Brevet FR2447110A1 — publié le 19800814

L'invention concerne les générateurs électriques utilisés dans les projectiles, en particulier dans les projectiles d'artillerie. Les générateurs connus qui assurent l'alimentation en électricité des fusées électriques ou électroniques qui équipent les projectiles sont généralement constitués par des systèmes électrochimiques mis en activité au départ du coup par des moyens tels qu'imprégnation des couples par un électrolyte liquide lorsque ces parties sont séparées avant fonctionnement,ou par fusion d'un électrolyte solide lorsque ce dernier est intercalé dans les couples. Ces fonctions d'amorçage sont réalisés par des dispositifs élaborés qui conduisent avec la partie electrochimique qui leur est associéeà des générateurs coûteux. Ce type de générateur présente en outre 11 inconvénient de ne pas pouvoir délivrer une tension dès de depart du coup a cause du retard apporté par le fonctionnement du dispositif d'amorçage.Cet inconvénient est particulièrement contraignant lorsque le générateur alimente une fusée chronométrique qui doit mesurer letewps écoulé depuis le depart du coup. Un autre type de générateur connu utilise un élément piézo électrique pour produire l'énergie electriqueX l'énergie initiale ayant pour origine l'action mécanique d'une masse d'inertie soumise à l'accélération dûe au repart du coup. Une seule impulsion de courant ne pouvant être obtenue par ce principe il est nécessaire d'accumuler ltenergie électrique produite pour pouvoir l'utiliser après le départ du coup. Par ailleurs, les éléments piézo électriques ne permettent pas la réalisation de générateur d'energie volumique élevée. L'invention propose un générateur electrique nouveau qui présente l'a-vantage de délivrer une puissance importante dès le départ du coup et de pouvoir être utilisée comme capteur pour détecter la vitesse de rotation du projectile sur trajectoire. Dans l'invention, l'énergie fournie par le générateur provient de l'é- nergie cinétique dûe à la rotation imprimee au projectile lors de son lancementafin de le stabiliser sur sa trajectoire. Ce générateur selon l'invention comporte une masse d'inertie disposée dans l'axe du projectile et qui peut tourner librement autour de cet axe de manière que la mise en rotation du projectile conduise à un mouvement relatif entre ces deux parties. L'énergie mécanique qu'il faut mettre en jeu pour entrainer la masse d'inertie est convertie dans l'invention, par des-moyens électromagnétiques pour parvenir à la délivrance de l'énergie électrique, utilisable dès le départ du coup et sur trajectoire à mesure que cet entrainement est produit.L'invention prévoit deux moyens de conversion différents qui peuvent être utilisés séparément ou en combinaison : l'un est destiné à produire un courant électrique alternatif et l'autre un courant continu. Le courant alternatif est obtenu par un alternateur à aimant dont le circuit induit est solidaire de la partie du générateur liée au projectile. Dans l'invention, la masse d'inertie est constituée de deux parties dont l'une comprend un équipage mobile qui peut tourner librement autour d'un axe confondu avec celui de rotation du projectile et qui comporte la partie de l'alternateur qui engendre les variations de flux dans l'induit ; un aimant par exemple. L'é- quipage mobile est immergé dans un liquide contenu dans un corps cylindrique coaxial, ce liquide constitue la seconde partie de la masse d'inertie. Dans l'in vention, l'équipage mobile comporte des pales sensiblement radiales pour réali ser un couplage hydraulique avec le liquide afin d'obtenir un volant d'inertie unique.Dans l'invention la densité apparente de l'ensemble immergé est ajustée très sensiblement à celle du liquide qui le baigne pour le soustraire aux effets de l'accélération linéaire importante diie au lancement du projectile puis à celles rencontrées sur la trajectoire. L'invention réduit ainsi considérablement les frottements sur l'équipage mobile en éliminant les efforts de contact notamment au niveau des moyens utilisés pour centrer l'équipage dans le corps cylindrique. Le liquide préfèré par l'invention est du mercure à cause de ses caractéristiques physiques intéressantes pour la performance du dispositif : sa forte densité confère au générateur