Brevet FR3031636A1 — publié le 20160715

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un moteur électrique, destiné notamment à être intégré dans un actionneur de commande de vol, et un procédé de 5 fabrication d'un tel moteur. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans les avions, les gouvernes (volets ou ailerons mobiles) permettent de modifier l'écoulement de l'air environnant sur la surface de 10 l'avion, afin de piloter la position de l'avion dans l'espace. Les gouvernes incluent par exemple les gouvernes de vol primaires qui sont actionnées en phase de vol, et les gouvernes de vol secondaires (becs de bord d'attaque, volets hypersustentateurs) qui ne sont actionnées que lors de certaines phases de vitesse réduite, notamment les phases de 15 décollage et d'atterrissage. Parmi les gouvernes de vol primaires, les ailerons situés aux extrémités des ailes de l'avion, permettent de contrôler le mouvement de roulis de l'avion. Ces gouvernes sont montées pivotantes par rapport au fuselage de 20 l'avion, et chaque gouverne est actionnée mécaniquement par un actionneur de commande logé dans l'aile de l'avion. Lorsque les actionneurs sont des actionneurs hydrauliques, les phénomènes de vibration en provenance des gouvernes sont amortis par le fluide hydraulique ou par l'actionneur lui-même qui peut comporter une 25 fonction d'amortissement. En revanche, les actionneurs électromécaniques n'offrent pas le même avantage et impliquent l'utilisation d'équipements complémentaires comme des systèmes de frein et/ou des amortisseurs pour aboutir à un comportement de l'actionneur équivalent à celui d'un actionneur 30 hydraulique. 3031636 2 Pour pallier cet inconvénient, une première solution connue consiste à intégrer aux bobinages du stator, des spires en court-circuit (appelées « spires de Frager »). Cependant, cette solution a pour inconvénient de réduire le 5 coefficient de remplissage du stator par les bobinages, et impose de prévoir des interconnexions supplémentaires pour le câblage des bobinages. Une deuxième solution connue consiste à disposer une fourrure en matériau conducteur, par exemple en cuivre, dans l'entrefer magnétique entre le stator et le rotor. 10 Cette solution a pour inconvénient que la présence de la fourrure entraine une augmentation de l'entrefer magnétique, ce qui pour effet de dégrader les performances du moteur. De plus, l'amortissement obtenu étant lié à la géométrie de la fourrure, cet amortissement est difficilement réglable en fonction des 15 performances magnétiques recherchées. Le document FR 2 940 549 décrit une troisième solution consistant en un moteur électrique destiné à être utilisé dans un actionneur de commande de vol, comprenant un rotor équipé d'aimants permanents, un stator comprenant un empilage de tôles sur lequel sont enroulés des 20 bobinages, et un système de freinage, produisant, lorsque le moteur est au repos, un effet amortisseur face aux mouvements possibles du rotor. Le système de freinage comprend une culasse massive en forme de tube qui enveloppe l'empilage de tôles du stator. La culasse massive génère, par induction magnétique, un phénomène de frottement à la fois sec, par 25 hystérésis magnétique, et visqueux, par courants de Foucault, qui vient s'opposer à la rotation du rotor. La solution proposée dans ce document a également pour inconvénient que l'amortissement obtenu est lié à la géométrie de la culasse, cet amortissement étant difficilement réglable en fonction des 30 performances magnétiques recherchées. De plus, cette solution impose des contraintes de traitement thermique de la culasse massive afin d'obtenir un bon compromis entre la 3031636 3 résistance mécanique et les performances magnétiques de la culasse. En effet, les matériaux présentant une bonne résistance mécanique présentent généralement de faibles performances magnétiques, et inversement. RESUME DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer une solution simple pour générer un amortissement dans un moteur électrique tout en permettant un réglage plus facile de l'amortissement en fonction des performances magnétiques recherchées. