Brevet FR2924538A1 — publié le 20090605

PROCEDE DE SURVEILLANCE DU RENDEMENT D'UN ACTIONNEUR ELECTROMECANIQUE DU TYPE ROTOLINEAIRE La présente invention concerne d'une façon générale le domaine des actionneurs électromécaniques du type rotolinéaire, et plus précisément elle concerne le domaine de la surveillance des actionneurs électromécaniques du type rotolinéaire aux fins de détection d'un grippage graduel dudit actionneur, de manière à fournir des éléments d'information permettant de déterminer leur maintien en service ou leur remplacement. La figure unique du dessin annexé donne une représentation très schématique de la configuration générale d'un exemple d'actionneur électromécanique du type rotolinéaire auquel s'intéresse l'invention. On rappellera succinctement qu'un tel actionneur comprend : - un carter 1 ; - des moyens moteurs M électriques rotatifs comportant au moins un enroulement inducteur ; et - au moins un écrou 2 supporté à rotation dans des paliers 3 dudit carter 1 et solidaire en rotation desdits moyens moteurs M. Dans l'exemple plus spécifiquement représenté qui correspond à un actionneur rotolinéaire du type à 25 entraînement direct : - les moyens moteurs M électriques rotatifs, qui sont de type électromagnétique, comprennent des bobinages électriques ou enroulements inducteurs 4 qui sont agencés en couronne et sont supportés notamment dans au 30 moins une encoche 5 prévue dans le carter 1 ou dans une carcasse solidaire de celui-ci, l'ensemble constituant un stator, et qui sont propres à générer un champ tournant entraînant en rotation un rotor disposé coaxialement à l'intérieur de la couronne des bobinages 4 ; et - le au moins un écrou 2 est disposé coaxialement à l'intérieur de la couronne de bobinages 4 en constituant le rotor précité, cet écrou 2 pouvant être équipé d'aimants, typiquement d'aimants permanents, de manière à être entraîné en rotation dans les paliers 3 par le champ tournant. En outre, l'actionneur comprend : - au moins une tige d'actionneur 6 disposée sensiblement coaxialement à l'écrou 2, ledit écrou 2 et ladite tige d'actionneur 6 étant accouplés en rotation par des moyens d'engrènement hélicoïdaux axiaux ; à cet effet, comme montré sur la figure, l'écrou 2 se présente sous la forme générale d'un élément tubulaire dont la face intérieure est, sur une partie au moins de sa longueur, pourvue d'au moins un filetage 7 hélicoïdal, tandis que la tige d'actionneur 6 possède une extrémité intérieure à l'écrou 2, qui peut être une portion 8 élargie comme illustré, qui est extérieurement pourvue d'un filetage 9 hélicoïdal ; des moyens 17 de blocage en rotation de la tige d'actionneur 6 par rapport au carter 1 de manière que la rotation de l'écrou 2 se traduise par un déplacement linéaire de la tige d'actionneur 6 ; lesdits moyens de blocage en rotation peuvent de façon simple être constitués par une clavette 10 disposée sensiblement coaxialement à l'écrou 2 et d'étendue axiale, ladite clavette 10 ayant une section non circulaire (par exemple polygonale, notamment carrée) et ayant une extrémité il encastrée dans le carter de façon fixe et son autre extrémité 12 engagée à libre coulissement dans un alésage 13 axial de la tige d'actionneur 6 ; - un moyen prévu sur le carter 1 pour la fixation dudit carter 1 à un organe fixe ou déplaçable ; par exemple une (ou plusieurs) partie du carter 1, telle que notamment l'extrémité 14 du carter 1 opposée à la partie émergeante de la tige d'actionneur 6 et qui peut par exemple être conformée en chape, est munie d'un oeillet 13 propre à recevoir un élément d'accouplement ; - un moyen prévu sur la tige d'actionneur 6 pour la fixation de l'extrémité 15 libre de ladite tige d'actionneur 6 à un organe respectivement déplaçable ou fixe ; une solution simple consiste en ce que ladite extrémité 15 de la tige d'actionneur 6 soit munie d'un oeillet 16 propre à recevoir un élément d'accouplement. Bien entendu, la description qui précède n'est donnée qu'à titre indicatif pour fixer les idées, étant entendu que de nombreux modes de réalisation d'actionneurs de type rotolinéaire existent ou peuvent être envisagés ; en particulier, un actionneur double peut être dérivé de la structure précédemment décrite en prévoyant, dans la couronne des bobinages 4, deux écrous 2 disposés bout à bout et ayant des filetages respectifs à pas inverses ou un seul écrou à deux filetages successifs à pas inverses, avec lesquels engrènent respectivement deux tiges d'actionneur opposées. Au surplus, le terme filetage doit être compris dans un sens large, comme pouvant désigner aussi bien une vis classique trapézoïdale qu'une vis à billes ou qu'une vis à rouleaux. Les actionneurs électromécaniques du type rotolinéaire trouvent aujourd'hui une application notamment (bien que non exclusivement) dans