Brevet FR3017600A1 — publié le 20150821

La présente invention concerne un actionneur pourvu d'un dispositif de blocage d'un élément mobile. L'invention est par exemple utilisable dans le domaine 5 aéronautique pour le blocage d'un aileron ou d'un volet d'aéronef. L'actionneur peut être linéaire ou rotatif. Un actionneur comprend une structure fixe et un élément d'actionnement mobile par rapport à la structure fixe. Dans le domaine aéronautique, la tendance générale 10 est aux actionneurs comprenant un moteur électrique rotatif entraînant un système de transmission de mouvement permettant de pousser ou tirer un levier solidaire de l'organe à déplacer. L'actionneur comprend généralement un dispositif 15 de blocage en position de l'élément d'actionnement pour éviter un déplacement intempestif de l'organe à déplacer lorsque le moteur électrique n'est plus alimenté, par exemple à la suite d'une défaillance. Le dispositif de blocage a un état de libération 20 de l'élément d'actionnement dédié à un mode de fonctionnement normal du moteur et un état de blocage dédié à un mode de panne du moteur. Le dispositif de blocage en rotation comprend généralement un stator, un rotor monté pour pivoter autour d'un axe de pivotement, 25 au moins un élément de blocage monté entre le stator et le rotor pour être mobile entre une position d'interaction avec le rotor et le stator et une position escamotée par rapport au rotor, et un moyen d'actionnement de l'élément de blocage entre ces deux 30 positions. Le dispositif peut être agencé de telle manière qu'il interdise la rotation du rotor quel que soit le sens de rotation. Alternativement, le dispositif peut être agencé de telle manière qu'il interdise la rotation 35 du rotor dans un unique sens de rotation et laisse libre la rotation dans le sens opposé. Le dispositif de ce dernier type le plus connu est la roue libre dont l'élément de blocage est un cliquet ou un rouleau qui est rappelé en position d'interaction par un élément de rappel élastique. Le rotor est alors libre de tourner dans un des sens de rotation tandis que l'élément de blocage s'oppose à la rotation du rotor dans l'autre des sens de rotation. Un but de l'invention est de fournir un 10 dispositif de blocage qui soit efficace et fiable tout en ayant un encombrement limité, une relativement faible masse et une relativement faible inertie du rotor. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un actionneur comprenant une structure fixe et un élément 15 d'actionnement mobile par rapport à la structure fixe, un dispositif de blocage en position de l'élément d'actionnement étant monté sur la structure fixe et ayant un état de blocage et un état de libération de l'élément d'actionnement. Le dispositif de blocage comprend en 20 série un limiteur d'effort et au moins un élément de blocage agencé pour être mis en appui sur une surface de l'élément d'actionnement de manière à s'opposer par arc-boutement à un mouvement de l'élément d'actionnement selon une direction prédéterminée. L'actionneur comprend 25 un organe de commande du dispositif de blocage dans son état de libération et un organe de rappel élastique du dispositif de blocage dans son état de blocage. Ainsi, l'invention permet de disposer d'un actionneur à système de blocage commandé associant un 30 élément de blocage à arc-boutement et un limiteur d'effort permettant d'écrêter les pics d'efforts appliqués sur les pièces de l'actionneur lors de l'arc-boutement de l'élément de blocage. Le fait d'avoir un élément de blocage à arc-boutement permet un blocage 35 intervenant à n'importe quelle position de l'élément d'actionnement (et pas seulement au niveau d'une dent comme avec un cliquet). Le dispositif de blocage de l'invention procure en outre une progressivité au blocage et une protection des composants de l'actionneur, et des structures reliées à l'actionneur vis-à-vis de l'à coup au moment du blocage du dispositif. On élimine également les problèmes de rebond que l'on peut rencontrer avec les cliquets lorsqu'ils se posent sur le sommet d'une dent de la roue à rochets. