Brevet FR2940430A1 — publié le 20100625

ACTIONNEUR AVEC CAPTEUR D'EFFORTS La présente invention concerne l'aménagement d'un dispositif actionneur pour mesurer et/ou contrôler les 5 efforts qu'il donne ou qu'il reçoit. Elle concerne plus particulièrement un dispositif actionneur rotolinéaire du type à rouleaux satellites qui comporte un système de mesure et de contrôle de micro-déplacements générés par les efforts qui s'appliquent au 10 niveau de sa chape La chape de ce type de dispositif actionneur comprend, entre la patte d'ancrage et le fourreau cylindrique, un épaulement qui constitue une zone annulaire 15 susceptible d'être le siège d'une certaine déformation, élastique, sous l'effet des efforts axiaux qui peuvent s'exercer entre ladite patte d'ancrage et ledit fourreau qui est en liaison avec la tige mobile dudit dispositif actionneur. Ces efforts dans la tige mobile transitent vers 20 le fourreau en passant par les rouleaux satellites, par la douille filetée, qui fait office d'écrou, et par les moyens de guidage et de butée qui sont interposés entre ledit écrou et ledit fourreau. Cette zone annulaire de la chape peut comporter des 25 jauges de contrainte, par exemple, qui permettent d'avoir des informations sur les efforts qui s'appliquent au dispositif. Toutefois, pour certaines applications, dans le domaine de l'aéronautique, par exemple, l'utilisation de 30 jauges de contrainte, fixées par collage sur la zone à contrôler, ne permet pas de garantir une fiabilité des informations pendant toute la durée de vie du dispositif qui peut être relativement longue. La présente invention propose un actionneur équipé d'un système de contrôle et de surveillance des efforts dans cette zone annulaire de sa chape, lequel système, en forme de capteur, permet de garantir la fourniture d'informations fiables pendant toute la durée de vie du dispositif actionneur. Dans le domaine aéronautique, par exemple, la durée de vie de ces dispositifs actionneurs correspond à la durée de vie de l'appareil sur lequel ils sont installés. Ce système de contrôle selon l'invention ne nécessite aucun entretien et il présente aussi l'avantage d'être à l'abri de contraintes susceptibles de le dégrader ; il est en effet constitué d'éléments qui ne sont pas en contact les uns avec les autres. L'invention concerne donc un actionneur muni de ce système de contrôle d'efforts qui consiste en un capteur électromagnétique de mesure et de contrôle de micro-déplacements qui apparaissent dans la chape dudit actionneur, laquelle chape comporte deux zones de diamètres différents et concentriques sur l'axe dudit actionneur, lesquelles zones correspondent, pour l'une, au fourreau dudit actionneur et, pour l'autre, au prolongement interne de la patte d'ancrage de ladite chape et elles sont reliées entre elles par un épaulement qui forme une zone annulaire déformable axialement, lequel capteur comprend des bobinages disposés dans une culasse qui est solidaire de l'une desdites zones concentriques et une armature qui s'étend radialement et qui est solidaire de l'autre zone concentrique, et ledit capteur complété par des moyens de mesure pour traiter les signaux issus desdits bobinages, lesquels bobinages sont en forme de tores dans des gorges de la culasse, laquelle culasse est bouclée magnétiquement par ladite armature. Toujours selon l'invention, le capteur est installé dans l'actionneur et il se présente sous la forme d'un double transformateur avec, de préférence, un bobinage primaire réparti dans chaque transformateur et un bobinage secondaire installé dans chaque transformateur, lesquels bobinages sont disposés dans une culasse en forme de couronne qui est centrée sur l'axe dudit actionneur, laquelle culasse présente une section en E et un plan de symétrie qui est perpendiculaire audit axe et cette culasse est aménagée, au niveau de ses parois latérales et de sa paroi centrale pour former, avec l'armature, deux entrefers dont la somme des épaisseurs axiales a une valeur constante quel que soit le déplacement de ladite armature par rapport à ladite culasse. Selon une disposition préférentielle de l'invention, l'armature comporte un crénelage et la culasse des bobinages comporte un crénelage également, de forme complémentaire, afin de mettre en place l'armature par rapport à la culasse au moyen d'un mouvement du type baïonnette, c'est-à-dire une translation axiale pour positionner les deux pièces dans un même plan de symétrie, puis un mouvement de rotation pour décaler angulairement ladite armature par rapport à ladite culasse et pour mettre en vis-à-vis les parties saillantes des