Brevet FR2545603A1 — publié le 19841109

La présente invention concerne un appareil gyroscopique ou gyrométrique. Dans ces appareils, un volant est mobile selon au moins deux degrés de liberté d'oscillation, autour d'une position centrale dans laquelle l'axe du volant est confondu avec l'axe d'un arbre rotatif, ce volant étant retenu radialement et entraîné en rotation par rapport au corps de l'appareil. L'invention s'applique aux appareils de ce type qui comportent des moyens électrostatiques de commande de position ou de détection de position comprenant des électrodes, fixes par rapport au corps de l'appareil, ayant chacune une surface conductrice en regard avec une surface conductrice homologue du volant. Par "moyens électrostatiques de détection de position", on entendra par la suite des moyens pour assurer une mesure capacitive réalisée entre au moins une électrode et la surface conductrice du volant Une telle mesure permet de déterminer l'orientation angulaire du volant, ou bien sa position axiale, ou l'une et l'autre. Par "moyens électrostatiques de commande de position", on entendra par la suite des moyens pour assurer une électrisation par influence du volant au moyen des électrodes de manière à exercer sur celui-ci une force axiale de sustentation ou un couple de précession (ou l'un et l'autre) L'application d'un couple de précession assurant le rappel du volant vers sa position centrale permet en particulier de faire fonctionner l'appareil en gyromètre. L'invention est susceptible de s'appliquer à des appareils dont l'une au moins des fonctions de dé- tection de position et de commande de position est assurée par des moyens électrostatiques, ce qui recouvre les cas suivants: détection électrostatique et commande électrostatique, détection électrostatique sans commande (cas du gyroscope), * détection électrostatique mais commande non électro- statique (par exemple commande électromagnétique), détection non électrostatique mais commande électro- statique. Dans les appareils de ce type, la vitesse élevée du volant (généralement de l'ordre de 400 t/s) favorise les perturbations dues à la viscosité du gaz résiduel, présent dans le bottier de l'appareil bien que ce boîtier soit étanche et qu'on y ait pratiqué un vide assez poussé. Ces perturbations, produites par les frottements des molécules du gaz immobile sur les parois du volant, exercent sur celui-ci de couples parasites ou "couples de ventilation"; ces couples, malgré leur faible valeur, introduisent cependant des erreurs de mesure non négligeables. Par ailleurs, du fait des degrés de liberté d'oscillation du volant, et éventuellement d'un degré de liberté en translation, il existe en outre un risque de contact entre le volant tournant à grande vitesse et les électrodes fixes lors d'une accélération de grande inten- s ité oud'une rotation à arande vitesse Un tel contact est susceptible d'endnmager ou mrêne de détruire le volant (la vitesse périphérique du volant peut en effet atteindre plusieurs m/s ou dizaines de m/s). L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Pour cela, elle propose de munir l'appareil d'un carter tournant rigide, enfermant le volant de manière à présenter une surface diélectrique entre les surfaces conductrices homologues du volant et de chaque électrode, ce carter étant solidaire de l'arbre d'entraînement du volant. Le carter, tout en permettant l'électrisation par influence, assure ainsi un double rôle de butée mécanique pour les mouvements excessifs du volant (cette venue en butée s'effectuant sans risque puisque le carter tourne à la même vitesse que le v 6 lant) et d'entraînement dynamique des gaz résiduels présents à l'intérieur du carter, supprimant ainsi les effets néfastes de viscosité de ceux-ci. Dans un mode de réalisation préférentiel, le carter est un carter ajouré sur sa paroi périphérique De cette manière, les gaz résiduels présents dans le boîtier de l'appareil (qui est étanche et dans lequel on a pra- tiqué un vide poussé) sont entraînés en rotation par le carter, sans qu'il y ait besoin de rendre celui-ci étanche. En variante, cependant, le carter peut être un carter étanche dans lequel le vide est maintenu. Avantageusement, la paroi périphérique du carter (c'est-à-dire la paroi qui n'est pas situe entre les surfaces conductrices du volant et les électrodes) comprend une surface métallique formant blindage-magné- tique en direction radiale. De préférence, la permittivité relative des surfaces diélectriques du carter est au moins égale à 10. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un appareil gyrométrique selon l'invention, la figure 2 est une vue perspective du carter selon l'invention. Sur la figure 1, le boîtier 100 de l'appareil supporte un arbre rotatif 200 par l'intermédiaire d'une paire de roulements-110, 120 L'arbre 200 est entraîné en rotation, par exemple par un moteur synchrone dont le stator 130 est solidaire du boîtier 100, et le rotor 210 solidaire en rotation de l'arbre 200. L'arbre 200 entraîne en rotation un équipage tournant formé d'un volant d'inertie 220, relié par un joint tournant 230 à un moyeu d'entraînement 240 L'équi- page tournant comprend également le carter tournant 250 selon l'invention Le bottier comprend une série d'élec- trodes telles que 101 à 104 permettant, grâce à des effets électrostatiques, d'appliquer au volant 220 des couples de précession, éventuellement une force axiale de sustentation, ou encore de mesurer les écarts angulaires ou axial par rapport à la position centrale. On notera que, pour permettre la détection de position par mesure capacitive, le volant d'inertie 220, le joint tournant 230, le moyen 240 et l'arbre 200 doivent être conducteurs et électriquement reliés ensemble ainsi qu'à une borne fixe de l'appareil, par exemple par un contact tournant 140 En ce qui concerne les fonctions de 2545603 sustentation et d'application des couples de précession, cette liaison est également souhaitable pour maintenir le volant à un potentiel constant, par exemple par mise à la masse. Les surfaces du carter tournant 250 s'étendant radialement assurent donc, comme indiqué précédemment, le double rôle de butée mécanique et d'élimination des couples parasites dus à l'entraînement des gaz résiduels. Cependant, ces surfaces sont situées entre le volant 220 et les électrodes 101 à 104 Elles ont donc tendance à augmenter l'intervalle volant-électrodes, ce qui pourrait être défavorable du point de vue de la sensibi- lité de l'appareil. On choisit donc, pour ces surfaces diélectriques s'intercalant entre les surfaces conductrices homologues du volant de chaque électrode, un matériau dont la permitti- vité diélectrique relative est au moins égale à 10. Ainsi, si on a sur l'exemple un intervalle volant- électrode formé d'une épaisseur e de 12 pm de vide, d'une épaisseur e 2 du carter de 120 pm et d'une épaisseur e 3 de vide de 12 pm, l'intervalle volant-électrode sera de 144 pm. Mais, si l'on suppose que la permittivité rela- tive du matériau utilisé pour le carter tournant est de 10, l'épaisseur réelle e 2 de 120 pm sera équivalente à une épaisseur de vide de 12 pm L'intervalle diélectrique équivalent volant-électrode sera donc de 36 pm, valeur parfaitement acceptable du point de vue électrique. En outre, le champ électrique étant divisé par la permittivité relative, aucun risque de claquage dans le matériau diélectrique ne peut apparaître. La figure 2 montre un exemple de carter tournant ainsi réalisé: celui-ci est formé de deux faces planes 251, 252 en matériau diélectrique, séparées par des entretoises 253. Avantageusement, ces entretoises, qui forment la paroi périphérique du carter, S 6 ot en matériau mé- tallique, pour former un blindage magnétique en direction radiale, protégeant ainsi le volant métallique contre les influences extérieures. REVENDICATIONS 1 Un appareil gyroscopique ou gyrométrique, comprenanta: un volant ( 220) mobile selon au moins deux degrés de liberté d'oscillation, autour d'une position centrale dans laquelle l'axe du volant est confondu avec l'axe d'un arbre ( 200) rotatif, ce volant étant retenu radialement et entraîné en rotation par rapport au corps ( 100) de l'appareil, des moyens électrostatiques de commande de position ou de détection de position comportant des électrodes ( 101-104), fixes par rapport au corps ( 100) de l'appa- reil, ayant chacune une surface conductrice en regard avec une surface conductrice homologue du volant, caractérisé en ce qu'il comprend également un carter tournant ( 250) rigide, enfermant le volant ( 220) de manière à présenter une surface diélectrique entre les surfaces conductrices homologues du volant et de chaque électrode, ce carter étant solidaire de l'arbre d'entraînement du volant. 2 zu 2 Un appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le carter est un carter ajouré sur sa paroi périphérique ( 253). 3 Un appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le carter est un carter étanche dans lequel le vide est maintenu. 4 Un appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi périphé- rique du carter comprend une surface métallique formant blindage magnétique en direction radiale. Un appareil selon l'une quelconque des revendications-l à 4, caractérisé en ce que la permitti- vité diélectrique relative des surfaces diélectriques du carter est au moins égale à 10.