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi 15 lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un actionneur selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique partielle 20 de cet actionneur, en coupe selon la ligne II- Il de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique partielle, en coupe transversale, de l'actionneur selon le premier mode de réalisation de l'invention, 25 - la figure 4 est une vue schématique du dispositif de blocage selon le premier de réalisation de l'actionneur, - la figure 5a est une vue analogue à la figure 3 d'un dispositif de blocage selon une variante 30 de réalisation, - la figure 5b est une vue analogue à la figure 2 de cette variante de réalisation, - les figures 6, 7, 8, 9 sont des vues analogues à la figure 4 d'un actionneur selon des 35 deuxième, troisième, quatrième et cinquième modes de réalisation de l'invention. L'invention est ici décrite en application avec un actionneur d'une surface mobile de vol d'un aéronef. Cette surface mobile de vol est par exemple une gouverne, 5 un volet, un élevon, un aileron ou autre. En référence à la figure 1, un tel actionneur rotatif comporte une structure fixe, un élément mobile en rotation, et un organe de motorisation entraînant en rotation l'élément mobile par rapport à la structure 10 fixe. Plus précisément, l'actionneur comprend ici un bâti 100 sur lequel est monté un moteur électrique rotatif 101 ayant un arbre de sortie entraînant via un réducteur 102 un écrou d'un système de transmission de mouvement par écrou et arbre fileté. L'écrou est monté pour être libre 15 en rotation et fixe en translation par rapport au bâti 100. L'arbre fileté 103 est engagé dans l'écrou et a une extrémité reliée à un levier 104 solidaire de la gouverne. L'actionneur comprend également un dispositif de 20 blocage en rotation de manière qu'en absence d'alimentation la gouverne puisse reprendre sa position neutre mais ne puisse pas sortir par l'effet des efforts aérodynamiques. Le dispositif de blocage, généralement désigné en 105, est monté entre le moteur 101 et le 25 réducteur 102. En référence également aux figures 2 à 4, le dispositif de blocage 105 selon l'invention comprend un stator 1 relié à la structure fixe et un rotor 2 solidaire en rotation de l'arbre de sortie du moteur 101 30 et monté pour pivoter autour d'un axe de pivotement 3. Le stator 1 a ici la forme d'une couronne montée autour du rotor 2, le stator 1 et le rotor 2 étant coaxiaux l'un à l'autre. Le stator 1 forme ici un carter ayant une extrémité solidaire du carter du moteur 101 et une 35 extrémité solidaire du carter du réducteur 102. Le dispositif de blocage 105 comprend en série un limiteur d'effort, ici un limiteur de couple, généralement désigné en 4, et des éléments de blocage 5 portés par le limiteur de couple 4. Le limiteur de couple 4 comprend une couronne 6 montée dans le stator 1 coaxialement au rotor 2. Le rotor 2 est monté pour avoir un jeu axial parallèlement à l'axe 3 et être libre en rotation par rapport au stator 1. La couronne 6 comprend une face de friction 6.1 en regard d'une surface de frottement 7 du stator 1 et une face 6.2 sur laquelle appuie un ressort 8 précontraint via une bague filetée 9 vissée dans le stator 1 parallèlement à l'axe 3. On comprend que la bague filetée 9 permet de régler l'effort fourni par le ressort 8 appliquant la couronne 6 contre la surface de frottement 7 et donc le couple au-delà duquel la couronne 6 peut être entraînée en rotation par rapport au stator 1. Les éléments de blocage 5 sont ici au nombre de quatre disposés autour du rotor 2. Chaque élément de blocage 5 est une mâchoire montée sur la couronne 6 pour pivoter de manière excentrée autour d'un axe 10 parallèle à l'axe 3 entre une première position dans laquelle la mâchoire est écartée de la surface 2.1 périphérique du rotor 2 et une deuxième position dans laquelle la mâchoire a une surface 5.1 en appui contre la surface 2.1. Un ressort 11 est monté entre chaque élément de blocage 5 et la couronne 6 pour appliquer l'élément de blocage 5 vers sa deuxième position. La surface 5.1 est agencée de telle manière que, lorsque l'élément de blocage 5 est dans sa deuxième position, il laisse libre la rotation du rotor 2 dans un premier sens de rotation R1 et bloque la rotation du rotor 2 dans un deuxième sens de rotation R2 en s'arc-boutant sur le rotor 2. Pour ce faire, l'agencement est dessiné de façon à ce que la ligne du point de pivotement de la mâchoire au point de contact et la normale à la surface de contact forment un angle inférieur à l'angle de frottement des deux matériaux sur eux-mêmes. Ainsi, les éléments de blocage 5 exercent, par un effet de 5 coincement, un effort de serrage croissant du rotor 2 