Brevet FR2811036A1 — publié le 20020104

La présente invention concerne le domaine des actionneurs. Ce domaine a donné lieu à une très abondante littérature. La présente invention a pour but de proposer un actionneur apte à présenter un effet modulable contrôlé. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un système comprenant: une matrice de micro-impulseurs pyrotechniques et un moyen de pilotage de la mise en oeuvre respective de ces micro- impulseurs, propre à générer un effet spécifique recherché. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, chaque impulseur comprend une plaque qui porte une résistance électrique et une composition pyrotechnique disposée à proximité de la résistance de sorte que la composition pyrotechnique soit initiée lors du chauffage de la résistance résultant du passage d'un courant électrique dans la résistance. De préférence la plaque est commune à l'ensemble des micro-impulseurs. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le moyen de pilotage est adapté pour contrôler l'un des paramètres choisi dans le groupe comprenant: une vitesse, une pression, un débit, un temps, une tenue dans le temps, une température, des impulsions successives éventuellement décalées dans le temps, une redondance de sécurité, un mouvement répétitif.. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et sur lesquels: la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un actionneur conforme à une variante de réalisation de la présente invention, les figures 2 et 3 représentent deux schémas de dispositifs d'alimentation électrique propres à assurer une fonction de sécurité, les figures 4 et 5 représentent des vues en coupe de deux variantes d'impulseurs pour actionneurs conformes à la présente invention, et 30. les figures 6 et 7 représentent des vues en coupe de systèmes formant respectivement un organe de coupe et un vérin, conformes à la présente invention. L'actionneur conforme à la présente invention comprend une matrice de micro-impulseurs 100 formée de préférence par empilement de différentes plaques: par exemple une plaque intermédiaire 110 possédant une pluralité de puits parallèles 112 aptes à contenir une composition pyrotechnique 120, une plaque de fermeture 114 accolée à la base de la plaque intermédiaire 110 pour obturer le fond des puits 112 et une plaque de recouvrement 116 disposée sur le sommet de la plaque intermédiaire 110 pour fermer la seconde extrémité des puits 112. L'épaisseur de paroi entre les différents puits 112 doit être suffisante pour éviter une propagation intempestive de l'initiation, par effet thermique, d'un puits à l'autre. Bien entendu le cas échéant l'une ou l'autre des deux plaques 114, 116 peut être venue de matière avec la plaque dite intermédiaire 110. La plaque de recouvrement 116 porte une série de résistances 130 disposées respectivement en regard de l'un des puits 112. La plaque 116 doit posséder en regard des puits 112, une épaisseur suffisamment fine, sous forme de membrane, de sorte que cette plaque 116 puisse être rompue lors de la mise en oeuvre de la composition 120 associée. La matrice de micro-impulseurs 100 est placée dans un boîtier 150. Celuici peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Selon le mode de réalisation particulier et non limitatif illustré sur la figure 1, le boîtier 150 est formé par assemblage d'un couvercle 160 et d'une embase 170. L'actionneur conforme à la présente invention comprend en outre un moyen de pilotage de la mise en oeuvre de ces micro-impulseurs, propre à générer un effet spécifique recherché, par contrôle de l'alimentation successive des résistances 130. Le moyen de pilotage peut être placé à l'extérieur du boîtier 150 ou à l'intérieur de celui-ci, par exemple sur l'une des plaques 110, 114 ou 116, de préférence sur la plaque de recouvrement 116. Le moyen de pilotage peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation, par exemple sous forme d'un circuit ASIC. Pour permettre une mise en oeuvre spécifique de chaque résistance 130 à la demande, bien entendu les résistances 130 ne doivent pas être reliées toutes en parallèle. Au contraire les résistances 130 doivent être reliées au circuit de pilotage par l'intermédiaire d'un réseau de connexions permettant un adressage spécifique sur chaque résistance 130, d'un signal d'initiation. Les plaques 110, 114 et 116 peuvent également faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Elles sont de préférence réalisées par usinage de plaques en silicium ou en céramique. Une telle technique permet une cadence de fabrication élevée en grande série. La composition pyrotechnique 120 peut faire l'objet de nombreuses