Brevet FR2940380A1 — publié le 20100625

DISPOSITIF TOURNANT, NOTAMMENT ANTENNE TOURNANTE La présente invention concerne un dispositif tournant. Elle s'applique notamment pour des antennes tournantes à grande vitesse de rotation. Les radars de surveillance au sol, ou les radars embarqués notamment sur des navires, comportent des antennes qui doivent permettre un balayage de l'espace par le faisceau d'antenne, en général sur 360°. A cet effet plusieurs solutions existent. Une première solution est basée sur un balayage mécanique. En d'autres ~o termes, le balayage de l'espace par le faisceau d'antenne est obtenu par la rotation mécanique de l'antenne elle-même. Une deuxième solution utilise le balayage électronique. Dans ce cas, le balayage par le faisceau d'antenne est obtenu par des commandes électroniques connues, en particulier par des déphasages adaptés au niveau 15 des éléments rayonnant élémentaires constituant l'antenne. Cette solution a notamment comme avantage de permettre un balayage rapide de l'espace, aussi bien en azimut qu'en site. Cependant, le balayage complet de l'espace, par exemple sur 360°, nécessite l'association de plusieurs antennes. Elle est donc coûteuse. 20 Une autre solution combine les deux précédentes solutions. Dans ce cas, le balayage électronique est combiné au balayage mécanique. Le balayage mécanique, par exemple sur 360°, assure la couverture en azimut tandis que le balayage électronique complète la couverture en site tout en permettant par ailleurs pas son agilité à poursuivre une cible donnée. Dans cette 25 solution, même si le balayage électronique complète efficacement le balayage mécanique, les performances exigées imposent un balayage mécanique rapide et donc une vitesse de rotation mécanique de l'antenne très élevée pouvant atteindre une vitesse de rotation de l'ordre d'un tour par seconde. 30 A cette contrainte de vitesse de rotation de plus en plus élevée, s'ajoutent deux autres contraintes. D'une part, le poids des antennes en rotation peut être très important, de quelques centaines de kilogrammes à quelques tonnes, et d'autres part le type de matériel embarqué peut être fragile, voire très fragile. Il s'agit en effet de composants électroniques ou hyperfréquence sensibles aux chocs mécaniques. En plus du risque de détérioration du fonctionnement de l'antenne en cas de choc mécanique, s'ajoute le risque de détérioration du support fixe de l'antenne. Ces risques sont bien réels, car un blocage de la rotation de l'antenne peut arriver au cours d'une phase opérationnelle. Lors d'un blocage brutal de la rotation d'antenne par défaillance accidentelle du roulement principal, par exemple pour défaut de lubrification ou par usure, l'énergie cinétique de l'antenne tournante applique des efforts énormes de torsion sur l'antenne elle-même et sur son support fixe. L'antenne peut donc être endommagée mécaniquement mais aussi fonctionnellement par altération de ses composants électroniques. En particuliers, certaines liaisons électriques peuvent détruites sous l'effet du choc mécanique engendré. Le support peut aussi être endommagé ainsi que le dispositif de rotation qu'il contient. Un but de l'invention est de protéger une antenne tournante ainsi que son support contre les blocages de rotation. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif tournant comportant une partie mobile équipée d'une structure mécanique, ladite partie mobile étant apte à effectuer un mouvement de rotation par rapport à une partie fixe par l'intermédiaire d'un roulement, ledit roulement comportant un élément fixe relié à la partie fixe et un élément mobile entraîné en rotation par un pignon d'attaque lui-même entraîné par un moteur, caractérisé en ce que la partie mobile comportant au moins : un moyeu, fixe par rapport à l'élément mobile du roulement ; une jante, supportant la structure mécanique, solidaire mécaniquement du moyeu par l'intermédiaire d'au moins un patin de frottement serré entre le moyeu et la jante ; la jante ayant un mouvement de glissement en rotation par rapport au moyeu lorsqu'elle est soumise à un effort de cisaillement supérieur à une force de 30 glissement fonction de l'effort de serrage appliqué sur le patin de frottement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, une vue général d'un dispositif tournant selon l'invention ; la figure 2, une vue détaillée de la partie mobile d'un dispositif selon l'invention ; la figure 3, une illustration du principe de protection d'un dispositif selon l'invention par déclenchement d'un mouvement de glissement 5 relatif. La figure 1 présente une vue générale, en coupe partielle, du dispositif de rotation d'une antenne tournante. Ce dispositif comporte une partie tournante 10 et une partie fixe 20. La partie tournante 10 est mobile par 10 rapport à la partie fixe 20 par l'intermédiaire d'un roulement 1. La partie fixe 20 est fixée sur un support 2. Ce support peut être une tour, un navire ou une structure plus légère. La partie fixe 20 comporte le dispositif d'entraînement en rotation de l'antenne. Elle comporte donc un moteur 3 couplé en série à une réducteur 4 qui entraîne la partie tournante au moyen 15 d'un pignon d'attaque 5. A cet effet, ce pignon d'attaque 5 engraine le roulement 1. En position diamétralement