Brevet FR2463444A1 — publié le 19810220

La présente invention a trait aux dispositifs de pivotement pour satellites et concerne plus particu- lièrement les mâts destinés à servir de support de liai- son pour les panneaux solaires orientables, procurant l'énergie électrique du bord. Le problème soulevé par la liaison de ces.pan- neaux a déjà reçu une première solution à travers la demande de brevet français N0 79 06 343 du 13 Mars 1979 de la Demanderesse intitulée: "Dispositif pivotant à sta- tor et rotor pour satellite" o il était indiqué qu'il était possible de faire une adaptation des technologies déjà développées et explicitées notamment à travers une demande antérieure de la Demanderesse relative à un "vo- lant d'inertie pour satellite" et déposée en France le 3 Janvier 1974 sous le N0 74 G0 190 suivi de son premier certificat d'addition N' 74 40 556 déposé le 10 Décembre 1974. A cet effet, la demande N0 79 06 343 précitée préconisait, dans un dispositif pivotant à stator lié au satellite et rotor lié aux panneaux solaires, au moins un premier et au moins un deuxième moyen de suspension magné- tique passif comportant chacun en extrémité axiale au moins un jeu de deux couronnes aimantées radialement dont l'une était solidaire du rotor et l'autre solidaire du stator; lesdites couronnes amenant à travers des anneaux ferro- magnétiques concentriques un champ magnétique axial dans l'entrefer pour procurer ainsi la raideur radiale requise entre ledit rotor et ledit stator. Selon une telle disposition de ces moyens de suspension magnétique passive radiale et dans le but de satisfaire le théorème d'EARNHAtlie un troisième moyen com- plémentaire de suspension actif à centrage électromagnéti- que axial était disposé entre rotor et stator et son asser- vissement s'effectuait à.partir d'un détecteur de vitesse chargé de maintenir le rotor dans une position axiale don- née constante par rapport au stator. La nécessité de réduire au strict minimum, sur les satellites actuellement projetés, les masses des équi- pements de servitude au profit d'équipements d'exploita- tion notamment électroniques, a conduit la Demanderesse à envisager la suppression de certains desdits équipements de servitude pour lesquels des moyens de substitution équi- valents pouvaient être envisagés. Ainsi, considérant le caractère occasionnel du fonctionnement en dispositif d'appui de secours prévu afin de protéger éventueflement les parties mobiles par rapport aux parties fixes, et le fait que les éléments en présence sont soumis à une rotation lente, la Demanderes- se propose d'utiliser, dans la présente invention, et de manière permanente, ledit dispositif d'appui, prévu anté- rieurement en secours, en le déchargeant toutefois axiale-- ment, par des moyens magnétiques passifs appropriés, de telle.sorte que le moyen de suspension magnétique axial actif précédemment mentionné avec son asservissement cor- respondant devienne totalement inutile et conduise de ce fait, à sa suppression pure et simple. Pour ce faire, et afin de tenir compte des con- traintes technologiques imposées par les phénomènes magné- tiques conditionnant la raideur radiale des paliers magné- tiques mis dn oeuvre, l'invention utilise préférentielle- ment le moyen d'appui avec pivot et butée déjà décrit dans la demande susmentionnée N0 74 00 190 déposée le 3 Janvier 1974 par la Demanderesse. - - De la sorte, et par le fait de l'utilisation du système pivot-butée présentement préconisé, il est alors possible de mettre en oeuvre une méthode d'entraînement du rotor par un dispositif roue-vis sans fin de type magnéti- que déjà décrit dans une autre demande de brevet français de la Demanderesse N0 72 20 608 en date du 8-Juin 1972 et dénommée "Réducteur de vitesse à engrenages magnétiques" et son premier certificat d'addition NO 76 27 519 du 13 Septem- bre 1976. La présente invention va, de toutes les maniè- res, être bien comprise dans la suite du texte qui va dé- crire, à titre d'exemple, et à l'appui du dessin annexé montrant la conformation selon une coupe axiale d'un mât support de panneaux solaires les moyens utilisés pour par- venir à la meilleure mise en oeuvre de cette invention. - Il doit, tout d'abord, être rappelé que la demande de brevet N0 79 06 343 déjà mentionnée, visait un dispositif de support de panneaux solaires orientables com- lo portant un moyen de suspension axiale dont l'asservissement assurait en permanence la position axiale moyenne du rotor par rapport au stator. En