l'équipement des avions modernes dits � tout électrique �. La conception d'un avion � tout électrique � s'accompagne de la suppression des réseaux et commandes hydrauliques employés jusqu'alors et leur remplacement par des solutions électromécaniques mettant en jeu des actionneurs électromécaniques et en particulier des actionneurs électromécaniques du type rotolinéaire. Les actionneurs électromécaniques du type rotolinéaire utilisés dans ce contexte peuvent servir, par exemple, à l'entraînement des plans mobiles (volets, gouvernes, ...) de l'avion. Bien entendu, les solutions électromécaniques ainsi mises en place doivent offrir un degré de sûreté de fonctionnement au moins égal à celui des solutions hydrauliques antérieures. L'analyse de sûreté de fonctionnement met en évidence les défaillances suivantes : - rupture de la liaison mécanique, - embarquement de la surface, - grippage de la surface. Les deux premières défaillances citées ne sont pas caractéristiques des seuls actionneurs électromécaniques du type rotolinéaire et peuvent survenir avec d'autres solutions (par exemple les solutions hydrauliques antérieures). On connaît donc des solutions pour traiter ces problèmes, solutions qui peuvent être reconduites dans le cas des actionneurs électromécaniques du type rotolinéaire. Par contre, la troisieme défaillance citée (grippage de la surface) est caractéristique des actionneurs électromécaniques du type rotolinéaire, et il est essentiel de prévenir un grippage d'un tel actionneur, ou à tout le moins d'être informé de son occurrence. L'invention se fonde sur le fait qu'un grippage n'apparaît pas de façon soudaine et qu'il se traduit par une dégradation graduelle des performances, et donc une détérioration des performances, de l'actionneur. Aussi, l'invention se fonde sur une détection des signes avant-coureurs d'un grippage. A contrario, cela sous-entend que, si un grippage brutal de l'actionneur est possible, les moyens proposés dans le cadre de la présente invention seront inefficaces pour procurer une quelconque alerte en préalable à l'occurrence du grippage brutal. C'est dans ce contexte que l'invention a pour but de proposer des moyens appropriés à prévenir d'un grippage graduel, et cela de façon exclusive, d'un actionneur électromécanique du type rotolinéaire, étant entendu au surplus que l'invention vise uniquement à proposer des moyens propres à fournir des informations sur l'état de l'actionneur électromécanique du type rotolinéaire, sans aller jusqu'aux étapes ultérieures de détermination de l'opportunité du maintien en place ou du remplacement dudit actionneur qui sont, quant à elles, laissées à l'initiative des utilisateurs. A ces fins, l'invention propose un procédé de surveillance du rendement d'un actionneur électromécanique du type rotolinéaire aux fins de détection d'un grippage graduel dudit actionneur, ledit actionneur comprenant : un carter, - des moyens moteurs rotatifs, -au moins un écrou supporté à rotation dans des paliers dudit carter et solidaire en rotation desdits moyens moteurs, - au moins une tige d'actionneur disposée coaxialemenr à l'écrou, ledit écrou et ladite tige d'actionneur étant 30 accouplés en rotation par des moyens d'engrènement hélicoïdaux axiaux, des moyens de blocage en rotation de la tige d'actionneur par rapport au carter de manière que la rotation de l'écrou se traduise par un déplacement linéaire de la tige d'actionneur, un moyen prévu sur le carter pour la fixation du carter à un organe fixe ou déplaçable, et - un moyen prévu sur la tige d'actionneur pour la fixation de l'extrémité libre de la tige d'actionneur à un organe respectivement déplaçable ou fixe, ce procédé étant caractérisé par les étapes suivantes : a) - on mesure l'intensité du courant électrique 10 d'alimentation de l'enroulement inducteur, ladite intensité étant représentative du couple moteur, et - on mesure un effort représentatif de l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur, 15 b) on calcule, à partir de ces mesures, le rapport [effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur / couple moteur] qui est représentatif du rendement global de l'actionneur et représentatif de l'état présent de l'actionneur, 20 c) puis on génère une évaluation de l'état de santé présent de l'actionneur qui est basée sur l'état présent de l'actionneur et éventuellement sur des états antérieurs de l'actionneur tenus en mémoire et/ou sur des paramètres extérieurs. Les moyens proposés par l'invention offrent l'avantage de permettre une surveillance précise de l'état de santé de l'actionneur, et donc de surveiller l'évolution d'un grippage graduel dès les premiers indices d'occurrence de celui-ci. Les moyens proposés par l'invention offrent également l'avantage supplémentaire d'une très grande souplesse