opposée au pignon d'attaque 5, un autre pignon 6 transmet entraîne un codeur 7, par exemple optique, qui recopie ainsi le mouvement du réducteur 4. Ce codeur 7 peut alors fournir des 20 informations de vitesse et de position de l'antenne tournante, ces informations étant par ailleurs utilisées pour les traitements de signaux radar. La partie fixe comporte par ailleurs un collecteur 8, prolongé par un tube 9, équipé de joints tournants appropriés pour transmettre les signaux d'émission hyperfréquence et les signaux de commande électronique à 25 l'antenne ainsi que pour collecter les signaux reçus par l'antenne. D'autres éléments physiques peuvent être transmis par le collecteur. En particulier des paramètres de conditionnement, du liquide de refroidissement par exemple, peuvent être transmis par le collecteur 8. La partie fixe 20 peut être fixée sur le support 2 par l'intermédiaire d'un 30 châssis 11, par exemple de forme circulaire, lui-même fixé sur le support. L'élément fixe 12 du roulement 1 est fixé sur ce châssis 11. Un capot 13, relié au châssis 11, couvre et protège le dispositif d'entraînement en rotation et les éléments associés 3, 4, 7 ainsi qu'une partie du collecteur lequel se prolonge au-delà du capot 13 vers la base de l'antenne. La partie mobile 10 comporte un moyeu 21 et une jante 22. La jante 22 est solidaire mécaniquement du moyeu 21 par l'intermédiaire de patins de frottement compressés. Le moyeu 21 est fixé à l'élément mobile 23 du roulement 1. L'antenne 30, non représentée, est fixée à la jante 22. La jante est par exemple prolongée par un plateau 24 couvrant l'ensemble de la partie mobile, centré sur la sortie du collecteur 8, 9. La figure 2 illustre plus en détail la partie mobile, et notamment la liaison mécanique entre le moyeu 21 et la jante 22. Cette figure montre bien que l'élément fixe 12 du roulement 1 est fixé sur le châssis 11, lui-même fixé sur le support 2. L'élément mobile 23 du roulement est fixé au moyeu 21 de la partie mobile. L'élément mobile 23 du roulement est entraîné en rotation par le pignon d'attaque 5. Le moyeu 21 est donc en rotation par rapport à la partie fixe 20 par l'intermédiaire du roulement 1, sous l'action du pignon d'attaque 5. Le reste de la partie mobile, jante et antenne comprises, sont ainsi entraînés en rotation par l'intermédiaire du moyeu 21. La jante 22 est solidaire mécaniquement du moyeu 21 par l'intermédiaire de patins de frottement C, C'. Le moyeu et la jante sont rendus solidaires mécaniquement par serrage des patins de frottement. Le serrage est assuré par une vis E. Un premier patin de frottement C est par exemple placé entre un disque D et le plateau supérieur de la jante 22 tandis que le deuxième patin de frottement C' est placé à un niveau inférieur entre le moyeu et la jante. L'effort de serrage appliqué par la vis E est transmis à ces deux patins C, C'. L'effort de serrage est transmis par la vis au moyen du disque D préchargé par des rondelles élastique 25, la vis E comprimant les rondelles élastiques en appui sur le disque. Ces rondelles assurent un effort vertical de précharge. Le réglage de l'effort de serrage s'effectue en jouant sur l'effort de compression appliqué sur ces rondelles élastiques en appui sur le disque D lui-même en appui sur le patin de frottement C. En régime de fonctionnement nominal, l'effort de serrage est réglé de telle façon que la jante 22 et le moyeu 21 sont immobiles l'un par rapport à l'autre, en rotation par rapport à la partie fixe 20. En cas de blocage du roulement 1, la jante 22 glisse en rotation par rapport au moyeu 21 sous l'effet du couple d'entraînement encore appliqué. La figure 3 illustre ce passage à la phase de glissement à la suite d'un blocage du roulement. En particulier, elle illustre le principe de protection d'un dispositif selon l'invention par déclenchement d'un mouvement de glissement relatif. La force F représente l'effort de serrage appliqué sur les patins de frottement C, C' et maintenant le moyeu 21 et la jante 22 solidaires mécaniquement. Lors du mouvement de rotation du moyeu et de la jante, la jante subit une force de cisaillement T, transmise par les patins de frottement, qui tend à la désolidariser du moyeu. Tant que la force de cisaillement T est inférieure à une force Fo, dite force de glissement, dépendant du coefficient de frottement, le moyeu et la jante restent fixes l'un par rapport à l'autre. Cette force Fo est donnée par la relation suivante : Fo=CfxF (1) où Cf représente le coefficient de frottement des patins de frottement C, C'. 