FR3114654A1 - Dispositif de mesure de vitesse de rotation et train d’atterrissage équipé d’un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de mesure de vitesse de rotation et train d’atterrissage équipé d’un tel dispositif Download PDF

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Abstract

Dispositif de mesure comprenant une génératrice délivrant une tension alternative sinusoïdale de fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de son rotor, et un multiplicateur de fréquence comportant : un rotor lié en rotation au rotor de la génératrice et pourvu de dents rotoriques ; un stator comprenant une première et une deuxième paire de plots dentés, les dents rotoriques présentant avec les dents statoriques de la première paire de plots un couplage magnétique opposé à celui desdites dents rotoriques avec les dents statoriques de la deuxième paire de plots ; un premier circuit électrique comprenant un bobinage d’excitation entourant dans un sens l’un des premiers plots et dans l’autre sens l’un des deuxièmes plots ; et un deuxième circuit électrique comprenant un bobinage de mesure entourant dans un même sens les premier et deuxième plots entourés par le bobinage d’excitation, les extrémités du premier circuit électrique étant reliées à la génératrice. FIGURE DE L’ABREGE : Fig.3

Description

Dispositif de mesure de vitesse de rotation et train d’atterrissage équipé d’un tel dispositif
L’invention concerne un dispositif pour mesurer la vitesse de rotation d’un élément tournant et en particulier d'une roue d’un véhicule tel qu’un aéronef.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Il est connu d’équiper une roue freinée d’aéronef d’un tachymètre pour mesurer une vitesse de rotation de la roue et ainsi permettre une régulation du freinage de ladite roue.
Un tel tachymètre comprend classiquement une génératrice agencée pour délivrer une tension alternative ayant une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de la roue mesurée. De manière générale, la génératrice comporte une partie fixe destinée à être solidarisée à l'essieu sur lequel est montée la roue, et une partie tournante destinée à être entraînée en rotation par ladite roue. L'une des parties, en général la partie fixe, comporte un capteur magnétique adapté à coopérer avec une ou plusieurs paires de pôles magnétiques portées par l'autre partie pour générer la tension alternative.
Afin d’augmenter le rapport entre la vitesse de rotation de la roue et la fréquence de la tension alternative délivrée par la génératrice (et ainsi améliorer la précision du tachymètre), il est connu d’insérer, entre la roue et la génératrice, un train épicycloïdal agencé pour augmenter la vitesse de rotation de la partie mobile de ladite génératrice.
Néanmoins, l’insertion d’un tel train épicycloïdal a pour effet de diminuer la fiabilité du tachymètre, les éléments d’engrenage constituant ledit train épicycloïdal étant notamment soumis à une usure due aux frottements entre lesdits éléments d’engrenage.
Une autre solution est d’augmenter le nombre de paires de pôles de la partie mobile de la génératrice, ce qui implique de diminuer les dimensions desdites paires de pôles. Une telle diminution peut cependant entraîner une diminution des performances de la génératrice due au fait qu’il n’est pas toujours possible de réduire l’entrefer entre la partie fixe et la partie mobile dans les mêmes proportions que les dimensions des paires de pôles.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a donc pour objet de proposer un dispositif pour mesurer, de manière fiable et précise, la vitesse de rotation d’un élément tournant.
A cet effet, on prévoit un dispositif de mesure d’une vitesse de rotation, comprenant une génératrice qui a un rotor et qui est agencée pour délivrer à des bornes une tension alternative sinusoïdale ayant une fréquence proportionnelle à une vitesse de rotation du rotor, et un multiplicateur de fréquence.
