Brevet FR2625382A1 — publié le 19890630

On sait qu'un satellite sur orbite, selon qu'il est en plein soleil ou en zone d'ombre, est soumis à des températures comprises approximativement entre + 150 C et - 180'C. On comprendra, de ce fait, la nécessité de protéger thermiquement les matériels -embarqués qui ne peuvent accepter de telles différences des températures. Cette protection thermique peut se faire de différentes façons, parmi lesquelles on peut citer deux types de systèmes, - savoir - le système dit passif, o l'on emploie des peintures ou des isolants, et réalisant un super-isolateur; - le système dit actif o les échanges de calories se font par l'intermédiaire d'un fluide circulant -dans des radiateurs. A ces radiateurs sont associés des volets thermiques qui masquent ou démasquent les radiateurs en modulant ainsi leur rayonnement vers l'extérieur du satellite. C'est ainsi qu'on peut utiliser un volet thermique dit en croix de Malte dont il affecte la forme et dont la rotation de O' à 45' et de 45' 0' par rapport à une référence fixe, permet de masquer ou de démasquer des radiateurs et de moduler ainsi leur rayonnement. Antérieurement, la rotation du volet thermique était assurée par un bilame en forme de spirale, des butées périphériques assuraient le blocage du volet en position ouverte ou fermée. Cette solution qui certes a l'avantage d'être simple et de ne pas consommer d énergie, présente l'inconvénient majeur de ne pas permettre une régulation précise quand elle existe, du fait que les roulements utilisés pour la rotation ont souvent des points durs, surtout après avoir subi les vibrations de lancement du vecteur assurant la mise sur orbite du satellite. Compte tenu de ces insuffisances, un nouveau dispositif, basé sur une rotation en "tout ou rien" par l'intermédiaire d'un moteur couple sans balai, a été mis au point. Le problème qui se posait était de trouver un système permettant d'amortir les chocs au moment des fins d'ouverture ou de fermeture et de garantir cette position ouverte ou fermée sans consommation d'énergie. Conformément à l'invention, l'amortissemnct dez mouvements est obtenu par des butées élastiques prises dans un matériau amagnétique, le couple moteur étant -maintenu jusqu'à l'arrêt complet du moteur, tandis que le verrouillage sans dépense d'énergie est assuré en dérivant une partie du champ magnétique du rotor vers une dent magnétique judicieusement disposée sur le stator. L'avantage d'un tel système est que plus le rotor s'éloigne de cette dent et moins l'effort de verrouillage est important, en devenant très vite nul puisque l'évolution de l'effort est inversement proportionnel au carré de l'entrefer. En d'autres termes, la présente invention concerne donc un dispositif de butée à verrouillage magnétique qui, associé à un moteur couple, permet de faire fonctionner un volet thermique dans des conditions optimales. D'une façon plus générale, la présente invention concerne un dispositif de butée à verrouillage magnétique pouvant s'intégrer dans tout système qui requiert une précision de butée en position et le maintien de cette position sans dépense d'énergie. C'est la raisbn pour laquelle, en particulier, le dispositif de butée à verrouillage magnétique conforme à l'invention s'applique d'une façon particulièrement avantageuse aux moteurs couples à courant continu sans balai. Dans ce cas d'application le moteur est d'un type comprenant: un élément statorique en matériau magnétique entouré, sur une partie de sa longueur, d'au moins une bobine et un élément mobile portant au moins un aimant permanent générant un flux magnétique qui se referme dans ledit élément statorique. Le dispositif de - butée à verrouillage magnétique selon l'invention se caractérise en ce que l'élércent stator-ique Pst muni d'au mbins une paire de butées délimitant un débattemerrt donné pour l'élément mobile et au moins une plaque magnétique interposée entre ces butées et l'élément statorique, chaque butée étant susceptible de recevoir pour appui l'extrémité