une énergie volumique importante et sa faible viscosité qui conduit à un rendement élevé par la réduction des pertes mécaniques dues au frottemeht visqueux. Le moyen de conversion, compris dans l'invention, et destiné à produire directement un courant continu, utilise comme induit la masse d'inertie constituée par du mercure. Pour parvenir à l'induction de la force électromotrice dans la masse de mercure, cette dernière est disposée selon un anneau, coaxial au projectile et placé dans l'entrefer d'un circuit magnétique lié au projectile et dans lequel le flux magnétique est radial. Les surfaces cylindriques de l'anneau sont isolées électriquement de la structure du générateur alors que les faces terminales sont chacune en contact avec une pièce conductrice, realisant un collecteur du courant induit dans l'anneau et qui formeront les poles du générateur.Pour expliquer le fonctionnement du générateur conçu selon l'invention on décompose l'anneau en éléments filiformes parallèles à l'axe de rotation : chaque élément en mouvement constitue un conducteur qui coupe perpendiculairement le flux radial de l'entrefer, il est donc le siège d'une force électromotrice, comme le flux est conservatif dans l'entrefer les flux coupés par chacun des con ducteurs élémentaires sont les mêmes au cours de leur mouvement d'ensemble qui est celui de l'anneau, par conséquent les farcies électromotrices qui apparaissent aux extrémités des éléments sont toutes identiques et le courant induit parcours l'anneau parallèlement à l'axe de rotation pour être collecté sur les faces terminales. Ce dernier dispositif, objet de l'invention, constitue une génératrice tachymétrique performante qui peut être utilisée pour détecter la rotation du projectile avec grande précision. Cette génératrice n'est en effet pas affectée par les erreurs dûes aux pulsations de la tension de sortie qui apparaissent sur les génératrices connues, par l'absence des parties qui en sont l'origine et qui provoquent les pulsations de dentures dûes aux variations de la valeur de la répartition du flux magnétique dans les machines multipolaires et les pulsations de collecteur engendrée dans ces memes machines par la variation périodique du nombre de sections dans les branches parallèles de l'enroulement induit à cause du court circuitage d'une partie de ces sections au cours de la commutation ou par la vibration des balais sur le collecteur. Les exemples suivants décrivent des générateurs conçus selon l'invention, l'un utilise un alternateur pour réaliser la conversion d'énergie et l'autre l'induction dans la masse d'inertie. L'invention n'est pas limitée par le choix des matériaux, dispositions des éléments et formes retenus pour ces exemples et les moyens de conversion pourront être combinés sans sortir du cadre de l'invention dans un seul dispositif lorsque des courants alternatif et continu doivent être délivrés par un seul générateur. La figure 1 planche (1) représente vu en coupe partielle un exemple non limitatif de l'invention du générateur comportant un alternateur pour delivrer un courant alternatif. Selon l'invention le corps cylindrique 1 contient l'ensemble de la masse d'inertie constituée par un bain de mercure 2 et un dqui- page mobile 3, représenté non coupe sur le dessin, la vue selon F de l'qui page seul est représentée par la figure 2. L'équipage mobile comprend un pivot axial 4 dont les extrémités tourillonnent dans des paliers de guidages situés dans l'axe du corps cylindrique i et la pièce en matière plastique 5 qui ferme la cavité remplie de mercure, ces deux pièces sont situées sensiblement dans l'axe XY du projectile, non représente sur le dessin.Sur le pivot destiné au centrage de l'équipage mobile sont solidarises par emmanchement à force ou collage par exemple un moyeu comportant deux pales radiales 6 et un aimant 7, la pièce cylindrique 8 est destinée à ajuster la densité de l'équipage mobile à celle du mercure, si les pales et l'aimant sont de densité inférieure à celle du mercure, la pièce 8 sera un lest en matériau de densité supérieure à celle du mercure, en tungstène par exemple. Dans l'exemple l'alternateur est déterminé par l'aimant 7 et un circuit induit constitué par deux bobinages 9 et 10 comportant chacun un noyau de fer doux Il et 12, pour renforcer