crénelages, lesquelles parties saillantes définissent deux entrefers disposés dans des plans qui sont parallèles audit plan de symétrie et qui sont perpendiculaires à l'axe de l'actionneur. Selon un mode de réalisation, l'armature crénelée se présente sous la forme d'une rondelle qui est centrée sur l'axe et dans le plan de symétrie de la culasse, laquelle armature est muni d'un rebord dont la section est en forme de C, lequel rebord est dispose à cheval sur la paroi centrale de ladite culasse et les ailes dudit rebord sont positionnées en vis-à-vis des parois latérales de ladite culasse. Selon une variante de réalisation de l'invention, l'armature crénelée se présente sous la forme d'une rondelle qui est centrée sur l'axe et dans le plan de symétrie de la culasse, laquelle armature est disposée entre les parois latérales de ladite culasse, en vis-à-vis de la paroi centrale de cette dernière. Selon un autre mode de réalisation, l'armature se présente sous la forme d'une rondelle qui est encastrée dans une culasse à section en E qui est constituée d'éléments assemblés entre eux après la mise en place de ladite armature, laquelle armature est alors placée en vis-à-vis de la paroi centrale de ladite culasse et forme deux entrefers annulaires. Selon une autre variante, l'armature est constituée de deux rondelles symétriques assemblées après leur positionnement de part et d'autre de la paroi centrale saillante de la culasse, laquelle armature a une section en C au niveau de la culasse et elle forme deux entrefers annulaires disposés de part et d'autre de ladite paroi centrale et ses extrémités sont en vis-à-vis des parois latérales de ladite culasse. Toujours selon l'invention, l'armature est solidaire soit de la partie externe de la pièce déformable, soit de la partie centrale de cette même pièce déformable. L'invention sera encore détaillée à l'aide de la description suivante et des dessins annexés, donnés à titre indicatif, et dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble, en coupe et schématique, d'un actionneur rotolinéaire comportant un capteur d'efforts selon l'invention ; - la figure 2 montre, d'une façon plus détaillée, en 5 demi-coupe partielle, les éléments constitutifs du capteur selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 montre un autre mode de réalisation du capteur selon l'invention ; - la figure 4 montre une variante de réalisation du 10 capteur selon l'invention ; - la figure 5 représente une moitié de la rondelle qui fait office d'armature dans le cas des modes de réalisation des figures 3 et 4 ; - la figure 6 est une demi-vue de face des capteurs 15 représentés au niveau des figures 3 et 4 ; - la figure 7 est une demi-vue en coupe de la figure 4, selon VII-VII. La figure 1 représente, de façon schématique, un 20 dispositif actionneur du type de ceux que l'on rencontre, par exemple, dans le domaine aéronautique, pour manoeuvrer des gouvernes. Ce dispositif actionneur se présente sous la forme d'un vérin avec, d'un côté, une chape 1, ou culot, de 25 l'autre côté, une tige 2 de manoeuvre munie d'un oeil 3 à son extrémité et, entre les deux, c'est-à-dire entre la chape 1 et l'ceil 3, un fourreau 4 cylindrique. La chape 1 s'étend à l'extrémité du fourreau 4 et elle comprend une patte 5 qui sert à l'ancrage du dispositif 30 actionneur et, entre cette patte 5 et ladite extrémité du fourreau 4, elle comprend un épaulement 6 annulaire qui constitue une zone déformable dudit dispositif actionneur. Cet épaulement 6 peut se déformer lors de la transmission des efforts, et cette déformation permet d'observer des micro-déplacements relatifs selon l'axe X-X' du dispositif actionneur, entre les deux zones qui sont concentriques avec cet axe X-X', lesquelles zones correspondent, pour l'une, au fourreau 4 et, pour l'autre, à la patte d'ancrage 5. Ces efforts qui s'appliquent à la chape 1 peuvent être extrêmement importants ; ils sont transmis par la patte d'ancrage 5 de la chape 1 et par l'oeil 3 de la tige de manœuvre 2 à l'organe récepteur comme, par exemple, une gouverne d'aéronef. La figure 1 montre également, à titre indicatif, les éléments constitutifs de ce dispositif couramment dénommé actionneur rotolinéaire. Ce dispositif actionneur rotolinéaire comprend, entre la tige de manœuvre 2 et la patte d'ancrage 5, des rouleaux satellites 7 qui roulent sur l'extrémité filetée de ladite tige 2 et sur la partie filetée aménagée à l'intérieur d'une douille 8 qui fait office d'écrou. Cette douille 8 est guidée en rotation par des organes de roulement et elle est solidaire de la douille 8, du côté de la chape 1, par un organe 9 de