de l'aimant correspondant du rotor, en fonction du sens du courant continu appliqué sur la bobine de l'élément statorique qui détermine le sens de l'effort appliqué sur l'élément mobile, un verrouillage de ce dernier, en position de butée, étant assuré, aprés stabilisation en butée de l'élément mobile et coupure du courant d'alimentation de la bobine, par la plaque magnétique de la butée qui dévie une partie dudit flux magnétique généré par l'aimant du rotor, au travers d'un entrefer. Selon des dispositions préférées: - la paire de butées est portée par un même corps de butée et est adaptée à recevoir pour appui les extrémités de deux aimants portés par l'élément mobile; - la paire de butées est formée sur deux corps de butée distincts encadrant avec débattement un même aimant de l'élément mobile; l'élément statorique est une couronne portée par un stator tandis que l'élément mobile est un rotor mobile en rotation par rapport au stator. D'autres caractéristiques, avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-après en référence aux dessins annexés représentant. schématiquement et à titre d'exemples, préférentiels, deux formes de réalisation possibles de ladite invention. Sur ces dessins: - la figure 1 est une vue de dessus avec coupe partielle d'un moteur couple à courant continu sans balai muni d'un dispositif de butée à verrouillage magnétique conforme à l'invention; - la figure 2 en est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue de détail représentant, en plan, l'une des butées de l'ensemble de la figure 1; - les figures 4 et 5 en sont des coupes transversales faites respectivement suivant les lignes IV- IV et V-V de la figure 3; - la figure 6 est un schéma explicatif de l'application de l'invention à la commande d'un volet thermique; - la figure 7 est un schéma d'une variante de réalisation de la figure 1, à plus petite échelle; - et la figure 8 est un schéma d'une autre variante de réalisation. En se reportant aux figures 1 à 5 on voit q.ue dans cette forme de réalisation de l'invention, le dispositif de butée à verrouillage magnétique est totalement intégre dans le moteur proprement dit et qu'il n'y a par conséquent pas d'augmentation d'encombrement due, tant aux butées qu'à des éléments de verrouillage. D'un point de vue général, l'ensemble est constitué d'un stator désigné par la référence générale 1, d'un rotor désigné par la référence 2 et d'un double système de butée à verrouillage magnétique désigné par les références générales 3A-3B. D'une façon plus particulière, le stator est constitué de deux bobines diamétralement opposées 4A-4B montées sur une couronne magnétique 5 sur laquelle elles sont maintenues au moyen de bagues d'extrémité 6A-6B. Entre les bobines 4A-4B et diamétralement opposées sont installées des plaques magnétiques de verrouillage 7A-7B rendues solidaires respectivement des butées 3A-3B. A cet effet, chacune des butées, comme par exemple la butée 3B représentée sur les figures 3,4 et 5, comporte une fente longitudinale incurvée 8 dans laquelle vient se loger la plaque magnétique correspondante 7A-7B o elle est fixée au moyen de pions tels que 9. Par ailleurs, la partie du corps de butée tournée vers l'intérieur du stator se sépare en deux poutres parallèles A et B permettant de laisser passer le flux magnétique de verrouillage, comme on le verra en détail plus loin. Les deux ensembles butées 3A-3B et plaques de verrouillage 7A-7B sont montés, chacun, sur la couronne 5 du stator au moyen de vis 10A-10B et écrous 11A-11B, lesdites butées comportant des trous appropriés tels que 12. Le rotor 2 est constitué de deux aimants 13A-13B aimantés dans le même sens F et accolés à un moyeu 14 en un matériau magnétique qui peut être évidé ou non en son centre. Sur les faces latérales du rotor sont collées des plaques 15 en matériau magnétique ou non qui ont pour but de protéger les aimants des chocs lors des mises en butée. Il est à noter que les butées 3A-3B sont réalisées dans un matériau élastique tel que du "DELRIN" avec les