvent être sensibles aux chocs et entraîner des déclenchements indésirables de l'actionneur.

Enfin, les actionneurs précités peuvent être déclenchés grâce à un simple signal électrique et ainsi être sujets à de la malveillance ou à des ordres intempestifs en cas d'erreur d'un opérateur.

Il existe donc un besoin pour un actionneur électromécanique qui ne présente pas les inconvénients précités.

Objet et résumé de l'invention

La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un actionneur électromécanique comprenant un corps dans lequel est présente une tige, et un moteur d'entrainement en translation de la tige suivant une direction de déclenchement, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : un élément de verrouillage solidaire de la tige et apte à coopérer avec une lumière présente dans le corps, et un moteur d'entraînement en rotation de la tige autour de son axe entre une position de verrouillage dans laquelle l'élément de verrouillage ne coopère pas avec la lumière et une position de déverrouillage dans laquelle l'élément de verrouillage coopère avec la lumière de manière à permettre l'entraînement en translation de la tige suivant la direction de déclenchement.

L'actionneur selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend une position de verrouillage dans laquelle toute translation de la tige dans la direction de déclenchement est impossible sans que l'élément de verrouillage de la tige ne coopère avec la lumière, cette coopération étant contrôlée par rotation de la tige autour de son axe. Lorsque l'élément de verrouillage « coopère » avec la lumière, on entend qu'il est dans une position telle qu'il peut passer au travers de la lumière. L'élément de verrouillage et la lumière présentent ainsi des formes et des dimensions qui assurent la coexistence d'une position verrouillée et d'une position déverrouillée. En position verrouillée, l'élément de verrouillage est bloqué au niveau de la lumière présente dans le corps. On notera que la lumière peut aussi bien être présente à l'intérieur du corps ou constituer une paroi du corps, par exemple être prévue dans un fond du corps. Dans tout l'exposé, le « déclenchement » de l'actionneur correspond au moment où l'actionneur est en position déverrouillée et où la tige est translatée dans la direction de déclenchement.

Cet actionneur comprend des moyens (l'élément de verrouillage et la lumière) assurant le blocage de la tige, et donc une mise en sécurité de l'actionneur, qui sont au plus près de la tige et qui la bloquent directement sans nécessiter un système de sécurité intermédiaire. L'actionneur selon l'invention est ainsi de conception simple et peu onéreuse, et peut être aisément miniaturisé. Aussi, les risques de malveillance, de déclenchement intempestif à cause d'une erreur opérateur ou de perturbations électromagnétiques sont drastiquement réduits car il faut commander deux moteurs successivement pour déclencher l'actionneur selon l'invention. Les deux moteurs peuvent de plus être configurés pour être activés en réponse à des signaux différents, afin d'augmenter encore la sécurité de l'actionneur. Enfin, l'actionneur selon l'invention n'est pas non plus sensible aux chocs ou à la température, contrairement à certains dispositifs de l'art antérieur.

Par « moteur d'entraînement en translation de la tige », on entend tout système électromécanique permettant de déplacer la tige en translation selon une direction portée par son axe. Par « moteur d'entraînement en rotation de la tige », on entend tout système électromécanique permettant d'entraîner la tige en rotation autour de son axe.

Dans un exemple de réalisation, la tige peut comprendre un épaulement et le corps peut comprendre un élément ressort en appui sur l'épaulement de façon à exercer sur la tige une force de rappel dans une direction opposée à la direction de déclenchement. Cette disposition avantageuse permet d'assurer un retour de la tige en position initiale après le déclenchement de l'actionneur par désactivation du moteur d'entraînement en translation. La tige peut, en variante, venir en butée contre la lumière si elle a été tournée par le moteur d'entraînement en rotation avant désactivation du moteur d'entraînement en translation. Cette disposition avantageuse permet de verrouiller la tige dans une position différente de la position initiale.

Dans un exemple de réalisation, le moteur d'entraînement en translation de la tige suivant la direction de déclenchement peut être également apte à entraîner la tige en translation dans une direction opposée à la direction de déclenchement. Cette disposition avantageuse permet de contrôler le retour de la tige dans une direction opposée à la direction de déclenchement avec précision. Cette caractéristique peut être combinée à la présence d'un ressort comme décrit précédemment, mais peut aussi être utilisée à la place d'un tel ressort.

Dans un exemple de réalisation, l'élément de verrouillage peut être positionné à distance des extrémités de la tige. Dans ce cas, le corps peut comprendre un fond muni d'une ouverture apte à être traversée par une extrémité de la tige et sur lequel l'élément de verrouillage est destiné à venir buter après déclenchement de l'actionneur. Cette disposition avantageuse permet de limiter la course de la tige lorsque l'actionneur est en position déverrouillée.