de mise en œuvre : notamment, les diverses étapes conduisant au diagnostic de santé de l'actionneur 25 30 peuvent être menées automatiquement ou déclenchées à la demande lors de contrôles ; elles peuvent aussi être faites automatiquement en permanence (l'actionneur étant sous surveillance constante individuellement) ou cycliquement (par exemple tous les actionneurs d'un appareil tel qu'un avion ou tous les actionneurs d'un groupe d'actionneurs sont testés successivement de façon cyclique). Encore un autre avantage de la solution proposée 10 par l'invention réside dans le fait que l'exploitation des informations ainsi obtenues reste du domaine du libre arbitre de l'utilisateur de l'actionneur, de sorte que des utilisateurs divers restent libres de donner des suites différentes face à un même état de santé détecté sur 15 l'actionneur. Il est possible d'améliorer la connaissance sur l'état de l'actionneur en obtenant des informations redondantes grâce à des mesures et calculs additionnels. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 20 description détaillée qui suit de certains modes de mise en œuvre préférés du procédé de l'invention qui sont donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs. Selon le procédé conforme à l'invention, une étape a) consiste : 25 à mesurer l'intensité du courant électrique d'alimentation du ou des enroulements inducteurs ou bobinages 2, ladite intensité étant représentative du couple moteur ; cette information est déjà exploitée par ailleurs, notamment dans la loi de commande de 30 l'actionneur, et est donc disponible sans qu'il soit nécessaire de mettre en place un matériel capteur particulier ni de procéder à une mesure spécifique ; et - à mesurer un effort représentatif de l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur 6 ; cette mesure peut être effectuée soit au niveau de l'accouplement du carter 1 (en particulier au niveau de son oeillet 13 d'accouplement) à un organe fixe ou déplaçable, soit au niveau de l'accouplement de l'extrémité 15 libre (en particulier de son oeillet 16 d'accouplement) de la tige d'actionneur 6 à un organe respectivement déplaçable ou fixe ; à cet effet, on peut par exemple mettre en oeuvre des jauges de contrainte (schématisées en 18) interposées axiale-ment entre le carter 1 et l'organe fixe ou déplaçable auquel il est fixé (par exemple entre le bord de son oeillet 13 et l'élément d'accouplement qui est engagé dans celui-ci) afin de mesurer l'effort axial auquel est soumis ledit carter 1 et qui est représentatif de l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur 6, ou bien de la même manière entre la tige d'actionneur 6 et l'organe respectif déplaçable ou fixe auquel elle est fixée (par exemple entre le bord de son oeillet 16 et l'élément d'accouplement qui est engagé dans celui-ci) afin de mesurer directement l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur 6 ; on peut également, de manière préférée, avoir recours, en lieu et place de la chape traditionnellement prévue sur le carter, à un arbre creux (non représenté) d'accouplement calibré (ou chape calibrée) couramment disponible dans le commerce (par exemple ceux commercialisés par la société FGP Sensors) qui délivrent un signal électrique représentatif de l'effort axial subi par cet arbre creux, et donc représentatif de l'effort axial subi par la tige d'actionneur 6 ; la mise en place d'un tel capteur est un impératif de sécurité afin d'éviter une surcharge de l'effort supporté par la tige, avec mise en œuvre d'un seuil de limitation d'effort réglé sur une valeur inférieure à l'effort maximum supportable par la tige d'actionneur et prédéterminée en relation avec le degré de sécurité choisi (par exemple de l'ordre de 20 à 30 dans le domaine aéronautique) : de ce fait, l'information d'effort axial subi par la tige d'actionneur 6 est déjà disponible et ne nécessite pas l'ajout de matériel. L'apparition d'un grippage entraîne un accroissement de l'intensité du courant d'alimentation des enroulements inducteurs et/ou une réduction, pour une 15 intensité donnée, de l'effort de la tige d'actionneur. Pour exploiter cette caractéristique, on procède ensuite, dans une étape b), au calcul, à partir des mesures précitées, du rapport ni = [effort axial auquel est soumise la tige 20 d'actionneur 6 / couple moteur] qui est par conséquent représentatif du rendement global de l'actionneur et est représentatif de son état présent par référence à des couples de valeurs intensité/couple moteur prédéterminés pour des actionneurs sains. 