extrémités des poutres latérales A et B taillées suivant un angle à peu prés homogène. On a vu précédemment qu'en regard des aimants 13A-13B sont disposées des bobines 4A-4B qui sont branchées en série et qui, lorsqu'elles sont traversées par un courant, produisent un couple sur le rotor 2 suivant la loi de Laplace. Sous l'action de ce couple. le rotor 2 pivote, autour du centre O, d'un angle (, ce qui correspond à la course entre les butées 3A3B. On voit que lors de sa rotation le rotor 2 quitte l'une des butées pour arriver sur l'autre butée, en chacune de ses extrémités, le courant étant maintenu dans les bobines 4A-4B jusqu'à stabilisation du rotor sur les butées, en fin de course. Le courant dans les bobines 4A-4B peut alors être coupé, le couple de verrouillage étant dès lors assuré par les plaques magnétiques 7A-7B qui ont pour effet de dévier une partie du flux magnétique par les entrefers E entre l'aimant 13A et l'extrémité de la plaque magnétique 7A, d'une part, et, entre l'aimant 138 et l'extrémité de la plaque magnétique 7B, d'autre part. Le changement du sens du courant dans les bobines 4A-4B provoque le changement du sens de rotation du rotor 2 et, après stabilisation de ce dernier en fin de course et coupure du courant dans les bobines; un verrouillage est assure, cette fois, par déviation d'une partie du flux magnétique par les entrefers E entre l'aimant 13A et l'extrémité de la plaque magnétique 7B, d une part et, entre l'aimant 13B et l'extrémité de la plaque magnétique TA, d'autre part. Il est à noter que comme on l'a exposé plus haut le passage du flux magnétique de verrouillage dans les entrefers E est favorisé en ce qu'il s'effectue entre les deux parties A et B des butées 3A-3B. La commande du moteur se réduit à un simple signal en créneau tension/temps ou courant/temps. il résulte de ce qui précède que: le verrouillage ne consomme pas d'énergie; le couple de verrouillage est réglable en modifiant la valeur des entrefers E; le fonctionnement des butées et celui du verrouillage ne sont pas altérés par le vide ni la température. D'autre part, on a vu précédemment l'avantage de réaliser les butées 3A-3B en-un matériau amagnétique, en cas de rupture accidentelle de celles-ci. Il est toutefois apparent que lesdites butées peuvent etre réalisées en un matériau magnétique, ce qui permet de supprimer dans ce cas les plaques magnétiques de verrouillage 7A-7B. On a vu dans l'exposé qui a été fait précédemment de la genèse de l'invention que la-présente invention concernait un dispositif de butée à verrouillage magnétique qui, associé à un moteur couple, permettait, entre autres, de faire fonctionner un volet thermique dans des conditions optimales. En se reportant à la figure 6 représentant le schéma général d'un volet thermique en croix de Malte à quatre pales 19A, 198, 19C, 190 entre lesquelles sont répartis quatre radiateurs fixes 20A. 20B, 20C et 20D, et en comparant cette figure 6 avec la figure 1 représentant le moteur couple à courant continu sans balai et muni d'un dispositif de butée à verrouillage magnétique conforme à l'invention, on constate qu'il suffit de lier en rotation autour du centre géométrique O, la partie centrale de la croix de Malte avec le moyeu 14 du rotor 2 du moteur en prenant soin de caler l'axe longitudinal II-II du rotor 2 avec l'axe longitudinal IIA- IIA des pales opposées 19A-19C du volet pour faire fonctionner ce dernier dans des conditions optimales. On voit en effet immédiatement que la rotation, dans un sens ou dans l'autre, du rotor 2 du moteur, se traduit par la rotation de O à 45' et de 45' à 0 du volet, Dour passer de la pusition initiale IIA--IIA à la position finale IIB-IIB et vice versa, ce qui permet de masquer ou de démasquer les radiateurs fixes 20A, 20B, C et 20D et, par conséquent, de moduler leur rayonnement vers l'extérieur et ce dans des conditions optimales puisque le système permet en outre d'amortir les chocs au moment des fins d'ouverture ou de fermeture et de garantir cette position ouverte ou