roulement qui fait également office de butée et qui transmet les efforts entre cette douille 8 et le fourreau 4. L'épaulement annulaire 6 qui s'étend entre le fourreau 4 et la chape 1 subit des déformations élastiques en fonction des efforts qui sont appliqués à l'actionneur par l'intermédiaire de la patte d'ancrage 5 et de la tige de manœuvre 2. Pour contrôler et mesurer ces efforts, le dispositif actionneur comprend un capteur 10 du type électromagnétique, intégré à l'intérieur dudit dispositif actionneur, et en prise avec les deux zones concentriques qui sont mobiles l'une par rapport à l'autre, à savoir le fourreau 4 et la patte d'ancrage 5. Ce capteur 10 est logé derrière l'épaulement 6, entre le fourreau 4 et un plot cylindrique 11 centré sur l'axe X-X' dudit fourreau 4 du dispositif actionneur, dans le prolongement de la patte 5 d'ancrage, à l'intérieur dudit actionneur. Il s'apparente à un capteur de position du type connu sous le sigle � LVDT � qui signifie � Linear Variable Differential Transformer �. Les moyens électromagnétiques qui sont utilisés dans ce genre d'appareillage s'apparentent à un transformateur double qui permet de traduire en signaux électriques exploitables par des moyens de mesure appropriés, les déplacements de l'une des pièces constitutives dudit appareillage, quels que soient ces déplacements, même des micro-déplacements comme c'est le cas pour ce dispositif actionneur. Le capteur 10 est détaillé figure 2 selon un premier mode de réalisation possible. Il se présente sous la forme d'un transformateur double constitué d'une culasse 12 en forme de couronne à section en E et d'une armature ferromagnétique 13 en forme d'anneau. La culasse 12 est, par exemple, immobilisée sur le plot 11 et l'armature 13 est, dans ce cas, immobilisée sur la paroi interne du fourreau 4. La culasse 12 comprend deux jeux de bobinages répartis dans les deux gorges 14 et 15 qui sont délimitées par des parois latérales 16, 17, une paroi centrale 18 et les noyaux entre lesdites parois. Ces deux gorges 14 et 15 accueillent chacune deux bobinages : d'une part, un même bobinage primaire 19 et, d'autre part, un bobinage secondaire 20 disposé dans la gorge 14 et un autre bobinage secondaire 21 qui est disposé dans la gorge 15. Le bobinage primaire 19 est alimenté par un courant d'excitation et, lorsque le noyau 13 se déplace, il canalise le flux magnétique et modifie les courants induits dans chaque bobinage secondaire ; ces courants se traduisent en signaux qui sont susceptibles d'être traités par des moyens électroniques pour contrôler et analyser la valeur des efforts qui s'appliquent à l'épaulement 6 de la chape 1. L'armature 13 est dimensionnée pour réaliser le bouclage du circuit magnétique qui permet de faire fonctionner les deux transformateurs. Dans le mode de réalisation représenté figure 2, les signaux transmis par les bobinages secondaires 20 et 21 correspondent à une variation de distance entre les faces latérales 131, 132 de l'armature 13 et les extrémités des parois latérales 16 et 17, respectivement, de la culasse 12. L'entrefer axial entre la culasse 12 et les faces 131 et 132 de l'armature 13, est illustré sur la figure par Al et A2 respectivement ; l'addition de ces deux entrefers Al et A2 garde une valeur constante lorsque l'armature 13 reste dans le gabarit de la culasse 12. En fait, les déplacements relatifs entre le fourreau 4 et la patte d'ancrage 5, selon l'axe X-X' de l'actionneur, sont très faibles ; ils sont, par exemple, de l'ordre de � 0,2 mm, de part et d'autre du plan radial de symétrie de la culasse 12, ledit plan radial étant perpendiculaire audit axe X-X'. La figure 3 représente un autre mode de réalisation du capteur selon l'invention. Ce capteur comprend une culasse 12 en forme de couronne à section en E définissant, comme précédemment, deux transformateurs. Cette armature 12 est fixée, par des moyens mécaniques appropriés, détaillés plus loin, sur le plot cylindrique 11. Les parois latérales 16' et 17' de la couronne sont en saillie par rapport à la paroi centrale 18 et elles encadrent l'armature 13, définissant des entrefers B1 et B2 de forme annulaire. Le rebord de l'armature 13 se trouve en vis-à-vis de la paroi centrale 18. Pour positionner l'armature 13 entre les parois latérales 16' et 17' de la culasse 12, comme représenté figure 3, ladite culasse 12 peut être constituée d'éléments juxtaposés qui sont assemblés après la mise en place de l'armature 13 entre les parois 16' et 17'. Une autre solution peut consister, comme représentée figure 5 et 6, à réaliser un crénelage sur le rebord de l'armature 13 et, de