Selon l’invention, le multiplicateur de fréquence comporte :
  • un rotor lié en rotation au rotor de la génératrice et pourvu de dents rotoriques ;
  • un stator comprenant une paire de premiers plots et une paire de deuxièmes plots, les premiers et deuxièmes plots étant identiques et comprenant au moins une dent statorique, les dents statoriques et les dents rotoriques étant agencées de manière à ce que les dents rotoriques présentent avec les dents statoriques des premiers plots un couplage magnétique opposé à celui desdites dents rotoriques avec les dents statoriques des deuxièmes plots ;
  • un premier circuit électrique qui comprend un bobinage d’excitation entourant dans un sens l’un des premiers plots et dans l’autre sens l’un des deuxièmes plots et qui est relié aux bornes de la génératrice ; et
  • un deuxième circuit électrique comprenant un bobinage de mesure entourant dans un même sens les premier et deuxième plots entourés par le bobinage d’excitation.
Le rotor de la génératrice et le rotor du multiplicateur sont destinés à être liés en rotation à l’élément tournant dont on souhaite mesurer la vitesse de rotation. Ainsi, lorsque le rotor est entraîné en rotation par l’élément tournant, la génératrice produit un courant ayant une tension alternative sinusoïdale dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation de son rotor. Ce courant circule dans le circuit d’excitation du multiplicateur en engendrant un premier flux magnétique parcourant la paire de premiers plots et un deuxième flux magnétique parcourant la paire de deuxièmes plots. Les premier et deuxième flux magnétiques opposés produisent alors aux extrémités du deuxième circuit électrique une tension de mesure ayant une fréquence égale à deux fois celle délivrée par la génératrice.
Un tel multiplicateur électromagnétique permet ainsi de multiplier par deux le rapport entre la vitesse de rotation de la roue et la tension alternative délivrée par la génératrice tout en limitant l’usure du dispositif de mesure.
De manière particulière, la paire de premiers plots et la paire de deuxièmes plots se succèdent autour du rotor.
De manière particulière, la paire de premiers plots et la paire de deuxièmes plots sont imbriquées l’une dans l’autre autour du rotor.
De manière particulière, les premiers et deuxièmes plots sont reliés entre eux par une portion cylindrique en matériau magnétique.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, un aimant permanent est monté sur le rotor de la génératrice qui comprend une partie fixe comportant une bobine agencée pour délivrer la tension alternative sinusoïdale résultant d’une variation de champ magnétique généré lorsque le rotor, et donc l'aimant permanent, tournent.
De manière particulière, le rotor du multiplicateur et le rotor de la génératrice sont montés sur un même arbre.
L’invention concerne également une roue montée sur un essieu équipé d’un tel dispositif de mesure.
L’invention concerne aussi un train d’atterrissage comprenant au moins une telle roue.
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels :
la est une vue schématique partielle et en coupe axiale d’un train d’atterrissage pourvu d’un dispositif de mesure selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
la est une vue schématique en coupe radiale selon un plan II-II du dispositif de mesure illustré à la ;
la est une vue schématique du dispositif de mesure illustré à la ;
la représente sur un même graphique le flux magnétique parcourant la paire de premiers plots, le flux magnétique traversant la paire de deuxièmes plots et le flux magnétique capté par le deuxième circuit électrique ;
la représente sur un même graphique la tension aux bornes de la portion du bobinage d’excitation entourant l’un des premiers plots, la tension aux bornes de la portion du bobinage d’excitation entourant l’un des deuxièmes plots et la tension aux extrémités du deuxième circuit électrique.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence à la , l’invention est ici décrite en application à la mesure de la vitesse de rotation d’une roue R d’un train d’atterrissage d’aéronef.
Le train d’atterrissage comprend classiquement une jambe dont une extrémité opposée à l’aéronef est pourvue d’un essieu E. L’essieu E reçoit la roue R dont seule une portion est illustrée. La roue R est guidée en rotation sur l’essieu E par des roulements O pour permettre une rotation de ladite roue R autour d’un axe X confondu avec un axe de symétrie de l’essieu E.
Le dispositif de mesure selon l’invention, généralement désigné en 1, comprend une génératrice 10 électromagnétique monophasée et un multiplicateur de fréquence 20 électromagnétique.