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un moteur électrique comprenant : - un stator, et - un rotor à aimants permanents mobile en rotation par rapport au stator autour d'un axe de rotation, dans lequel le stator comprend un empilement de tôles dont chaque tôle s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe de rotation et dans lequel l'empilement comprend d'une part des premières tôles d'épaisseurs identiques et d'autre part au moins une deuxième tôle présentant une épaisseur supérieure à l'épaisseur d'une seule des premières tôles. Dans un tel moteur, la ou les deuxième(s) tôle(s) de plus forte épaisseur permettent l'apparition de courants de Foucault, qui créent un couple de freinage qui s'oppose à la rotation du rotor. Le coefficient d'amortissement obtenu peut être facilement ajusté en modifiant l'épaisseur de la ou des deuxième(s) tôle(s). En particulier, il est possible de modifier l'épaisseur de la ou des deuxième(s) tôle(s) sans modifier l'épaisseur totale de l'empilement, ce qui permet de modifier le coefficient d'amortissement sans modifier la géométrie des autres pièces du moteur. Le moteur électrique proposé peut en outre présenter les 30 caractéristiques suivantes : 3031636 4 - la ou les deuxième tôle(s) présente(nt) une épaisseur totale comprise entre 5% et 90% de l'épaisseur totale de l'empilement, par exemple entre 5 et 10% de l'épaisseur totale de l'empilement, - chaque première tôle présente une épaisseur comprise entre 0,1 5 et 1 millimètre, par exemple entre 0,3 et 0,5 millimètres, - la ou les deuxième(s) tôle(s) est(sont) formée(s) en un matériau identique au matériau formant les premières tôles, - la deuxième tôle est dimensionnée de sorte que le moteur électrique présente un coefficient d'amortissement compris entre 0,1.10-3 et 10 10.10-3 Nm/(rad/s), - le moteur électrique comprend un capteur de position agencé d'un premier côté des premières tôles et dans lequel la deuxième tôle est disposée d'un deuxième côté des premières tôles opposé au premier côté le long de l'axe de rotation. 15 L'invention concerne également un actionneur de gouverne de vol, comprenant un moteur électrique tel que défini précédemment. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un moteur électrique tel que défini précédemment, comprenant une étape de : - déterminer une épaisseur de la deuxième tôle en fonction d'un 20 coefficient d'amortissement désiré du moteur. L'épaisseur de la deuxième tôle est peut être déterminée comme suit : Ls Lm = -[K] x [Kdim] où Lm est l'épaisseur de la deuxième tôle, Ls est l'épaisseur totale de l'empilement de tôles, [K] est le coefficient d'amortissement théorique du 25 moteur pour un empilement théorique d'épaisseur Ls comprenant uniquement des premières tôles et [Kdim] est le coefficient d'amortissement désiré du moteur. 3031636 5 PRESENTATION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles : 5 - la figure 1 représente de manière schématique représente de manière schématique un aéronef, - la figure 2 représente de manière schématique un actionneur électromécanique de gouverne de vol, - la figure 3 représente de manière schématique différentes partie 10 d'un moteur électrique faisant partie de l'actionneur, - la figure 4 représente de manière schématique un empilement de tôles faisant partie du stator du moteur électrique, - les figures 5A à 5C représentent de manière schématique différentes formes possibles de tôles, 15 - la figure 6 représente de manière schématique le couple de frottement généré par le stator en fonction de la vitesse de rotation du rotor. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Sur la figure 1, l'aéronef 1 représenté est un avion comprenant un 20 fuselage 2 et des gouvernes 3 montées mobiles par rapport au fuselage 2. Les gouvernes 3 sont des ailerons situés aux extrémités des ailes de l'avion. Ces ailerons 3 permettent de contrôler le mouvement de roulis de l'avion, c'est-à-dire le mouvement de rotation de l'avion autour de l'axe longitudinal de l'avion. Chaque aileron 3 est monté mobile en rotation par 25 rapport au fuselage 2, autour d'un axe de rotation s'étendant sensiblement parallèlement à un bord de fuite de l'aile. L'ajustement de la position de chaque aileron 3 est assuré par un actionneur de commande associé à l'aileron 3. La figure 2 représente de manière schématique un tel actionneur. L'actionneur 4 comprend un moteur électrique 5, un capteur de position 6, un frein 7 et un ensemble mécanique de transmission 8. La figure 3 représente plus en détails le moteur électrique 5. 