d'autres termes, le rotor était constamment maintenu axialement au zéro des forces des électro-aimants de rappel, c'est-à-dire que tout écart axial dans un sens ou dans l'autre déclenchait immédiatement un signal d'asser- vissement qui agissait sur l'électro-aimant convenable pour produire l'annulation de l'écart constaté. Un tel dispositif présentait l'avantage d'éli- miner totalement les frottements puisque, par ailleurs, la suspension radiale était obtenue en permanence par des cou- ronnes de centrage magnétiques passives, c'est-à-dire pour lesquelles aucune source de courant n'était nécessaire. Le revers d'un tel montage résultait des masses appréciables que représentaient les aimants et électro- aimants, d'une part, et le détecteur de vitesse d'asservis- sement, d'autre part, ce qui a conduit la Demanderesse à envisager la mise en oeuvre du dispositif d'appui axial de secours prévu en redondance du système électromagnétique asservi susmentionné et corrélativement la suppression de ce dernier. Sur la figure annexée, les couronnes de centrage radial passif sont disposées par paire aux extrémités, d'une part, de l'arbre 1 portant le panneau solaire 2 et, d'autre part, du corps 3 assujetti au corps du satellite 5 par un élément intermédiaire 6. Chaque paire de couronnes aimantées est cons- tituée de deux tores 7 - 8 et 9 - 10 faits d'un matériau à très haute énergie magnétique tel que du samarium cobalt, par exemple, et ces tores, qui sont aimantés ra- dialement en directions inversées, sont enserrés entre des anneaux usinés 11 - 12, 13 - 14 et 15 - 16, 17 - 18 faits en un matériau ferromagnétique. Ainsi, les champs magnétiques se renferment selon les deux tores magnétiques constitués, chacun, des 1C0 deux tores de matériaux magnétiques et des quatre anneaux ferrimagnétiques de telle sorte que les entrefers el et e2 soient sensiblement égaux entre les parties fixes et les parties mobiles. Un tel système a une position d'équilibre instable qui correspond à des entrefers égaux pour des cou- ronnes magnétiques équivalentes. Un décalage initial du rotor par rapport à cette position d'équilibre, crée une force dans une direc- tion bien déterminée. Cette force est utilisée pour mettre le rotor en appui contre une butée. Selon la figure et comme exposé ci-dessus, les forces axiales appliquées sur-le rotor conduisent à l'ex- pression Fl> F2 et la force F = FI - F2 résultante se trou- ve annulée par-réaction de la partie 1' de l'axe 1 contre la butée de pivotement 19 à très faible couple. Il est bien-évident que les moyens magnétiques pouvant être utilisés pour produire F1> F2 peuvent être de toute nature et inclure, du côté FI notamment, soit plu- sieurs paires de couronnes ou bien encore un "dimensionne- ment magnétique" de F1 plus important que F2 en incorpo- rant éventuellement un réglage magnétique. - Ainsi, la force F = F1 - F2 peut-être ajustée à toute valeur convenable aussi faible que désirée. De préférence, mais non exclusivement, le pivo- tement est obtenu, à partir de matériaux qualifiés spatia- lement, par un pivot acier contre une butée en polyitnide dopé tel que cela était d'ailleurs révélé par la Deman- deresse dans sa demande de brevet français précitée No 74 00 190. Les couronnes magnétiques sont normalement dimensionnées pour assurer une raideur radiale suffisante au maintien du rotor par rapport au stator. Toutefois, la raideur radiale étant limitée par le fait de l'utilisation de moyens magnétiques, le moyen de liaison électrique du panneau solaire au corps du satellite et le moyen d'entraînement en rotation du panneau avaient été, dans la solution antérieure, prévus par câble souple enroulé et moteur de type coaxial, de ma- nière à réduire au maximum les efforts parasites sur le rotor. Dans la solution proposée par la présente in- vention et du fait de la mise en oeuvre d'une butée méca- nique l'accroissement de la raideur radiale en résultant peut être mis à profit pourd'une part, produire l'entrai- nement en rotation du rotor, par un système roue et vis sans fin magnétique, tel que cela résulte de la demande N0 76 27 519 déjà mentionnée et, d'autre part, assurer le passage du courant à l'aide de dispositifs frottants, éga- itement décrits dans la demande antérieure française NI 72 20 610? déposée le 8 Juin 1972 par la Demanderesse. Ainsi, les câbles d'arrivée 20 et 21 sont re- liés auxdits dispositifs à contacts frottants, (repérés 22 et 23 mais non représentés sur le dessin) tandis que le