Dans un exemple de réalisation, le moteur d'entraînement en translation peut être activable par un signal électrique continu. En variante, le moteur d'entraînement en translation peut être activable par tout type de signal électrique.

Dans un exemple de réalisation, le moteur d'entraînement en rotation peut être activable par un signal électrique alternatif diphasé. En variante, le moteur d'entraînement en rotation peut être activable par tout type de signal électrique.

La combinaison d'un moteur d'entraînement en translation commandé par un signal électrique continu et d'un moteur d'entraînement en rotation commandé par un signal électrique alternatif diphasé complexifie encore la séquence de déclenchement de l'actionneur puisqu'il faut connaître les caractéristiques du signal alternatif et du signal continu pour le déclencher, ce qui augmente encore sa sûreté de fonctionnement face à une malveillance ou un ordre erroné.

Dans un exemple de réalisation, le corps peut comprendre une paroi cylindrique centrée sur l'axe de la tige. Cette disposition avantageuse permet de rendre l'actionneur plus compact et ainsi facilement intégrable dans un dispositif électromécanique.

Dans un exemple de réalisation, l'élément de verrouillage peut être une baïonnette et la lumière peut présenter une forme oblongue. Dans une telle configuration, il existe deux positions de déverrouillage séparées angulairement de 180°. Bien entendu, d'autres configurations sont possibles où il n'y a qu'une ou plus de deux positions de déverrouillage.

L'invention a également pour objet un dispositif comprenant un actionneur tel que celui présenté ci-avant couplé à un mécanisme. Un tel dispositif est avantageux du fait qu'il n'a pas besoin d'intégrer des moyens supplémentaires pour assurer la sécurité du mécanisme qu'il comprend, cette sécurité étant assurée directement par l'actionneur selon l'invention. Un tel dispositif est ainsi plus facile à concevoir.

Dans un exemple de réalisation, le dispositif électromécanique peut être un dispositif de déverrouillage de charge utile, par exemple pour un aéronef, un satellite ou un engin propulsé par un moteur-fusée ; un dispositif de déverrouillage d'une trappe ou d'une porte ; une minuterie ; un relais électrique ou électromécanique ; une vanne ou un clapet. De manière générale, le dispositif électromécanique peut être un dispositif dont le fonctionnement d'un mécanisme qu'il comprend est intrinsèquement conditionné par le mouvement de la tige dans la direction de déclenchement.

Dans un exemple de réalisation, le mécanisme peut être un mécanisme à tringlerie ; un verrou à ressort ; un actionneur électromagnétique, électrique ou pyrotechnique ; un vérin à ressort ; ou un mécanisme de minuterie.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :

- les figures IA à 1D illustrent différentes étapes d'une séquence de déclenchement d'un actionneur électromécanique selon un mode de réalisation de l'invention, et

- la figure 2 montre une vue en perspective éclatée d'un actionneur électromécanique selon un mode de réalisation de l'invention.

Description détaillée de l'invention

Un actionneur électromécanique 1 selon un mode de réalisation de l'invention va être décrit en lien avec les figures IA à 1D qui le montrent de façon schématique à différentes étapes de son fonctionnement, et la figure 2 qui montre de façon schématique les différents éléments qui le composent.

L'actionneur 1 illustré comprend un corps 2 ayant une paroi cylindrique 4 s'étendant entre un fond arrière 6 et un fond avant 8. Une tige 10 est présente à l'intérieur du corps. Le corps 2 est ici centré sur l'axe A de la tige 10. La tige 10 présente une longueur L1 supérieure à la longueur L2 du corps 2 mesurée le long de l'axe A de la tige. Le fond arrière 6 et le fond avant 8 sont respectivement percés d'ouvertures 12 et 14 centrées sur l'axe A. Les ouvertures 12 et 14 présentent un diamètre DI légèrement supérieur au diamètre D2 de la tige 10 de façon à pouvoir être traversées par la tige 10.

L'actionneur 1 comprend en outre un moteur 16 d'entrainement en translation de la tige 10 suivant une direction de déclenchement B (figure IC). Ce moteur 16 peut être un moteur électrique linéaire. Le moteur 16 comprend ici un stator 18 à l'intérieur du corps 2 et solidaire de la paroi cylindrique 4, et un rotor 20 solidaire de la tige 10. Le moteur 16 peut être relié par des fils 22 à un système de contrôle (non représenté) qui assure son activation. Dans l'exemple illustré, le moteur 16 peut être activé pour entraîner en translation la tige 10 dans la direction de déclenchement B en réponse à un courant continu. Le moteur 16 peut être en outre réversible, c'est-à-dire entraîner en translation la tige 10 dans une direction opposée à la direction B, par exemple lorsqu'il est traversé par un courant opposé, afin de ramener la tige 10 dans sa position initiale.