3031636 6 Le moteur électrique 5 comprend un carter 51, un stator 52 monté fixe à l'intérieur du carter 51 et un rotor 53 monté mobile en rotation par rapport au stator 52 autour d'un axe X de rotation. Le carter 51 est formé en deux parties. Il comprend un corps 54 et 5 un flasque 55. Le corps 54 définit une cavité 56 dans laquelle est logé le stator 52. Le flasque 55 est propre à être fixé sur le corps 54 pour fermer la cavité 56. Le rotor 53 comprend des aimants permanents. Le stator 52 comprend un corps 57 et des bobinages 58. Le corps 10 57 est constitué d'un empilement de tôles. L'empilement de tôles forme des dents sur lesquelles sont enroulés les bobinages 58. Les bobinages 58 sont logés dans les encoches formées entre les dents. Par ailleurs, le moteur 5 comprend également un capteur de position 59 pour mesurer une position angulaire du rotor 53 par rapport au 15 stator 52. Le capteur de position 59 est par exemple un capteur à effet Hall, un synchro-resolver ou un codeur incrémental. Comme représenté sur la figure 4, l'empilement 10 de tôles est constitué d'une pluralité de tôles s'étendant selon des plans radiaux par rapport à l'axe de rotation X. L'épaisseur totale de l'empilement, mesurée 20 selon la direction de l'axe X, est notée « Ls ». L'épaisseur totale de l'empilement est comprise entre 1 et 300 millimètres pour un diamètre extérieur de l'empilement compris entre 10 et 300 millimètres. L'empilement 10 comprend une première portion d'empilement 11 et une deuxième portion d'empilement 12. 25 La première portion d'empilement 11 est une portion feuilletée constituée d'une pluralité de premières tôles 13 disposées les unes contre les autres par assemblage mécanique, soudure ou collage. Les premières tôles 13 présentent des dimensions identiques entre elles. En particulier, les premières tôles 13 présentent des d'épaisseurs identiques. Chaque tôle 13 30 présente une épaisseur comprise entre 0,1 et 1 millimètre, de préférence comprise entre 0,3 et 0,5 millimètres. Les premières tôles 13 sont formées 3031636 7 en un alliage magnétique tel qu'un alliage Fer-Silicium (Fe-Si) ou un alliage Fer-Cobalt (Fe-Co). La première portion d'empilement 11 présente une épaisseur totale, mesurée selon la direction de l'axe X, notée « Lf ». 5 Dans l'exemple représenté sur la figure 4, la deuxième portion de l'empilement est une portion massive constituée d'une unique deuxième tôle 14. La deuxième tôle 14 est formée en un alliage magnétique pouvant être différent ou identique à l'alliage formant les premières tôles de tôle 13. La deuxième tôle 14 présente des dimensions identiques aux 10 dimensions des premières tôles 13, à l'exception de l'épaisseur. La deuxième tôle 14 présente une épaisseur supérieure à l'épaisseur de chacune des premières tôles 13. La deuxième tôle 14 présente une épaisseur, notée « Lm », comprise entre 1 et 270 millimètres. L'épaisseur Lm de la deuxième portion 12 est comprise entre 5 et 15 90% de l'épaisseur totale Ls de l'empilement, de préférence entre 5 et 10% de l'épaisseur totale Ls de l'empilement. En fonctionnement, lorsque le rotor 53 est entrainé en rotation par rapport au stator 52, la présence de la deuxième portion 12 (non-feuilletée) favorise l'apparition de courants de Foucault, qui créent un couple de 20 freinage qui s'oppose à la rotation du rotor. On notera que dans le moteur électrique 5 proposé, le capteur de position 59 est agencé de préférence d'un premier côté des premières tôles 13 et la deuxième tôle 14 est disposée d'un deuxième côté des premières tôles 13 opposé au premier côté le long de l'axe de rotation X. Cet 25 agencement a pour avantage de minimiser les perturbations du capteur de position par les courants de Foucault. Les figures 5A à 5C représentent de manière schématique différentes formes possibles de tôles 13 ou 14. La figure 5A représente la forme d'une tôle 13 (ou 14) d'un stator du 30 type à encoches 141 intérieures. La tôle 13 (ou 14) comprend une partie périphérique 142 circulaire et une série de dents 143 s'étendant en saillie de la partie périphérique 142 vers l'intérieur du stator. 