moteur 24 entraînant la vis sans fin magnétique 25 met en mouvement la roue 26 solidaire de l'arbre du rotor 1. Le moyen de liaison électrique pourra également être consti- tué par un câble enroulé. Un système d'asservissement convenable conçu assure, par ailleurs, la mise en position angulaire.correc- te du panneau en agissant sur l'alimentation 27 du moteur 24. Enfin, l'immobilisation temporaire du rotor par rapport au stator requiert la mise en oeuvre d'un diàposi- tif de verrouillage repéré 28 dans son ensemble et qui peut être celui dont le principe a déjà été exposé dans la demande N0 79 06 343 précitée., D'une manière générale, il peut être constaté que l'invention propose un dispositif allégé de pivotement à stator et rotor pour satellite, qui peut être appliqué préférentiellement pour des panneaux solaires mais qui peut également recevoir application pour toute autre utilisa- tion telle qu'orientation d'antenne par exemple. -ici L'allègement obtenu, qui résulte de la-suppres- sion du système de suspension axiale asservie, conduit cor- rélativement vers un accroissement de la fiabilité en éli- minant la possibilité de défaillance de l'asservissement. Enfin, la force d'application du pivot sur la butée peut être établie à toute valeur convenable par ré- glage de la position de la butée éventuellement asservie, ce qui permet de compenser l'usure de cette butée. Pour ce faire, tout moyen mécanique connu per- mettant d'assurer un positionnement positif peut être ap- pliqué. Bien entendu, la présente invention n'a été décrite qu'à titre d'exemple préférentiel et on pourra ap- porter des équivalences dans ses éléments consti-utifs sans pour autant '. Sortir de son cadre, lequel est défini dans les revendications qui suivent. C'est ainsi, en particulier, qu'il est possible de grouper à l'extrémité del'arbreopposée au pivot la ou les paires de couronnes ou tout dispositif magnétiquement équivalent. REVENDICATIONS 1. Dispositif allégé de pivotement à stator et rotor pour satellite, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier moyen de suspension magnétique passif comportant au moins un jeu de deux couronnes aiman- tées radialement dont l'une est solidaire du rotor et l'autre du stator, amenant à travers des anneaux ferro- magnétiques concentriques un champ magnétique axial créant, d'une part, une force (F1) et contribuant, d'autre part, à la raideur radiale requise entre ledit rotor et ledit stator; - un deuxième moyen de suspension magnétique passif comportant au moins un jeu de deux couronnes aiman- tées radialement dont l'une est solidaire du rotor et l'au- tre du stator, amenant à travers des anneaux ferromagnéti- ques concentriques un champ magnétique axial créant, d'une part, une force (F2) et contribuant, d'autre part, à la rai- deur requise entre ledit rotor et ledit stator, - un troisième moyen à pivot-butée complémen- taire auxdits moyens passifs et mis en oeuvre de telle sor- te que la force F = FI - F2 se trouve équilibrée par la réaction d'une butée mécanique, - un moyen de pivotement du rotor, - un dispositif de verrouillage temporaire pour solidariser provisoirement le rotor et le stator, et, - un moyen de liaison entre rotor et stator pour assurer les connexions électriques. 2. Dispositif allégé de pivotement à stator et rotor.pour satellite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force d'appui F résultant de l'expression FI - F2 est contrôlée en permanence par des moyens mécaniques pour compenser des anomalies telles que l'usure de la butée, par exemple. 3. Dispositif de pivotement à stator et rotor pour satellite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de pivotement comporte un ensemble pivot-butée à très faible couple présentant des qualités spatiales. 4. Dispositif allégé de pivotement à stator et rotor pour satellite selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le moyen de pivotement du rotor est réa- lisé par un système roue-vis sans fin magnétique et le mo- teur de la vis est asservi au positionnement angulaire du rotor. 5. Dispositif allégé de pivotement à stator et rotor pour satellite selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le moyen de liaison électrique entre rotor et stator est réalisé par des contacts électriques glis- sants. 6. Dispositif allégé de pivotement à stator et rotor pour satellite selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le moyen de liaison électrique entre rotor et stator est réalisé par câble enroulé.