fermée sans consommation d'énergie. Sur l'ensemble que l'on a décrit en référence aux figures 1 à 5, le système de butées et de verrouillage est redondant afin de réaliser au mieux une symétrie des efforts, étant bien entendu que l'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en réalisant un système non symétrique. C'est ainsi, en particulier, que l'une des butées 3A-3B peut être supprimée ou alors chacune de ces butées est réduite à sa moitié, soit droite, soit gauche par rapport à l'axe XX' de la figure 1, étant évident que dans cette dernière éventualité, le rotor 2 peut être réduit à sa moitié, soit droite, soit gauche, par rapport à l'axe YY' de ladite figure 1. Suivant une variante de réalisation de l'invention représentée sur la figure 7, on peut obtenir un dispositif de butée à verrouillage magnétique analogue à celui que l'on vient de décrire en référence aux figures 1 à 5, mais appliqué cette fois à un moteur linéaire. g Il apparaît immédiatement que l'on passe du système de la figure 1 au système de la figure 7, en donnant au rayon du stator de la première réalisation une valeur infinie dans la deuxième réalisation. Pour ne pas surcharger inutilement la description on ne décrira pas de nouveau l'ensemble des éléments constitutifs du système, se contentant de reporter sur la figure 7 les mêmes' références pour désigner les mêmes éléments, étantsimplement à noter que les deux aimants du rotor 13A et 13B sont réunis entre eux, non plus par un moyeu, mais par une pièce de liaison 14A en un matériau magnétique. Le fonctionnement reste analogue dans le cas du moteur linéaire, à la seule différence, qu'au lieu de tourner autour du centre géométrique 0 de l'ensemble, les aimants 13A et 138 se translatent dans le sens de la flèche F1 ou de la flèche F2 lorsque l'on met les bobines 4A et 4B sous tension et que le courant passe dans un sens ou dans l'autre. Lorsque les aimants 13A et 13B arrivent en butée sur les butées 3B et sont stabilisés, il suffit de couper le courant dans les bobines 4A et 4B, le couple de verrouillage étant assuré par les plaques magnétiques 7B en déviant une partie du flux magnétique par l'entrefer E. Il est à noter que dans cette forme de réalisation, le sens d'aimantation F des aimants 13A et 13B, n'a pas de direction privilégiée par rapport aux plaques 7A,7B. Il est apparent que les configurations des figures 1 et 7 ne sont pas les seules possibles. On voit en effet qu'en plaçant le centre du rayon infini, dans le plan contenant la figpre 7 au centre géométrique' O de l'ensemble et en donnant à ce rayon une valeur finie, comme dans le cas de la figure 1, on obtient une troisième configuration, comme celle schématisée sur la figure 8, dans laquelle, cette fois-ci, les butées 3A,3B et les aimants 13A-13B se trouvent à l'extérieur de la couronne 5, des bobines 4A,4B et des plaques 7A,7B dans le plan de la figure 7. Il y a lieu de noter que, comme dans les cas précédents, les aimants 13A et 13B doivent être reliés entre eux par une pièce de liaison en un matériau magnétique 14A qui pivote autour d'un axe passant par le centre géométrique O de l'ensemble. Dans cette configuration.le dispositif de butée à verrouillage magnétique, dont le fonctionnement reste sans changement, n'est plus totalement intégré dans le moteur proprement dit mais est situé à l'extérieur du stator ce qui, cette fois-ci, permet de libérer l'encombrement interne du stator. Il est bien évident que l'on adoptera celles des configurations de l'invention qui s'adapte le mieux au problème concret qu'il y a lieu de mettre en oeuvre dans la pratique. En d'autres termes, on choisira la configuration du dispositif de butée à verrouillage magnétique conforme à l'invention susceptible de s'intégrer au mieux au système requérant une précision de butée en position et le maintien en position sans dépense d'énergie. Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. 