Conformément à l'invention, la tige 10 comprend un élément de verrouillage 24 qui lui est solidaire. Dans l'exemple illustré, l'élément de verrouillage 24 prend la forme d'une baïonnette située à distance de l'extrémité arrière 26 et de l'extrémité avant 28 de la tige 10, et du côté de l'extrémité avant 28 de la tige. Toujours selon l'invention, le corps 2 comprend une lumière 30 avec laquelle peut coopérer l'élément de verrouillage 24 de la tige 10. Dans l'exemple illustré, la lumière 30 est présente à l'intérieur du corps et est portée par une pièce 32 en forme de disque qui s'étend transversalement par rapport à l'axe A. On notera que dans une variante non illustrée, le fond avant 8 peut comprendre la lumière 30. Dans cet exemple, la lumière 30 présente une forme oblongue centrée sur l'axe A ayant des dimensions légèrement supérieures à celles de l'élément de verrouillage 24. Ainsi, l'élément de verrouillage 24 peut coopérer avec la lumière 30 lorsqu'il est situé en regard de cette dernière, c'est-à-dire aligné avec la lumière 30 (figure IB). La coopération ou la non-coopération entre l'élément de verrouillage 24 et la lumière 30 est ainsi obtenu par rotation de la tige 10. Lorsque l'élément de verrouillage 24 ne coopère pas avec la lumière 30, l'actionneur 1 est en position verrouillée (figure IA), et lorsque l'élément de verrouillage 24 coopère avec la lumière 30, l'actionneur 1 est en position déverrouillée (figure IB). On notera que, dans l'exemple illustré, l'ouverture 14 dans le fond avant 8 présente une forme et des dimensions telles que l'élément de verrouillage 24 ne peut pas la traverser, c'est-à-dire ne peut pas coopérer avec elle. Ainsi, l'élément de verrouillage 24 viendra buter sur le fond avant 8 après déclenchement de l'actionneur 1 afin de limiter la course de la tige 10.

La rotation de la tige 10 autour de l'axe A est assurée, conformément à l'invention, par un moteur 34 d'entraînement en rotation de la tige 10 autour de son axe A. Ce moteur 34 peut être un moteur électrique rotatif. Le moteur 34 comprend ici un stator 36 à l'intérieur du corps 2 et solidaire de la paroi cylindrique 4, et un rotor 38 solidaire de la tige 10. Le moteur 34 est, dans l'exemple illustré, situé du côté du fond arrière 6, alors que le moteur 16 est situé du côté du fond avant 8. Le moteur 34 peut être, comme le moteur 16, relié par des fils 40 à un système de contrôle (non représenté). Dans l'exemple illustré, le moteur 34 peut être activé pour entraîner la tige 10 en rotation autour de l'axe A et faire passer l'actionneur 1 de la position verrouillée à la position déverrouillée, en réponse à un courant alternatif diphasé.

On peut voir sur les figures IA à 1D que la lumière 30 n'est ici pas en contact avec le fond avant 8 de façon à laisser un espacement El entre la pièce 32 et le fond avant 8 supérieur à l'épaisseur E2 de l'élément de verrouillage 24. Cet espacement El permet d'éventuellement pouvoir verrouiller l'actionneur 1 en position déclenchée (figure 1D), l'élément de verrouillage étant alors présent entre la pièce 32 et le fond avant 8.

Dans l'exemple illustré, la tige 10 comprend en outre un épaulement 42 prenant la forme d'un disque s'étendant transversalement par rapport à la tige 10. L'épaulement 42 est situé ici entre les stators 18 et 36 des moteurs 16 et 34, Le corps 2 comprend alors un élément ressort 44, par exemple un ressort hélicoïdal centré sur l'axe A, qui est en appui d'une part sur l'épaulement 42 et d'autre part sur le stator 18 du moteur d'entraînement en translation de la tige 10. En variante, l'élément ressort 44 peut être en appui sur un autre élément solidaire du corps 2. De la sorte, l'élément ressort 44 exerce sur la tige 10 une force de rappel dans une direction opposée à la direction de déclenchement B. Il sera ainsi possible d'obtenir le retour en position initiale de la tige 10 par simple désactivation du moteur 16 et sous l'effet de la force de rappel. Dans l'exemple illustré, en position verrouillée (figure IA), l'élément ressort 44 maintient l'épaulement 42 contre le stator 36 du moteur 34 d'entraînement en rotation de la tige 10.

