Brevet FR2998375A1 — publié le 20140523

La présente invention cbncerne un capteur magnétique de vitesse angulaire, notamment destiné au domaine de l'aéronautique. On connaît dans le domaine de l'aviation, de tels capteurs ayant pour fonction de mesurer précisément la vitesse instantanée d'une roue d'un train d'atterrissage, permettant en particulier d'asservir le freinage au sol d'un aéronef. Aujourd'hui, la technologie magnétique à reluctance variable est particulièrement adaptée à cet environnement très exigeant notamment en matière de vibrations et de températures de fonctionnement. A titre d'exemple, le document FR-2 689 700 décrit un tel capteur. Un capteur de vitesse angulaire à reluctance variable comporte un circuit magnétique composé d'un aimant permanent engendrant un champ d'excitation magnétique, et de pièces ferromagnétiques canalisant le flux. Ces pièces fecromagnétiques comprennent un stator "fixe" solidaire du support de la roue, et un rotor "mobile" solidaire en rotation de la roue. L'une et l'autre de ces pièces comportent un nombre égal de dents en saillie, séparées radialement par rapport à l'axe de rotation par un jeu appelé entrefer. Le capteur a pour but de mesurer la vitesse de rotation angulaire relative entre le rotor et le stator. A cet effet, une bobine est disposée dans le champ magnétique de l'aimant permanent. La variation de la réluctance du trajet du flux dans la bobine, due aux dents en mouvement relatif, provoque une variation du signal de fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor par rapport au stator. Une difficulté dans ce type de capteur réside dans le fait que la variation de flux magnétique dans l'entrefer génère également un couple dit "d'indexation" (ou cogging), alternatif et de même fréquence que le signal mesuré. La partie du système dont la vitesse angulaire est à mesurer, appelée "arbre menant" est usuellement reliée au rotor par un accouplement permettant de compenser dans certaines limites les désalignements. Si cet accouplement comporte un jeu angulaire ou une raideur en torsion trop faible, le couple d'indexation va avoir pour effet d'induire un mouvement angulaire relatif entre l'arbre menant et le rotor qui va donc altérer la mesure de vitesse. Afin de rendre la mesure moins sensible à cet éventuel problème, il convient d'essayer de minimiser la variation de flux totale vue par l'entrefer (générant le couple d'indexation) tout en maximisant celle vue par la bobine (générant le signal). L'invention vise à pallier ce type d'inconvénient rencontré dans les capteurs de l'art antérieur. Plus particulièrement, l'invention a pour but de fournir un capteur de vitesse angulaire dans lequel la résultante du flux dans l'entrefer est sensiblement constante. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur de vitesse angulaire comprenant un stator et un rotor susceptibles d'être respectivement liés à deux organes dont on veut mesurer la vitesse angulaire relative, le stator et le rotor étant munis de dentures en vis-à-vis, et comprenant en outre des moyens pour engendrer un flux magnétique, une bobine agencée pour être traversée par ledit flux et des moyens pour fermer le circuit magnétique, le stator comprenant deux dentures coaxiales décalées angulairement disposées chacune en vis-à-vis de la denture du rotor. Ainsi, la variation de flux dans l'entrefer de la deuxième denture et du rotor s'additionne à celle dans l'entrefer de la première denture. Si la perméabilité du matériau statorique est très élevée par rapport au rapport dimensionnel de la largeur de la pièce/entrefer, les amplitudes sont quasiment égales. Dans un mode de réalisation particulier, les deux dentures du 25 stator comprennent le même nombre de dents. Plus particulièrement, les deux dentures du stator peuvent être décalées angulairement d'un demi-pas de dent. Egalement dans un mode de réalisation particulier, les deux dentures sont réalisées d'une seule pièce et dans la même opération 30 d'usinage. On peut ainsi obtenir un déphasage pratiquement parfait, de sorte que la variation de flux totale dans l'entrefer est théoriquement nulle, très faible dans la pratique, ce qui diminue considérablement le couple d'indexation Egalement dans un mode de réalisation particulier, ladite bobine est montée entre les deux dentures du stator. Egalement dans un mode de réalisation particulier, les moyens pour fermer le circuit magnétique comprennent une rondelle coaxiale au 5 rotor et au stator. Dans un autre mode de réalisation, les moyens pour fermer le circuit magnétique comprennent un deuxième stator coaxial au premier stator. Le deuxième stator peut également comporter deux dentures 10 coaxiales décalées angulairement. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, des modes de réalisation de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : 15 - la figure 1 est une vue de principe en demi-coupe axiale d'un capteur magnétique de vitesse angulaire selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une section selon la ligne AA de la figure 1, - la figure 3 est une section selon la ligne BB de la figure 1, - la figure 4 est une vue schématique en demi-coupe axiale d'un capteur selon un autre mode de réalisation de l'invention, - les figures 5 et 6 illustrent le trajet du flux magnétique dans le capteur de la figure 1, - la figure 7 est une vue de face du stator d'un capteur selon 30 l'invention, - la figure 8 en est une vue en coupe axiale selon la ligne AA de la figure 7, et 20 25 - la figure 9 est une vue à plus grande échelle du détail B de la figure 7. Le capteur représenté à la figure 1 se compose d'un rotor 1 comprenant une denture intérieure s'étendant axialement tout le long de la partie statorique active, et d'un ensemble statorique comprenant un stator 2 à double dentures décalées entre lesquelles est disposée une bobine électrique 3, un aimant permanent 4, et une rondelle 5 permettant de fermer le circuit magnétique. La deuxième denture du stator 2 est décalée angulairement d'un demi-pas de dent par rapport à la première, comme montré aux figures 2 et 3. La bobine électrique 3 est positionnée sur la pièce statorique entre les deux dentures de telle sorte qu'elle capte la variation de distribution du flux magnétique aui passe alternativement en majorité par l'une puis par l'autre des dentures, comme le montrent les figures 5 et 6. La forme particulière des dentures du stator 2 est, selon le présent exemple de réalisation et sans que cela soit limitatif, celle décrite dans le document FR-2 689 700. Ces dernières augmentent les variations de flux magnétique, comparées à des dentures classiques de forme trapézoïdale. Si l'on définit un indicateur d'efficacité (E) égal au rapport de la variation de flux utile (vue par la bobine) sur la variation de flux parasite (dans l'entrefer), on constate que l'invention permet d'améliorer cet indicateur d'efficacité d'un facteur 10 par rapport à une disposition classique. La figure 4 montre un capteur redondant comprenant un rotor 11 comprenant une denture intérieure s'étendant axialement tout le long de la partie statorique active, et d'un ensemble statorique comprenant un premier stator 12 à double dentures décalées entre lesquelles est disposée une première bobine électrique 13, un aimant permanent 14, et un deuxième stator 15 à double dentures décalées entre lesquelles est disposée une deuxième bobine électrique 16. La rondelle de retour de flux de la figure 1 est donc ici remplacée par un deuxième stator. Ont été comparées les performances d'un capteur à une seule bobine entre une conception classique (une seule denture au stator) et la conception de l'invention. L'encombrement, l'interface mécanique ainsi que la masse restent similaires pour les deux configurations (variation de la masse Des relevés de mesure de couple d'indexation et de tension de la bobine confirment que l'indicateur d'efficacité a été multiplié d'un facteur de l'ordre de 10 : Conception classique : 15 V/(N.m) Conception de l'invention : 150 V/(N.m) L'amélioration est encore accrue entre un capteur redondant de conception classique (deux bobines et une seule denture par stator) et un capteur redondant selon l'invention. L'utilisation de matériau à forte perméabilité magnétique relative (>10000) a permis d'augmenter encore l'indicateur d'efficacité mesurée 20 sur un prototype à plus de 450V/(N.m). Les figures 7 à 9 représentent un stator 22 du type de celui de la figure 1 réalisé d'une seule pièce dans la même opération d'usinage. Pour une application donnée, l'accouplement entre la roue dont on veut mesurer la vitesse de rotation et le rotor du capteur se fait par 25 un arbre flexible permettant de compenser les défauts d'alignement sans induire de charges dans les roulements. De telles charges auraient pour effet de réduire très significativement la fiabilité et la durée de vie du capteur. Ce même arbre flexible a incidemment une raideur en torsion assez faible. Le couple d'indexation d'un capteur de conception 30 usuelle induit alors un mouvement angulaire relatif entre l'arbre menant et le rotor qui altère la mesure de vitesse de façon inacceptable. Le même essai a été réalisé avec un capteur de conception innovante. Grâce à son couple d'indexation beaucoup plus faible, ce capteur n'engendre plus d'altération inacceptable de la mesure. 35 REVENDICATIONS1. Capteur de vitesse angulaire comprenant un stator (2 ; 12 ; 22) 5 et un rotor (1 ; 11) susceptibles d'être respectivement liés à deux organes dont on veut mesurer la vitesse angulaire relative, le stator et le rotor étant munis de dentures en vis-à-vis, et comprenant en outre des moyens (4 ; 14) pour engendrer un flux magnétique, une bobine (3 ; 13) agencée pour être traversée par ledit flux et des moyens (5 ; 15) 10 pour fermer le circuit magnétique, caractérisé par le fait que le stator comprend deux dentures coaxiales décalées angulairement disposées chacune en vis-à-vis de la denture du rotor. 2. Capteur selon la revendication 1, dans lequel les deux dentures du stator comprennent le même nombre de dents. 15 3. Capteur selon la revendication 2, dans lequel les deux dentures du stator sont décalées angulairement d'un demi-pas de dent. 4. Capteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deux dentures sont réalisées d'une seule pièce. 5. Capteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 20 ladite bobine est montée entre les deux dentures du stator. 6. Capteur selon l'une des revendications précédentes dans lequel les moyens pour fermer le circuit magnétique comprennent une rondelle (5) coaxiale au rotor et au stator. 7. Capteur selon l'une des revendications précédentes dans lequel 25 les moyens pour fermer le circuit magnétique comprennent un deuxième stator (15) coaxial au premier stator. 8. Capteur selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel le deuxième stator comporte également deux dentures coaxiales décalées angulairement. 30