l'induction, l'aimant est aimanté radialement et le flux qui emprunte les noyaux de fer doux est refermé par le corps cylindrique- 1, réalisé en matériau à haute perméabilité magnétique. Les bobines, dans l'exemple sont mise en série et les conducteurs 13 et 14 constituent les poles du générateur. L'enrobage 15 en résine êpoxy est destiné à immobiliser l'ensemble induit et à étanchéifier la cavité remplie de mercure lorsque la rotation du projectile entraîne le corps 1 et toutes les pièces qui lui sont solidaires, l'inertie du mercure et de l'équipage mobile font apparaître, selon l'invention une vitesse de rotation entre l'aimant et l'induit qui est ainsi soumis à un flux variable qui conduit à la génération du courant alternatif. La figure 3 planche (2) représente en coupe un exemple non limitatif de l'invention d'un générateur produisant du courant continu. Selon l'invention la force électro motrice est induite directement dans l'anneau de mercure 1 qui coupe en tournant par inertie le flux radial i, ce flux magnétique est engendré par l'aimant annulaire 2, aimanté parallèlement à son axe XY, les pièces polaires 3 et 4 réalisées en matériau de haute perméabilité magnétique, en fer doux par exemple sont prévues pour réaliser le flux radial. L'anneau de mercure est contenu dans une cavité dont les surfaces cylindriques sont isolées des pièces polaires, dans l'exemple l'isolement est assuré par la pièce en matière plastique 5 qui est en outre utilisée pour centrer les pièces polaires et l'aimant. Le courant produit est collecte par les deux rondelles conductrices 6 et 7 en contact avec les extrémités de l'anneau de mercure, les poles du générateurs apparaissent sur les fils 8 et 9 réunis électriquement à 6 et 7. La plaque isolante 10 et les vis 11 sont destinés au maintient des pièces. REVENDICATIONS 1- Générateur électrique pour projectile caractérise par le fait que l'énergie délivrée provient de l'énergie cinétique de-rotation du projectile, cédée à une masse d'inertie libre en rotation par rapport à ce dernier. 2- Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la masse d'inertie est constituée par un volume de fluide dense, placé dans une cavité de révolution dont l'axe est sensiblement confondu avec celui autour duquel s'effectue la rotation du projectile. 3- Dispositif selon revendication2caracterisé par le fait que la conversion d'énergie est réalisée par un alternateur. 4- Dispositif selon revendication 3 caractérisé par le fait que l'alternateur comporte un induit lié au projectile et une partie destinée à produire les variations de flux, solidaire d'un ensemble immerge dans le fluide, libre en n rotation autour de l'axe de la cavité et qui comprend des pales réalisant un couplage hydraulique avec le fluide. 5- Dispositif selon revendication 4 caractérisé par le fait que l'ensemble immerge est de densité apparente sensiblement égale à celle du fluide. 6- Dispositif selon revendication 2 caractérisé par le fait que le fluide est du mercure. 7- Dispositif selon revendication 4 caractérisé par le fait que la par tie destinée à produire les variations de flux dans l'induit est constituee par un aimant. 8- Dispositif selon revendication 4 caractérisé par le fait que l'induit comporte des bobinages munis de noyaux en matériau à haute perméabilité magnétique en contact avec un corps réalisant la cavité de révolution. 9- Dispositif selon revendication 8 caractérisé par le fait que le flux traversant les noyaux est refermé par le corps, réalisé en matériau à haute perméabilité magnétique. 10- Dispositif selon revendication 6 caractérisé par le fait que la masse d'inertie est utilisée comme induit. 11- Dispositif selon revendication 10 caractérisé par le fait que la masse de mercure forme un anneau contenu dans une cavité cylindrique annulaire traversé par un flux magnétique radial. 12- Dispositif selon revendication 11 caractérise par le fait que l'anneau de mercure est isolé électriquement des parties cylindriques de la cavité. 13- Dispositif selon revendication 11 caractérise par le fait que le courant induit est collecté sur les faces de l'anneau de mercure. 14- Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la tension délivrée constitue un signal tachymétrique utilisé pour mesurer la vitesse du projectile.