20 Dès que la force de cisaillement T dépasse la force de glissement Fo sous l'effet par exemple d'un blocage du roulement, soit : T> Cfx F (2) 25 la jante 22 commence un mouvement de glissement en rotation par rapport au moyeu 21. En d'autres termes, dès que T devient supérieur à Fo il y a glissement. Ainsi en cas de blocage du roulement 1, le moyeu 21 s'immobilise, reste fixe, alors que la jante 22 et le reste de la partie mobile qu'elle supporte, continue 30 un mouvement de rotation par glissement sur le moyeu. II y a alors une décélération non brutale, mais progressive, qui permet de ne pas endommager l'antenne et les composants qu'elle comporte. De même le support 2 et la partie fixes ne sont pas endommagés. Ainsi, l'invention protège l'antenne contre des destructions fonctionnelles et contre des 35 endommagements mécaniques du type déformation plastique ou rupture. L'énergie cinétique disponible au moment du choc mécanique, c'est-à-dire au moment du blocage du roulement, est absorbée par frottement lors du glissement jusqu'à l'arrêt complet de la partie mobile. La force de glissement Fo dépend de la force de serrage F, réglable, et du coefficient de frottement Cf, constant et dépendant de la nature des patins de frottement. En pratique la force de glissement Fo peut être réglée par la vis E. Les patins de frottement peuvent être choisis en fonction de leurs caractéristiques, notamment en fonction du coefficient de frottement souhaité. Les patins de frottement peuvent avoir la forme d'une bague circulaire, en particulier en forme de bande de disque. Ils sont par exemple en matériau composite de type garniture de frein, matériau dont on connaît bien les caractéristiques de frottement ainsi que les caractéristiques thermiques. Comme le montre la figure 2, la jante 22 est centrée sur le moyeu 21 par exemple par l'intermédiaire de paliers lisses A, B en garniture autolubrifiante. Ces paliers A, B assurent le guidage en rotation de la jante 22 par rapport au moyeu 21 en cas de glissement de l'une par rapport à l'autre. Ce guidage pourrait aussi bien être assuré par de simples roulements. Lorsque la valeur de la force de glissement est atteinte, conformément aux relations (1) et (2) ci-dessus, il y a glissement au niveau des pièces A, B, C, C', c'est-à-dire au niveau des patins de frottement C, C' d'une part et au niveau de paliers lisses A, B d'autres part. Les paliers lisses peuvent être réalisés en garniture autolubrifiante. Ils peuvent avoir la forme d'une bague cylindrique. Tout en protégeant les parties mobile et mécanique, l'implantation de ces pièces A, B, C, C' ne perturbe pas les autres contraintes de conception de l'ensemble tournant. En particulier, le passage central au niveau du plateau tournant 24 reste disponible pour les collecteurs et les joints tournant. La transmission des efforts de rotation fournis par le moteur est bien assurée. La rigidité mécanique de l'ensemble est aussi maintenue. L'invention a été décrite pour la réalisation d'une antenne tournante. Elle peut néanmoins s'appliquer pour un système tournant comportant une partie mobile devant être protégée contre les chocs mécaniques générés notamment par des blocages de roulements. Après blocage des roulements, seuls ceux-ci sont à changer, les autres pièces du système ne sont pas endommagées. En particulier les circuits électroniques embarqués, n'ayant pas subi de choc mécanique, restent en état de fonctionnement.5 REVENDICATIONS1. Dispositif tournant comportant une partie mobile (10) équipée d'une structure mécanique, ladite partie mobile (10) étant apte à effectuer un mouvement de rotation par rapport à une partie fixe (20) par l'intermédiaire d'un roulement (1), ledit roulement comportant un élément fixe (12) relié à la partie fixe (20) et un élément mobile (23) entraîné en rotation par un pignon d'attaque (5) lui-même entraîné par un moteur (3), caractérisé en ce que la partie mobile (10) comporte au moins : - un moyeu (21), fixe par rapport à l'élément mobile (23) du roulement (1) ; - une jante (22), supportant la structure mécanique, solidaire mécaniquement du moyeu (21) par l'intermédiaire d'au moins un patin de frottement (C') serré entre le moyeu et la jante ; la jante (22) ayant un mouvement de glissement en rotation par rapport au moyeu (21) lorsqu'elle est soumise à un effort de cisaillement (T) supérieur à une force de glissement (Fo) fonction de l'effort de serrage (F) appliqué sur le patin de frottement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un patin de frottement (C) est placé en appui sur la jante (22), ledit patin (C) étant serré entre un disque (D) et ladite jante (22), l'effort de serrage (F) étant appliqués aux patins de frottement (C, C') par une force d'appui appliqué sur le disque (D). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force d'appui appliquée sur le disque est produite par une vis (E) comprimant des rondelles élastiques (25) en appui sur le disque, la force de serrage (F) étant fonction de l'effort de compression appliqué par la vis. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la jante (22) est centrée sur le moyeu (21) par l'intermédiaire de palier lisses (A, B), ces derniers assurant le guidage en rotation de la jante (22) par rapport au moyeu (21) en phase de glissement. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les patins de frottement (C, C') ont la forme d'une bague circulaire, en forme de bande de disque. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les paliers lisses (A, B) ont la forme de bague cylindrique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 1 o caractérisé en ce que la partie fixe (20) comporte un châssis (11), l'élément fixe (12) du roulement (1) étant fixé sur ce châssis (11) apte à être sur fixé sur un support (2). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce que la structure mécanique comporte des composants électroniques. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure mécanique est une antenne. 20 25