La génératrice 10 comprend une partie fixe 11, formant un stator ferromagnétique, insérée dans une extrémité de l’essieu E et arrêtée en rotation par un moyen d'arrêt non représenté ici. La partie fixe 11 comporte une portion cylindrique 12 creuse qui s'étend intégralement dans l'essieu E et qui forme un organe de centrage de la partie fixe sur l'essieu E. La portion cylindrique 12 comprend une portion en saillie orientée vers l’axe X et autour de laquelle est enroulée une bobine 13.
La génératrice 10 comprend également une partie tournante 14, formant un rotor, logée à l’intérieur de la partie fixe 11 et montée sur un arbre T solidaire de la roue R pour être entraînée en rotation autour de l’axe X par ladite roue R. La partie tournante 14 comporte deux roues dentées 15 identiques décalées d’une demi-dent et séparées par un aimant permanent 16, de forme annulaire, magnétisé dans le sens de l’axe X pour créer un pôle sud S sur l’une des roues dentées 15, et un pôle nord N sur l'autre roue dentée 15. Les roues dentées 15 sont en matériau ferromagnétique et comportent des dents formant des cibles magnétiques s’étendant en regard de la partie fixe 11 selon une direction radiale.
Lorsque la roue R tourne, les dents des roues dentées 15 coopèrent à distance avec la partie fixe 11 pour induire un courant dans la bobine 13 et ainsi engendrer aux bornes de ladite bobine 13 une tension alternative sinusoïdale ayant une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de la roue R autour de l’axe X.
La structure et le fonctionnement d’une génératrice monophasée sont bien connus en soi et ne sont décrits ici qu’à titre d’illustration de l’invention.
En référence également à la , le multiplicateur de fréquence 20 comprend, selon l’invention, un rotor 21 monté sur l’arbre T de manière à être entraîné en rotation autour de l’axe X par la roue R et ainsi tourner à la même vitesse que la partie tournante 14 de la génératrice 10. Il importe que le rotor 21 soit lié en rotation à la partie tournante 14 pour tourner à la même vitesse que celle-ci, sans glissement relatif. Le rotor 21 comprend une couronne dentée en matériau magnétique pourvues d’une pluralité de dents rotoriques 21.1.
Le multiplicateur de fréquence 20 comprend également un stator 22 en matériau magnétique qui entoure le rotor 21 et qui comporte une portion annulaire de laquelle s’étendent en saillie radiale une paire de premiers plots 23 et une paire de deuxièmes plots 24 orientées vers l’axe X. Les premiers et deuxièmes plots 23, 24 sont identiques et comprennent à une extrémité libre quatre dents statoriques 23.1, 24.1 s’étendant en regard des dents rotoriques 21.1.
La paire de premiers plots 23 est agencée de manière à ce que les dents statoriques 23.1 de chacun des premiers plots 23 puissent s’étendre simultanément chacune en regard d’une des dents rotoriques 21.1.
La paire de deuxièmes plots 24 est agencée de manière à ce que les dents statoriques 24.1 de chacun des deuxièmes plots 24 puissent s’étendre simultanément chacune en regard d’une des dents rotoriques 21.1.
Les dents statoriques 23.1 des premiers plots 23 et les dents statoriques 24.1 des deuxièmes plots 24 sont décalées d’une demi-dent de sorte que lorsque les dents statoriques 24.1 des deuxièmes plots 24 coopèrent avec huit des dents rotoriques 21.1, les dents statoriques 23.1 des premiers plots 23 sont, comme illustrée à la , en regard des creux séparant neuf autres dents rotoriques 21.1, et inversement. Le couplage des dents statoriques 23.1 des premiers plots 23 avec les dents rotoriques 21.1 est ainsi en opposition avec le couplage des dents statoriques 24.1 des deuxièmes plots 24 avec lesdites dents rotoriques 21.1.
En référence à la , le multiplicateur de fréquence 20 comprend aussi un premier circuit électrique 25 et un deuxième circuit électrique 27.
Le premier circuit électrique 25 comporte un bobinage d’excitation 26 comprenant un premier enroulement 26.1 entourant dans un sens l’un des premiers plots 23 et un deuxième enroulement 26.2 entourant dans l’autre sens l’un des deuxièmes plots 24.