25 Enfin, on génère une évaluation de l'état de santé présent de l'actionneur qui est basée sur l'état présent de l'actionneur déterminé comme indiqué ci-dessus ainsi éventuellement que sur d'autres informations complémentaires telles des états antérieurs de l'actionneur tenus 30 en mémoire qui peuvent éventuellement tenir lieu de la référence citée plus haut (soit qu'il s'agisse de mesures individuelles, soit qu'il s'agisse d'une moyenne de mesures antérieures) et/ou sur des paramètres extérieurs (par exemple température, vitesse de l'avion dans le contexte d'une telle application,...). Les étapes qui viennent d'être commentées peuvent avantageusement être complétées par des étapes complémen- taires propres à fournir des informations additionnelles qui, certes s'avèrent redondantes, mais qui de ce fait même améliorent l'aspect sécuritaire du diagnostic rendu sur l'état de santé de l'actionneur. Ainsi, il peut être avantageux de prévoir que : - à l'étape a) précitée, on mesure en outre un couple représentatif du couple d'antirotation entre les moyens 17 de blocage en rotation et la tige d'actionneur 6 ; on peut à cet effet interposer des jauges de contrainte (schématisées en 19) transversalement entre l'extrémité 11 de la tige d'actionneur 6 encastrée dans le carter 1 et le logement d'encastrement prévu à cet effet dans le carter 1 (les jauges pouvant par exemple aisément être collées sur les faces externes latérales de ladite extrémité 11 de la tige d'actionneur 6 ; et à l'étape b) précitée, on calcule en outre le rapport 1-12= [couple d'antirotation / couple moteur] qui est représentatif de l'état des paliers 3 de montage à rotation de l'écrou 2 rotatif sur le carter 1. Egalement, il peut être avantageux de prévoir, soit isolément, soit en combinaison avec la détermination du rapport n2, que : - à l'étape a) précitée, on mesure en outre un couple représentatif du couple d'antirotation entre les moyens 17 de blocage en rotation et la tige d'actionneur 6, par exemple dans les conditions exposées ci-dessus ; et - à l'étape b) précitée, on calcule en outre le rapport n3 = [couple d'antirotation / effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur 6] qui est représentatif de l'état des moyens 7, 9 d'engrènement hélicoïdaux axiaux coopérants respectifs dudit écrou 2 et de ladite tige d'actionneur 6. La connaissance des rapports supplémentaires précités n2 et/ou n3 permet de consolider des aspects de sécurité, mais permet aussi d'apporter des éléments de localisation des défauts ou pannes, ce qui peut s'avérer important pour faciliter et/ou accélérer la maintenance. Les diverses mesures qui sont effectuées dans le cadre du procédé de l'invention se traduisent par la génération de signaux électriques respectifs qui, après mise en forme et notamment numérisation, peuvent être traités de toute façon appropriée soit in situ, soit de façon délocalisée pour délivrer l'information requise sur l'état de santé de l'actionneur. La mise en oeuvre du procédé de l'invention qui vient d'être exposé peut donner lieu à de nombreuses variantes, se traduisant par de nombreuses variantes d'aménagement de l'actionneur. Ainsi, l'actionneur électromécanique du type rotolinéaire qui a été pris plus spécifiquement en considération dans ce qui précède est du type à entraînement direct comprenant au moins un enroulement inducteur 4 électrique qui est logé fixe dans le carter 1 et qui est propre à engendrer un champ tournant ; l'écrou 2 (ou les écrous) est disposé coaxialement à l'enroulement inducteur 4 et à l'intérieur de celui-ci et est équipé d'aimants, typiquement d'aimants permanents, qui sont entraînés en rotation par le champ tournant et par l'intermédiaire desquels l'écrou 2 est lui-même entraîné en rotation. Il s'agit du type d'actionneur qui semble devoir être plus largement visé par le procédé de l'invention. Cependant, le procédé de l'invention peut trouver une application tout aussi intéressante dans le cas d'actionneurs électromécaniques du type rotolinéaire du type à entraînement indirect avec interposition d'une transmission, notamment d'un réducteur. Il est également avantageux de prévoir que les paliers 3 de montage à rotation de l'écrou 2 sur le carter 1 soient des paliers à roulements, soit à billes, soit à rouleaux. Les moyens 7, 9 d'engrènement hélicoïdaux axiaux accouplant l'écrou 1 et la tige d'actionneur 6 peuvent être constitués par des filetages normaux respectivement 7 et 9 usinés sur les faces en vis-à-vis de l'écrou 1 et de la tige d'actionneur 6, respectivement. Cependant, il peut s'avérer d'un intérêt particulier, pour réduire les frottements, que les moyens 7, 9 d'engrènement hélicoïdaux axiaux accouplant l'écrou 1 et la tige d'actionneur 6 soient formés d'une vis à roulements. REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance du rendement d'un actionneur électromécanique du type rotolinéaire aux fins de détection d'un grippage graduel dudit actionneur, ledit actionneur comprenant : - un carter (1), - des moyens moteurs (M) électriques rotatifs incluant au