Il est possible d'ajouter des moyens de contrôle de l'état de l'actionneur 1, par exemple un capteur de position pour déterminer l'emplacement de la tige 10 le long de l'axe A, et un capteur de position angulaire de la tige 10 autour de l'axe A. Il est également possible d'ajouter d'autres moteurs pour augmenter la redondance des ordres de commande, et ainsi augmenter la fiabilité de l'actionneur 1.

Un exemple de procédé d'utilisation de l'actionneur 1 illustré va à présent être brièvement décrit en lien avec les figures IA et 1D.

Sur la figure IA, l'actionneur 1 est en position verrouillée et l'élément de verrouillage 24 empêche toute translation de la tige 10 dans la direction de déclenchement B. Le procédé d'utilisation de l'actionneur 1 comprend successivement le déverrouillage de l'actionneur 1 par entraînement en rotation (flèche 46 sur la figure IB) de la tige 10 autour de son axe A jusqu'à ce que l'élément de verrouillage 24 coopère avec la lumière 30 (figure IB), et le déclenchement de l'actionneur 1 par entraînement en translation de la tige 10 dans la direction de déclenchement B (figure IC). L'entraînement en rotation de la tige 10 autour de son axe A est obtenu par activation du moteur 34 d'entraînement en rotation de la tige 10. L'entraînement en translation de la tige 10 est obtenu par activation du moteur 16 d'entraînement en translation de la tige 10. Après le déclenchement, comme cela est visible sur la figure IC, l'élément de verrouillage 24 vient buter ici sur le fond avant 8 du corps 2.

Il est ensuite possible, comme cela est visible sur la figure 1D, de verrouiller l'actionneur en position déclenchée en entraînant de nouveau en rotation la tige 10 (flèche 48 sur la figure 1D) afin que l'élément de verrouillage 24 ne coopère plus avec la lumière 30. Pour verrouiller l'actionneur en position déclenchée, on veillera ici à maintenir le moteur 16 d'entraînement en translation actif jusqu'à ce que l'élément de verrouillage 24 ne coopère plus avec la lumière 30. Après désactivation du moteur 16, la force de rappel de l'élément ressort 44 permet de maintenir 5 l'élément de verrouillage 24 plaqué contre une face avant 48 de la pièce 32 comprenant la lumière 30.

Un actionneur 1 selon l'invention peut être couplé, par l'intermédiaire de sa tige 10, à un mécanisme présent dans un dispositif (non représenté). Dans ce cas, le mécanisme du dispositif peut par 10 exemple être activé ou désactivé par le mouvement de la tige dans la direction de déclenchement B ou dans une direction opposée à la direction de déclenchement B.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Actionneur électromécanique (1) comprenant un corps (2) dans lequel est présente une tige (10), et un moteur d'entrainement en translation (16) de la tige suivant une direction de déclenchement (B), caractérisé en ce qu'il comprend en outre : un élément de verrouillage (24) solidaire de la tige et apte à coopérer avec une lumière (30) présente dans le corps, et un moteur d'entraînement en rotation (34) de la tige autour de son axe (A) entre une position de verrouillage dans laquelle l'élément de verrouillage ne coopère pas avec la lumière et une position de déverrouillage dans laquelle l'élément de verrouillage coopère avec la lumière de manière à permettre l'entraînement en translation de la tige suivant la direction de déclenchement.
2. 2. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel la tige (10) comprend un épaulement (42) et le corps (2) comprend un élément ressort (44) en appui sur l'épaulement de façon à exercer sur la tige une force de rappel dans une direction opposée à la direction de déclenchement (B).
3. 3. Actionneur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le moteur d'entraînement en translation (16) de la tige suivant la direction de déclenchement (B) est également apte à entraîner la tige en translation dans une direction opposée à la direction de déclenchement.
4. 4. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'élément de verrouillage (24) est positionné à distance des extrémités (26, 28) de la tige.
5. 5. Actionneur selon la revendication 4, dans lequel le corps comprend un fond (8) muni d'une ouverture (14) apte à être traversée par une extrémité (28) de la tige (10) et sur lequel l'élément de verrouillage (24) est destiné à venir buter après déclenchement de l'actionneur.
6. 6. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le moteur d'entraînement en translation (16) est activable par un signal électrique continu.

   5
7. 7. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le moteur d'entraînement en rotation (34) est activable par un signal électrique alternatif diphasé.
8. 8. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans 10 lequel le corps (2) comprend une paroi cylindrique (4) centrée sur l'axe (A) de la tige (10).
9. 9. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'élément de verrouillage (24) est une baïonnette et la lumière (30)

   15 présente une forme oblongue.
10. 10. Dispositif comprenant un actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 couplé à un mécanisme.