Le deuxième circuit électrique 27 comporte un bobinage de mesure 28 comprenant un premier enroulement 28.1 et un deuxième enroulement 28.2 entourant dans un même sens les premier et deuxième plots 23, 24 entourés par le bobinage d’excitation 26.
Les extrémités du premier circuit électrique 25 sont reliées aux bornes de la bobine 13 de la génératrice 10 et les extrémités du deuxième circuit 27 sont reliées à une carte électronique UC de traitement.
Le fonctionnement du dispositif de mesure 1 va maintenant être détaillé.
Lorsque la roue R tourne autour de l’axe X, elle entraîne en rotation la partie tournante 14 de la génératrice 10 et crée une variation du champ magnétique généré par l’aimant permanent 16 et auquel est soumis la bobine 13. Ce champ magnétique variable induit un courant dans la bobine 13 qui délivre à ses bornes une tension alternative sinusoïdale de sorte que le premier circuit électrique 25 raccordé auxdites bornes se trouve parcouru par un courant sinusoïdal. Le courant I circulant dans le premier circuit électrique 25 est ainsi de la forme :
Dans le même temps, la roue R entraîne en rotation le rotor 21 du multiplicateur de fréquence 20 dont les dents rotoriques 21.1 coopèrent alternativement avec les dents statoriques 23.1 des premiers plots 23 et les dents statoriques 24.1 des deuxièmes plots 24. La tension délivrée par la génératrice 10 dans le premier circuit électrique 25 génère un premier flux magnétique Φ1parcourant la paire de premiers plots 23 et un deuxième flux magnétique Φ2parcourant la paire de deuxièmes plots 24 ( ).
Le premier flux magnétique est de la forme :
oùPerm(t)désigne la perméance magnétique (égale à l’inverse de la reluctance) du premier enroulement 28.1 du bobinage de mesure 28 avec :
et Perm0> Perm1.
D’où ( ) :
Le premier flux magnétique Φ1est capté par le premier enroulement 28.1 du bobinage de mesure 28 et génère aux bornes dudit premier enroulement 28.1 une tension U1( ) ayant pour équation :
Du fait de l’inversion du sens d’enroulement du bobinage d’excitation autour des premiers et des deuxièmes plots 23, 24 et du couplage en opposition des dents rotoriques 21.1 avec les dents statoriques 23.1, 24.1 desdits premiers et deuxièmes plots 23, 24, le deuxième flux magnétique Φ2est déphasé de π par rapport au premier flux magnétique Φ1et a pour équation :
Le deuxième flux magnétique Φ2est capté par le deuxième enroulement 28.2 du bobinage de mesure 28 et génère aux bornes dudit deuxième enroulement 28.2 une tension U2( ) ayant pour équation :
Le premier enroulement 28.1 et le deuxième enroulement 28.2 étant agencés en série, le flux magnétique Φ mesuré aux extrémités du deuxième circuit électrique 27 a pour équation :
Dès lors, la tension U induite aux extrémités du deuxième circuit électrique sera de la forme :
Comme illustré à la , la tension U aux extrémités du deuxième circuit 27 a donc une fréquence égale à deux fois celle aux extrémités du premier circuit 25, et donc égale à deux fois celle du courant délivré par la génératrice 10.
Le multiplicateur de fréquence 20 permet donc de multiplier par deux le rapport entre la vitesse de rotation de la roue R et la fréquence de la tension alternative délivrée par la génératrice 10.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
Bien qu’ici l’invention est décrite en application à la mesure de la vitesse d’une roue R d’aéronef pour laquelle elle est particulièrement bien adaptée, le dispositif de mesure 1 peut être utilisé pour mesurer la vitesse de rotation d’une roue de tout type de véhicule (voiture, camion, bus…), ou plus généralement la vitesse de rotation de tout élément tournant.