moins un enroulement inducteur (4), - au moins un écrou (2) supporté à rotation dans des paliers (3) dudit carter (1) et solidaire en rotation desdits moyens moteurs (M), - au moins une tige d'actionneur (6) disposée coaxialement à l'écrou (2), ledit écrou (2) et ladite tige d'actionneur (6) étant accouplés en rotation par des moyens (7, 9) d'engrènement hélicoïdaux axiaux, des moyens (17) de blocage en rotation de la tige d'actionneur (6) par rapport au carter (1) de manière que la rotation de l'écrou (2) se traduise par un déplacement linéaire de la tige d'actionneur (6), - un moyen (13) prévu sur le carter (1) pour la fixation du carter (1) à un organe fixe ou déplaçable, et un moyen (16) prévu sur la tige d'actionneur (6) pour la fixation de l'extrémité (15) libre de la tige d'actionneur (6) à un organe respectivement déplaçable ou fixe, ce procédé étant caractérisé par les étapes suivantes : a) - on mesure l'intensité du courant électrique d'alimentation de l'enroulement inducteur (4), 30 ladite intensité étant représentative du couple moteur, et- on mesure un effort représentatif de l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur (6), b) on calcule, à partir de ces mesures, le rapport [effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur / couple moteur] qui est représentatif du rendement global de l'actionneur et représentatif de l'état présent de l'actionneur, c) puis on génère une évaluation de l'état de santé présent de l'actionneur qui est basée sur l'état présent de l'actionneur et éventuellement sur des états antérieurs de l'actionneur tenus en mémoire et/ou sur des paramètres extérieurs. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape a) on mesure en outre un couple représentatif du couple d'antirotation entre les moyens (17) de blocage en rotation et la tige d'actionneur (6), et en ce qu'à l'étape b) on calcule en outre le rapport [couple d'antirotation / couple moteur] qui est représen- tatif de l'état des paliers (3) de montage à rotation de l'écrou (2) sur le carter (1). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape a) on mesure en outre un couple représentatif du couple d'antirotation entre les moyens (17) de blocage en rotation et la tige d'actionneur (6), et en ce qu'à l'étape b) on calcule en outre le rapport [couple d'antirotation / effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur] qui est représentatif de l'état des moyens (7, 9) d'engrènement hélicoïdaux axiaux coopérants respectifs dudit écrou (2) et de ladite tige d'actionneur (6). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'actionneurélectromécanique du type rotolinéaire est du type à entraînement direct comprenant au moins un enroulement inducteur (4) électrique qui est logé fixe dans le carter (1) et qui est propre à engendrer un champ tournant et en ce que le au moins un écrou (2) est disposé coaxialement à l'enroulement inducteur (4) et est équipé d'aimants. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour mesurer le couple d'antirotation, on interpose au moins une jauge de contrainte (19) transversalement entre les moyens (17) de blocage en rotation et la tige d'actionneur (6). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de fixation prévu sur le carter (1) et/ou la tige d'actionneur (6) est du type d'une chape et en ce qu'on interpose au moins une jauge de contrainte (18) axialement entre ladite chape et l'organe respectif fixe ou déplaçable auquel elle est fixée afin de mesurer l'effort axial auquel est soumise ladite chape et qui est représentatif de l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur (6). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour mesurer l'effort représentatif de l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur (6), le moyen de fixation prévu sur le carter (1) ou la tige d'actionneur (6) est un arbre creux. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que les paliers (3) de montage à rotation de l'écrou (2) sur le carter (1) sont 30 des paliers à roulements. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens (7, 9)d'engrènement hélicoïdaux axiaux accouplant l'écrou (1) et la tige d'actionneur (6) comprennent une vis à roulements. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que l'écrou (2) est unique et est disposé coaxialement intérieurement à l'enroulement inducteur (4) et en ce que la tige d'actionneur (6) est unique et est disposée intérieurement et coaxialement à l'écrou (2). 11. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 4 à 10, caractérisé en ce que les moyens (17) de blocage en rotation de la tige d'actionneur (6) par rapport au carter (1) comprennent une clavette (10) ancrée de façon fixe dans le carter (1) et engagée à libre coulissement dans un alésage (13) axial de la tige d'actionneur (6).