soumis à un couple d'entraînement dans le deuxième sens de rotation et s'opposent de manière croissante à la rotation de celui-ci. On notera que, du fait de cet arc-boutement, il est nécessaire, pour décoincer les éléments 10 de blocage 5, d'amorcer un mouvement du rotor 2 dans le sens de rotation R1 avant de pouvoir ramener relativement facilement les éléments de blocage 5 vers leur deuxième position. Ainsi : 15 - lorsque les éléments de blocage 5 sont dans leur première position, le dispositif de blocage est dans un état de libération du rotor 2, et - lorsque les éléments de blocage 5 sont dans 20 leur deuxième position, le dispositif de blocage est dans un état de blocage du rotor 2. Les ressorts 11 forment donc un organe de rappel élastique du dispositif de blocage dans son état de blocage. 25 L'actionneur comprend un organe de commande du dispositif de blocage dans son état de libération. L'organe de commande comprend un solénoïde 12 et des moyens d'alimentation, non représentés mais connus en eux-mêmes, agencés pour que le solénoïde 12 alimenté 30 maintienne les éléments de blocage décollés de ladite surface 2.1 du rotor 2 à l'encontre des organes de rappel. Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, l'organe de commande comprend un verrou 35 annulaire 13 mobile parallèlement à l'axe 3 entre une position de maintien dans laquelle le verrou 13 forme une butée empêchant les éléments de blocage de prendre appui contre la surface 2.1 et une position de libération dans laquelle le verrou 13 laisse les éléments de blocage libres de prendre appui sur la surface 2.1 du rotor 2 sous l'effet des organes de rappel 11. Le solénoïde 12 est agencé pour déplacer le verrou 13 vers sa position de maintien lorsqu'il est alimenté, l'alimentation du solénoïde 12 étant assurée dans le mode de fonctionnement où le moteur est également alimenté. Le verrou 13 et les éléments de blocages coopèrent par des surfaces de came agencées de telle manière que, lorsque le verrou est amené de sa position de libération de l'élément de blocage à sa position de maintien de l'élément de blocage alors que l'élément de blocage est au contact de ladite surface de l'organe d'actionnement, le verrou provoque le décollement de l'élément de blocage de ladite surface. On comprend qu'en l'absence d'alimentation du solénoïde 12, les éléments de blocage 5 sont amenés dans leur deuxième position par les ressorts 11 en repoussant le verrou 13 dans sa position de libération. Si le rotor 2 est soumis à un couple dans le sens de rotation R2, les éléments de blocage 5 s'arc-boutent et s'opposent au mouvement de rotation. Si le couple d'entraînement du rotor 2 est inférieur à celui nécessaire pour vaincre la friction de face de friction 6.1 de la couronne 6 contre la surface de frottement 7, le rotor 2 est bloqué en rotation. Si le couple d'entraînement du rotor 2 est supérieur à celui nécessaire pour vaincre la friction de la couronne 6 sur la surface de frottement 7, le rotor 2 entraîne avec lui les éléments de blocage 5 et la couronne 6 dont la face de friction 6.1 va frotter sur la surface de frottement 7 et freiner la rotation du rotor 2. L'agencement du verrou 13 coulissant axialement offre une bonne résistance du maintien des éléments de blocage 5 y compris en présence de vibrations. Dans la variante des figures 5a et 5b, les éléments de blocage 5 sont des rouleaux ou des billes susceptibles de rouler sur des rampes 50 du stator 1. Dans une version avantageuse, les billes sont préférées aux rouleaux afin d'éviter un positionnement de travers lors du roulage sur les rampes. Chaque rampe 50 a une première extrémité 50.1 pourvue d'un logement de réception de la bille concernée et une deuxième extrémité 50.2 s'étendant à une distance de l'axe de pivotement 3 inférieure à une distance séparant la première extrémité 50.1 et l'axe de pivotement 3. Ainsi, lorsque les billes sont dans les logements, elles définissent un contour de diamètre supérieur au diamètre du rotor 2 tandis que, lorsque les billes sont au voisinage des extrémités 50.2, elles définissent un contour de diamètre sensiblement égal au diamètre du rotor 2. On comprend que de la sorte : - lorsque les billes sont dans les logements par l'action du verrou 13, elles laissent libre la rotation du rotor 2 dans les deux sens de rotation (position représentée sur les figures 5a et 5b), - lorsque les billes sont en appui sur les rampes 50 au voisinage des extrémités 50.2, les éléments de blocage s'opposent à la rotation du rotor 2 dans le sens de rotation R2 (dans ce sens de rotation, les billes tendent à être ramenées vers la deuxième extrémité 50.2 30 des rampes 50 par leur frottement sur le rotor 2 et exercent en conséquence un effort de frottement croissant sur le rotor 2 jusqu'à obtenir un coincement) et laissent libre la rotation du rotor 2 dans le sens de rotation R1 (dans ce sens de rotation, les billes tendent à être 35 ramenées vers la première extrémité 50.1 des rampes 50). Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique dans la description qui suit des autres modes de réalisation en référence aux figures 6 à 9. Selon le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 6, le dispositif de blocage 105 a une structure identique à celle précédemment décrite sauf en ce qu'il est dépourvu de verrou. Le solénoïde 12 est agencé pour attirer directement les éléments de blocage 5 10 dans leur deuxième position. Le solénoïde peut à cette fin avoir la forme d'une bobine s'étendant dans la couronne 6 coaxialement à l'axe 3. Selon le troisième mode de réalisation représenté à la figure 7, le dispositif de blocage 105 a une 15 structure identique à celle précédemment décrite sauf en ce que les éléments de blocage 5 sont solidaires d'un support intermédiaire tournant et le solénoïde 12 est agencé pour désolidariser le support et la couronne 6 du limiteur de couple 4 du dispositif de blocage 105. Ainsi, 20 lorsque le solénoïde est alimenté, les éléments de blocage 5 sont librement entraînés par l'arbre 2. En cas d'absence d'alimentation du solénoïde, le support est solidarisé à la couronne 6 de sorte qu'en cas de rotation de l'arbre 2 dans le sens de rotation R2, le support va 25 avoir tendance à entraîner la couronne 6 dont la face de friction 6.1 frotte contre la surface de frottement 7 et s'oppose au mouvement dans le sens de pivotement R2. En variante, les éléments de blocage 5 sont montés sur la couronne 6 et le solénoïde est agencé pour 30 maintenir la couronne 6 dans une position écartée de la surface de frottement 7 en s'opposant à l'action du ressort de rappel 8. Dans la position écartée, le limiteur de couple ne s'oppose donc pas à la rotation de l'arbre 2. Ceci suppose cependant d'avoir un solénoïde 35 relativement puissant puisqu'il doit s'opposer au ressort de rappel 8. Selon les quatrième et cinquième modes de réalisation représentés aux figures 8 et 9 respectivement, le dispositif de blocage 105 comprend un limiteur de couple 4 et des éléments de blocage 5 comme précédemment mais les éléments de blocage 5 sont montés sur un support disposé entre le stator 1 et le limiteur de couple 4 et non plus entre le rotor 2 et le limiteur de couple 4 comme dans les modes de réalisation précédents. Le support des éléments de blocage 5 est solidaire du stator 1 et les éléments de blocage 5 sont montés pour prendre appui sur une surface cylindrique de la couronne 6. La face de friction de la couronne 6 est appliquée par un élément élastique contre une surface radiale solidaire en rotation de l'arbre 2. L'actionneur comprend comme précédemment un solénoïde formant un organe de commande du dispositif de blocage. Selon le quatrième mode de réalisation représenté à la figure 8, le solénoïde 12 est agencé pour maintenir la face de friction de la couronne 6 à distance de la surface radiale de l'arbre 2. Ainsi, lorsque le solénoïde est alimenté, l'arbre 2 pivote librement sans être freiné par le limiteur de couple. En cas d'absence d'alimentation du solénoïde, la face de friction est en appui contre la surface radiale dû rotor 2 qui entraîne en rotation la couronne 6. Dans ce cas, si le rotor 2 est soumis à un couple dans le sens de rotation R1, les éléments de blocage 5 laisse libre le mouvement de la couronne 6. Si le rotor 2 est soumis à un couple dans le sens de rotation R2, les éléments de blocage 5 s'arc-boutent et s'opposent au mouvement de rotation de la couronne 6 et donc du rotor 2. Dans le cinquième mode de réalisation de la 35 figure 9, le solénoïde 12 est agencé pour attirer directement les éléments de blocage 5 dans leur deuxième position. Ainsi, lorsque le solénoïde est alimenté, les éléments de blocage 5 sont maintenus écartés de la couronne 6 qui est libre de tourner avec le rotor 2. Lorsque le solénoïde n'est pas alimenté et que le rotor pivote dans le sens de rotation R1, les éléments de blocage 5 laissent libre la rotation de la couronne 6 et donc du rotor 2. Lorsque le solénoïde n'est pas alimenté et que le rotor pivote dans le sens de rotation R2, les éléments de blocage 5 sont arc-boutés sur la couronne 6 qui frotte sur le rotor 2 et s'oppose au pivotement du rotor 2. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante 15 entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, le dispositif de blocage peut être incorporé au moteur ou à un ensemble réducteur associé au moteur, ou bien encore être séparé du moteur. 20 Le rotor peut avoir la forme d'une couronne montée pour pivoter autour du stator. En outre, le nombre et le type d'éléments de blocage peuvent être différents de ceux décrits. Le verrou peut agir sur l'élément d'appui ou sur 25 le limiteur de couple. Les éléments de blocage peuvent être disposés symétriquement autour du rotor 2. L'actionneur peut être un actionneur linéaire ou rotatif. 30 REVENDICATIONS1. Actionneur comprenant une structure fixe (100) et un élément d'actionnement (2) mobile par rapport à la structure fixe, un dispositif de blocage (105) en position de l'élément d'actionnement étant monté sur la structure fixe et ayant un état de blocage et un état de libération de l'élément d'actionnement, caractérisé en ce que le dispositif de blocage comprend en série un limiteur d'effort (4) et au moins un élément de blocage (5) agencé pour être mis en appui sur une surface (2.1) de l'élément d'actionnement de manière à s'opposer par arc-boutement à un mouvement de l'élément d'actionnement selon une direction prédéterminée, en ce que l'actionneur comprend un organe de commande du dispositif de blocage dans son état de libération et un organe de rappel (11) élastique du dispositif de blocage dans son état de blocage. 2. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel le limiteur d'effort comprend un élément de friction (6) qui est appliqué contre une surface (7) solidaire de la structure fixe (100) et qui porte l'élément de blocage (5). 3. Actionneur selon la revendication 2, dans 25 lequel l'organe de rappel est agencé pour appliquer l'élément de blocage (5) contre ladite surface (2.1) de l'élément d'actionnement (2) et l'organe de commande comprend un solénoïde (12)et des moyens d'alimentation agencés pour que le solénoïde alimenté maintienne 30 l'élément de blocage décollé de ladite surface à l'encontre de l'organe de rappel (11). 4. Actionneur selon la revendication 3, dans lequel l'organe de commande comprend un verrou (13) mobile entre une position de libération dans laquelle le 35 verrou forme une butée empêchant l'élément de blocage (5)de prendre appui contre l'élément d'actionnement (2) et une position de maintien dans laquelle le verrou laisse l'élément de blocage libre de prendre appui sur l'élément d'actionnement sous l'effet de l'organe de rappel, le solénoïde (12) étant agencé pour déplacer le verrou vers la position de maintien de l'élément de blocage dans la position de libération. 5. Actionneur selon la revendication 4, dans lequel le verrou mobile (13) et l'élément de blocage (5) coopèrent par des surfaces de came agencées de telle manière que, lorsque le verrou est amené de sa position de libération de l'élément de blocage à sa position de maintien de l'élément de blocage alors que l'élément de blocage est au contact de ladite surface (2.1) de l'élément d'actionnement (2), le verrou provoque le décollement de l'élément de blocage de ladite surface. 6. Actionneur selon la revendication 4, dans lequel le verrou (13) est mobile selon une direction parallèle à l'élément d'actionnement (2). 7. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel l'élément de blocage (5) est monté sur la structure fixe (100) et agit sur une surface du limiteur d'effort (4). 8. Actionneur selon la revendication 1, dans 25 lequel l'élément d'actionnement (2) est monté pour pivoter par rapport à la structure fixe (100). 9. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'actionnement (2) comprend une ligne de transmission ayant un arbre à relativement haute vitesse 30 et un arbre à relativement basse vitesse, et le dispositif de blocage (5) est monté pour agir sur l'arbre à relativement haute vitesse. 10. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel l'élément de blocage (5) est une bille, un rouleau 35 I ou une mâchoire pivotante à pivotement excentré.