Bien qu’ici la paire de premiers plots 23 et la paire de deuxièmes plots 24 se succèdent autour du rotor 21, elles peuvent aussi être imbriquées l’une dans l’autre. Les premiers plots 23 et les deuxièmes plots 24 seront alors disposés en alternance autour du rotor 21, ce qui entraînera une imbrication des premier et deuxième flux magnétiques Φ1, Φ2.
Les positions du rotor 21 et du stator 22 peuvent être inversées de manière à ce que le stator 22 soit logé à l’intérieur du rotor 21. Les paires de plots 23, 24 seront alors orientés vers l’extérieur selon une direction radiale tandis que la couronne du rotor 21 sera dentée intérieurement.
Bien qu’ici le rotor 21 du multiplicateur de fréquence et la partie tournante 14 de la génératrice 10 soient montées sur un même arbre T pour être entraînés simultanément en rotation autour de l’axe X par la roue R, le rotor 21 peut aussi être solidaire de la partie tournante 14 afin d’être entraîné en rotation par la roue R via la partie tournante 14.
La génératrice 10 et le multiplicateur de fréquence 20 peuvent aussi être intégrés dans un même module pourvu d’un arbre d’entrée sur lequel ledit rotor 21 et ladite partie tournante 14 sont montés, l’arbre d’entrée du module étant lié en rotation à l’arbre T de la roue R via une liaison capable d’accepter un certain niveau de désalignement entre les axes de rotation de l’arbre d’entrée du module et l’arbre T de la roue R.

Claims (8)

  1. Dispositif de mesure (1) d’une vitesse de rotation, comprenant une génératrice (10) qui a un rotor (14) et qui est agencée pour délivrer à des bornes une tension alternative sinusoïdale ayant une fréquence proportionnelle à une vitesse de rotation du rotor, et un multiplicateur de fréquence (20) comportant :
    • un rotor (21) lié en rotation au rotor de la génératrice et pourvu de dents rotoriques (21.1) ;
    • un stator (22) comprenant une paire de premiers plots (23) et une paire de deuxièmes plots (24), les premiers et deuxièmes plots étant identiques et comprenant au moins une dent statorique (23.1, 24.1), les dents rotoriques et les dents statoriques étant agencées de manière à ce que les dents rotoriques présentent avec les dents statoriques des premiers plots un couplage magnétique opposé à celui desdites dents rotoriques avec les dents statoriques des deuxièmes plots ;
    • un premier circuit électrique (25) qui comprend un bobinage d’excitation (26) entourant dans un sens l’un des premiers plots et dans l’autre sens l’un des deuxièmes plots et qui est relié aux bornes de la génératrice ; et
    • un deuxième circuit électrique (27) comprenant un bobinage de mesure (28) entourant dans un même sens les premier et deuxième plots entourés par le bobinage d’excitation.
  2. Dispositif de mesure (1) selon la revendication 1, dans lequel la paire de premiers plots (23) et la paire de deuxièmes plots (24) se succèdent autour du rotor (21).
  3. Dispositif de mesure (1) selon la revendication 1, dans lequel la paire de premiers plots (23) et la paire de deuxièmes plots (24) sont imbriquées l’une dans l’autre autour du rotor (21).
  4. Dispositif de mesure (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premiers et deuxièmes plots (23, 24) sont reliés entre eux par une portion cylindrique en matériau magnétique.
  5. Dispositif de mesure (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un aimant permanent (16) est monté sur le rotor (14) de la génératrice qui comprend une partie fixe (11) comportant une bobine (13) agencée pour délivrer la tension alternative sinusoïdale résultant d’une variation de champ magnétique généré lorsque le rotor, et donc l'aimant permanent, tournent.
  6. Dispositif de mesure (1) selon la revendication 5, dans lequel le rotor (21) du multiplicateur et le rotor (14) de la génératrice sont montés sur un même arbre (T).
  7. Roue (R) montée sur un essieu (E) équipé d’un dispositif de mesure (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  8. Train d’atterrissage d’aéronef, comprenant au moins une roue (R) selon la revendication 7.
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