1 1 REVENDICATIONS 1. Dispositif de butée à verrouillage magnétique plus particulièrement adaptable aux moteurs couples à courant continu sans balai d'un type comprenant: un élément statorique (5) en matériau magnétique entouré, sur une partie de sa longueur, d'au moins une bobine (4A,4B) et un élément mobile (2) portant au moins un aimant permanent (13A,13B) générant un flux magnétique qui se rererme dans -ledit élément statorique (5). dispositif de butée à verrouillage magnétique caractérisé en ce que l'élément statorique (5) est muni d'au moins une paire de butées (3A,3B) délimitant un débattement donné pour l'élément mobile et au moins une plaque magnétique (7A.7B) interposée entre ces butées et l'élément statorique (5), chaque butée étant susceptible die recevoir pour appui l'extrémité de l'aimant correspondant (13A,.13B) du rotor (2), en fonction du sens du courant continu appliqué sur la bobine (4A,4B) de l 'élément statorique (5). qui détermine le sens de O2 l'effort appliqué sur l'élément mobile (2), un verrouillage de ce dernier (2), en position de butee, étant assureé. après stabilisation en butée de l'élément mobile et coupure du courant d'alimentation de la bobine (4A,4B), par la plaque magnétique (7A,TB) de la butée (3A,3B) qui dévie une partie dudit flux magnétique généré par l'aimant (13A.13B) du rotor (2), au travers d'un entrefer (E). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paire de butées (3A, 3B) est portée par un même corps de butée et est adaptée à recevoir pour appui les extrémités de deux aimants (13A.13B) portés par l'élément mobile (2). 3. Dispositif selon la revendication t ou la revendication 2, caractérisé en ce que la paire de butées (3A. 3B) est formée sur deux corps de butée distincts encadrant avec debattement un même aimant (13A ou 13B) de l' élément mobile (2). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément statorique (5) est une couronne portée par un stator (1) tandis que l'élément mobile (2) est un rotor mobile en rotation par rapport au stator. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le stator-(1) comporte deux bobines alimentees en série, diamétralement opposées (4A,4B.), entre lesquelles sont installées et diamétralement opposées deux plaques magnétiques de verrouillage (7A,7B) fixées sur deux butées doubles (3A.3B), elles-mêmes fixées et diamétralement opposées, *sur la couronne (5) du stator (1), tandis que le rotor (2) est constitué de deux aimants (13A,13B) aimantés dans le même sens (F) et accollés à un moyeu (14) en matériau magnétique, les faces latérales des aimants (13A, 13B) étant protégées par des plaques de protection (15). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la'partie de corps des butées (3A,3B) tournée vers le rotor se sépare en deux poutres parallèles (A et B), favorisant le passage du flux magnétique de verrouillage au travers de l'entrefer (E) et dont les extrémités sont taillées suivant un angle déterminé () afin d'assurer un très -bon positionnement du rotor. (2) sur les butées. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que suivant une variante de configuration, les butées (3A,3B) et les aimants (13A,13B) du 'rotor (2) se trouvent disposées à l'extérieur de la couronne (5) et dans le même plan de symétrie de celle-ci, des bobines (4A,4B) et des plaques magnétiques de verrouillage (7A,7B). ce qui permet de libérer l'encombrement interne du stator. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que, suivant une variante de configuration, le stator (1) est rectiligne tandis que les butées (3A,3B), les plaques magnétiques de verrouillage (7A.7B) et les aimants (13A,13B) de l'élément mobile (2) sont disposés dans le plan de symétrie de la couronne (5) et des bobines (4A,4B) du stator (1). le sens d'aimantation (F) des aimants (13A,13B) n'ayant pas de direction privilégiée, par rapport aux plaques magnétiques de verrouillage (7A,7B), et l'élément mobile (2) se déplaçant par translation latérale (F1 - F2). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,. caractérisé en ce que les butées (3A, 3B) sont réalisées dans un matériau élastique amagnétique. -