façon complémentaire, sur les parois latérales 16' et 17' de la culasse 12. L'armature 13 comporte des creusures 25 qui correspondent aux saillies 26 de la culasse 12 et, à l'inverse, ladite culasse 12 comporte des creusures 27 qui correspondent aux saillies 28 de ladite armature 13. De cette façon, l'armature 13 peut s'engager sur la culasse 12 pour se positionner en vis-à-vis de la paroi centrale 18. Cette mise en place s'effectue par un mouvement en forme de baïonnette c'est-à-dire un mouvement axial suivi d'un mouvement de rotation de l'armature 13 par rapport à la culasse 12, ou l'inverse, de façon à faire correspondre leurs saillies 26 et 28, respectivement, entre lesquelles on trouve les entrefers B1 et B2. Des moyens d'indexation sont nécessaires pour maintenir en position la culasse 12 et l'armature 13. Ces moyens d'indexation peuvent être constitués de goupilles 29, comme représentées figure 3. Dans le mode de réalisation représenté figure 4, c'est la paroi centrale 18' de la culasse 12 qui est en saillie par rapport aux parois latérales 16 et 17. La partie active de l'armature 13 présente une section en forme de C qui épouse la partie saillante de ladite paroi centrale 18' de la culasse 12. Les deux ailes 30 et 31 de l'armature 13 sont en vis-à-vis des parois latérales 16 et 17 de la culasse 12, et elles définissent, avec la paroi centrale 18', deux entrefers annulaires Cl et C2 qui présentent les même caractéristiques que précédemment : la somme des épaisseurs de ces deux entrefers Cl et C2 est une constante, quelle que soit la position de l'armature 13 par rapport à la paroi 18' de la culasse 12. Comme précédemment, pour positionner l'armature 13 par rapport à la culasse 12, c'est-à-dire pour les mettre dans le même plan de symétrie 32, ladite armature 13 peut être constituée de deux parties symétriques assemblées entre elles sur ledit plan de symétrie 32, après leur mise en place autour de la paroi centrale 18' de ladite culasse 12. Une autre solution peut consister, comme représentée figures 5 et 7, à réaliser un crénelage sur chaque aile 30 et 31 de l'armature 13 et, de façon complémentaire, sur la paroi centrale 18' de la culasse 12. L'armature 13 comporte, dans chacune de ses ailes 30 et 31, des creusures 25 axiales alignées qui correspondent aux saillies 26 de la culasse 12 et, à l'inverse, ladite culasse 12 comporte des creusures 27 qui correspondent aux saillies 28 des ailes 30 et 31 de l'armature 13. De cette façon, l'armature 13 peut s'engager sur la culasse 12 pour se positionner à cheval sur la paroi centrale 18'. Cette mise en place s'effectue par un mouvement en forme de baïonnette c'est-à-dire un mouvement axial suivi d'un mouvement de rotation de l'armature 13 par rapport à la culasse 12, ou l'inverse, de façon à faire correspondre leurs saillies entre lesquelles on trouve les entrefers Cl et C2. Des moyens d'indexation sont, là aussi, nécessaires pour maintenir en position la culasse 12 et l'armature 13 l'une par rapport à l'autre. Ces moyens peuvent être constitués de simples goupilles 29, comme représentées figures 3 et 4. La culasse 12 et l'armature 13 peuvent, indifféremment, être installées respectivement sur le plot 5 cylindrique 11 ou sur le fourreau 4. Dans le cas d'une armature 13 solidaire du fourreau 4 et d'une culasse 12 solidaire du plot 11, comme c'est le cas sur les différentes figures, les fils 33 des bobinages 19, 20 et 21, sont disposés entre la face interne 10 de l'épaulement 6 et l'armature 13 du capteur. Comme représentés figures 3 et 4, les fils 33 sortent sur la périphérie de la culasse 12. Ces fils 33 peuvent passer par des orifices 34 qui sont disposés dans la ou les parties non actives, magnétiquement, de la culasse 12 ; ces orifices 34, 15 ou échancrures, sont aménagés au niveau des creusures 27 de ladite culasse 12, dans leur partie médiane. La culasse 12 est de préférence fixée sur le plot 11 central au moyen d'une rondelle 35, par pincement, laquelle rondelle 35 est, par exemple, en forme de lame de ressort, 20 assemblée audit plot central 11 par vis. Cette rondelle 35 peut également servir à indexer la position de la culasse 12 et constituer une alternative à l'indexation possible par la goupille 29, comme détaillé auparavant. L'armature 13 est, par exemple, immobilisée par une 25 bague 36 qui fait également office d'appui pour l'organe 9 de guidage et de butée. REVENDICATIONS1 - Actionneur rotolinéaire du type comprenant un fourreau (4) et une chape (1) à l'une des extrémités de ce dernier, lequel fourreau (4) reçoit les efforts transmis et/ou reçus par la tige de manœuvre (2), caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de mesure et de contrôle des micro-déplacements qui apparaissent entre deux zones concentriques de diamètres différents qui correspondent, pour l'une, audit fourreau (4) et, pour l'autre, au prolongement interne de la patte (5) d'ancrage de ladite chape (1), lesquelles zones sont reliées par une zone annulaire déformable axialement qui constitue l'épaulement (6) de ladite chape (1), lequel capteur (10) comprend des bobinages (19, 20, 21) disposés dans une culasse (12) qui est solidaire de l'une desdites zones concentriques et une armature (13) qui s'étend radialement et qui est solidaire de l'autre zone concentrique, et ledit capteur est complété par des moyens de mesure pour traiter les signaux issus desdits bobinages, lesquels bobinages sont en forme de tores dans ladite culasse (12) qui est bouclée magnétiquement par ladite armature (13). 2 - Actionneur rotolinéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur qui se présente sous la forme d'un double transformateur avec, de préférence, un bobinage primaire (19) réparti dans chaque transformateur et un bobinage secondaire (20, 21) dans chacun desdits transformateur, lesquels bobinages sont disposés dans une culasse (12) en forme de couronne qui est centrée sur l'axe X-X' du fourreau (4), laquelle culasse (12) présente une section en E et un plan de symétrie (32) qui est perpendiculaire audit axe X-X' et cette culasse (12) est aménagée, au niveau de ses paroislatérales et de sa paroi centrale pour former, avec l'armature (13), deux entrefers dont la somme des épaisseurs axiales a une valeur constante quel que soit le déplacement de ladite armature (13) par rapport à ladite culasse (12). 3 - Actionneur rotolinéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur dont l'armature (13), d'une part, comporte un crénelage et dont la culasse (12), d'autre part, comporte un crénelage également, de forme complémentaire à celui de ladite armature (13), afin de permettre la mise en place de ladite armature (13) par rapport à ladite culasse (12) au moyen d'un mouvement du type baïonnette, c'est-à-dire une translation axiale pour positionner les deux pièces dans un même plan de symétrie, puis un mouvement de rotation pour décaler angulairement ladite armature (13) par rapport à ladite culasse (12) et pour mettre en vis-à-vis les parties saillantes desdits crénelages, lesquelles parties saillantes définissent deux entrefers annulaires disposés dans des plans parallèles audit plan de symétrie. 4 - Actionneur rotolinéaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'armature (13) crénelée se présente sous la forme d'une rondelle qui est centrée sur l'axe X-X' et dans le plan de symétrie de la culasse (12), laquelle armature (13) comporte un rebord dont la section est en forme de C et ce rebord est disposé à cheval sur la paroi centrale (18') de ladite culasse (12) et ses ailes (30, 31) sont positionnées en vis-à-vis des parois latérales (16, 17) de ladite culasse (12). 5 - Actionneur rotolinéaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'armature (13) crénelée se présente sous la forme d'une rondelle qui est centrée sur l'axe X-X', dans le plan de symétrie de la culasse (12), laquelle armature (13) est disposée entre les parois (16', 17')latérales de ladite culasse (12), en vis-à-vis de la paroi centrale (18) de cette dernière. 6 - Actionneur rotolinéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'armature (13) se présente sous la forme d'une rondelle qui est encastrée dans une culasse (12) à section en E qui est constituée d'éléments assemblés entre eux après la mise en place de ladite armature (13), laquelle armature (13) est disposée en vis-à-vis de la paroi centrale (18) de ladite culasse (12) et elle forme, avec cette dernière, deux entrefers B1 et B2 annulaires. 7 - Actionneur rotolinéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'armature (13) est constituée de deux rondelles symétriques assemblées après leur positionnement de part et d'autre de la paroi centrale (18') saillante de la culasse (12), laquelle armature (13) a une section en C au niveau de ladite culasse (12) et elle forme deux entrefers annulaires Cl et C2 disposés de part et d'autre de ladite paroi centrale (18') et ses ailes (30, 31) sont en vls-a-vis des parois latérales (16, 17) de ladite culasse (12). 8 - Actionneur rotolinéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature (13) est solidaire du fourreau (4). 9 - Actionneur rotolinéaire selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que l'armature (13) est solidaire du plot central (11).