variantes. Selon un mode de réalisation préférentiel, la composition 120 est formée de propergol. Par ailleurs comme on le voit notamment sur la figure 4, le cas échéant chaque impulseur peut être équipé d'une composition pyrotechnique primaire 122 intercalée respectivement entre la résistance 130 et la composition principale associée 120. Cette composition primaire 122 est de préférence placée dans un logement ménagé dans la plaque de recouvrement 116. Le moyen de pilotage est de préférence muni d'un circuit de sécurité 200 apte à interdire l'alimentation intempestive des résistances 130. On a illustré deux modes de réalisation de ces circuits de sécurité 200 sur les figures 2 et 3. Le circuit 200 illustré sur la figure 2 comprend un régulateur de tension 210 (diode zener par exemple) limitant l'énergie incidente et un convertisseur HF d'alimentation 212 intercalés entre une source d'alimentation et les résistances 130, un écrêteur 214 disposé entre une ligne d'alimentation et une ligne d'amorçage équipée d'un système de déclenchement 216 qui contrôle l'application d'une tension électrique sur les résistances 130. Le circuit 200 illustré sur la figure 3 comprend sur une ligne d'alimentation, un régulateur de tension 210, par exemple sous forme d'une diode zener, un filtre passe bande étroite 219 accordé sur la modulation du circuit d'armement, un démodulateur 220, une résistance de décharge d'énergie 222, une capacité de stockage de l'énergie 224 et un réseau d'interrupteurs 226. Le circuit comprend également un écrêteur 214 et un circuit d'allumage sécurisé 216 qui contrôle le réseau d'interrupteurs 226. Le nombre d'impulseurs équipant un actionneur conforme à la présente invention n'est aucunement limité et peut allerjusqu'à plusieurs centaines. Par contrôle de la séquence de mise en oeuvre des différents impulseurs, le moyen de pilotage assure l'effet recherché, par exemple maintien à une valeur constante ou suivant une loi d'évolution prédéterminée d'un paramètre tel que par exemple: une vitesse, une pression, un débit, un temps, une tenue dans le temps, une température. L'actionneur conforme à la présente invention peut donner lieu à de nombreuses applications. Il peut être utilisé par exemple pour contrôler le gonflage d'une structure, notamment sous forme d'un gonflage progressif, ou encore pour assurer un déplacement mécanique, par exemple de micro-outils, tels que des vérins, pistons, sectionneurs ou organes de découpes, notamment de fils ou pièces diverses, ou encore interrompre un courant électrique, ou un autre fluide, ou commander une vanne. On a illustré sur la figure 1 un dispositif comprenant un porte outil 300 monté à translation dans un fût 162 du couvercle 160. Le porte outil 300 est déplacé lors du dégagement de gaz sous pression résultant de la mise en oeuvre de la composition 120, après rupture des membranes formées dans la plaque 116. En variante l'élément 300 correspondant au porte outil mobile pourrait être fixe solidaire du boîtier 150, le boîtier 150 comportant au moins une vanne ou encore l'élément 300 étant perforé pour former un générateur de gaz. On notera que sur la figure 1 des contacts 10 d'alimentation électrique traversent l'embase 170 et sont reliés au réseau de pistes de liaison ou au circuit de pilotage prévus sur la plaque 116, par l'intermédiaire de fils 20. La figure 4 représente un actionneur générateur de gaz comprenant une composition primaire 122 placée dans un convergent de la plaque de recouvrement 116 et comprenant par ailleurs une plaque additionnelle 118 possédant un divergent 119 respectivement en regard de chaque résistance 130. Une plaque 117 de SiO2 portant la résistance 130 est intercalée entre les plaques 118 et 116. La figure 5 représente un actionneur comprenant une plaque de base 140, par exemple en céramique, et une couche de vernis isolant 142 accolées contre une plaque 116 portant les résistances 130 en regard de divergents logeant une composition pyrotechnique 122. La figure 6 représente un dispositif de sectionnement comprenant un poinçon 310 guidé à translation dans un boîtier et actionné par la matrice de micro- actionneurs 100. La figure 7 représente un dispositif de type vérin comprenant un piston 320 guidé à translation dans un boîtier et actionné par la matrice de micro-actionneurs 100. Le circuit de pilotage peut être commandé en contreréaction par un capteur sensible au paramètre recherché, par exemple la pression ou la course de déplacement dans le cas des figures 5 et 6. Selon une variante avantageuse de la présente invention, un circuit sécurisé est associé respectivement à chaque résistance 130, à proximité de celle-ci, sur le substrat support en silicium 114. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. La présente invention permet en particulier de réaliser des dispositifs assurant une fonction de redondance donc une bonne fiabilité, peu volumineux, légers et consommant peu d'énergie. Dans le cadre de l'application à des micromécanismes, chaque impulseur conforme à la présente invention possède typiquement des dimensions inférieures au mm. Cependant la présente invention s'applique aussi aux pyromécanismes de taille classique ou le remplacement de l'allumeur avec sa charge renforçatrice par une plaquette de micro-impulseurs décrite plus haut, permet d'apporter une intelligence dans le fonctionnement et une microredondance à un tel pyromécanisme. REVENDICATIONS 1. Système actionneur comprenant: 5. une matrice de micro-impulseurs pyrotechniques (100) et un moyen de pilotage de la mise en oeuvre respective de ces micro-impulseurs (100), propre à générer un effet spécifique recherché. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque impulseur (100) comprend une plaque (114) qui porte une résistance électrique (130) et une composition pyrotechnique (120) disposée à proximité de la résistance (130) de sorte que la composition pyrotechnique (120) soit initiée lors du chauffage de la résistance (130) résultant du passage d'un courant électrique dans la résistance (130). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la plaque (114) est commune à l'ensemble des impulseurs (100). 4. Système selon l'une des revendications I à 3, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est adapté pour contrôler l'un des paramètres choisi dans le groupe comprenant: une vitesse, une pression, un débit, un temps, une tenue dans le temps, une température, des impulsions successives éventuellement décalées dans le temps, une redondance de sécurité, un mouvement répétitif. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est conçu pour maintenir le paramètre à une valeur constante. 6. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est conçu pour contrôler le paramètre suivant une loi d'évolution prédéterminée. 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la matrice de micro-impulseurs (100) est formée par empilement de différentes plaques: une plaque intermédiaire (110) possédant une pluralité de puits parallèles (112) aptes à contenir une composition pyrotechnique (120), une plaque de fermeture (114) accolée à la base de la plaque intermédiaire (1 10) pour obturer le fond des puits (1 12) et une plaque de recouvrement (116) disposée sur le sommet de la plaque intermédiaire (110) pour fermer la seconde extrémité des puits (112). 8. Système selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la plaque de recouvrement (116) possède en regard des puits (112), une épaisseur suffisamment fine, sous forme de membrane, de sorte que cette plaque (116) puisse être rompue lors de la mise en oeuvre de la composition (120) associée. 9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est placé sur l'une des plaques (110, 114 ou 116) de la matrice de micro-impulseurs. 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la matrice de micro-impulseurs (100) comprend des plaques (110, 114, 116) en silicium ou en céramique. 11. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la matrice de micro-impulseurs (100) comprend une composition (120) formée de propergol. 12. Système selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que chaque impulseur est équipé d'une composition pyrotechnique primaire (122) intercalée respectivement entre la résistance (130) et la composition principale associée (120). 13. Système selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la composition primaire (122) est placée dans un logement ménagé dans une plaque de recouvrement (116). 14. Système selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est muni d'un circuit de sécurité (200) apte à interdire l'alimentation intempestive des résistances (130). 15. Système selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il est utilisé pour contrôler le gonflage d'une structure, notamment sous forme d'un gonflage progressif. 16. Système selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il est utilisé pour assurer un déplacement mécanique, par exemple de micro- outils, tels que des vérins, pistons, sectionneurs ou organes de découpes, notamment de fils ou pièces diverses, ou encore interrompre un courant électrique, ou un autre fluide, ou commander une vanne. 17. Système selon l'une des revendications I à 16, caractérisé par le fait que la matrice de micro-impulseurs (100) est associée à un pyromécanisme classique en lui même.