3031636 8 La figure 5B représente la forme d'une tôle 13 (ou 14) d'un stator du type segmenté à encoches intérieures 141. La tôle 13 (ou 14) est identique à la tôle de la figure 5A, exceptée qu'elle est formée d'une pluralité de segments 140, chaque segment 140 comprenant un tronçon de la partie 5 périphérique 142 et une dent 143 associés. La figure 5C représente la forme d'une tôle 13 (ou 14) d'un stator du type à encoches 141 extérieures. La tôle 13 ou 14 comprend une partie centrale 144 circulaire propre à entourer le rotor et une série de dents 143 s'étendant en saillie de la partie centrale 144 vers l'extérieur du stator. 10 La figure 6 représente de manière schématique le couple de freinage généré (Couple C) en fonction de la vitesse de rotation du rotor (Vitesse de rotation V). Le couple C peut être déterminé comme suit : C = Co + [1(cum] x V où Co est le couple de freinage par hystérésis, [Kdim] est le coefficient 15 d'amortissement du moteur et V est la vitesse de rotation du rotor. Pour obtenir le coefficient d'amortissement [Kdim] désiré, l'épaisseur Lm de la deuxième tôle est déterminée comme suit : Ls Lm = -[K] X [1(cum] où Lm est l'épaisseur de la deuxième tôle 14, Ls est l'épaisseur totale de l'empilement de tôles, [K] est le coefficient d'amortissement théorique du 20 moteur pour un empilement théorique d'épaisseur Ls qui comprendrait uniquement des premières tôles 13 et [Kdim] est le coefficient d'amortissement désiré du moteur. Le coefficient d'amortissement théorique [K] peut être déterminé au préalable, soit de manière analytique, soit à l'aide d'outils de modélisation 25 numérique. En modifiant l'épaisseur Lm de la deuxième tôle 14 sans modifier l'épaisseur totale Ls de l'empilement, il est possible d'ajuster le coefficient d'amortissement sans modifier la géométrie des autres pièces du moteur électrique. 30 REVENDICATIONS1. Moteur électrique (5) comprenant : - un stator (52), et - un rotor à aimants permanents (53) mobile en rotation par rapport au stator (52) autour d'un axe de rotation (X), dans lequel le stator (52) comprend un empilement (10) de tôles dont chaque tôle (13, 14) s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe de rotation (X) et dans lequel l'empilement (10) comprend d'une part des premières tôles (13) d'épaisseurs identiques et d'autre part au moins une deuxième tôle (14) présentant une épaisseur supérieure à l'épaisseur d'une seule des premières tôles (13). 2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel la ou les deuxième tôle(s) 15 (14) présente(nt) une épaisseur totale (Lm) comprise entre 5% et 90% de l'épaisseur totale (Ls) de l'empilement (10). 3. Moteur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel chaque première tôle (13) présente une épaisseur comprise entre 0,1 et 1 20 millimètre. 4. Moteur selon l'une des revendication 1 à 3, dans lequel, la ou les deuxième(s) tôle(s) (14) est(sont) formée(s) en un matériau identique au matériau formant les premières tôles (13). 25 5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la deuxième tôle (14) est dimensionnée de sorte que le moteur électrique présente un coefficient d'amortissement compris entre 0,1.10-3 et 10.10-3 Nm/(rad/s). 30 6. Moteur électrique selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant un capteur de position (59) agencé d'un premier côté des premières tôles (13) 3031636 10 et dans lequel la deuxième tôle (14) est disposée d'un deuxième côté des premières tôles (13) opposé au premier côté le long de l'axe de rotation (X). 7. Actionneur (4) de gouverne de vol, comprenant un moteur électrique (5) 5 conforme à l'une des revendications 1 à 6. 8. Procédé de fabrication d'un moteur électrique (5) tel que défini par les revendications 1 à 6, comprenant une étape de : - déterminer une épaisseur (Lm) de la deuxième tôle (14) en 10 fonction d'un coefficient d'amortissement ([Kdirr,]) désiré du moteur. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'épaisseur de la deuxième tôle (14) est déterminée comme suit : Ls Lm = [Kdim] où Lm est l'épaisseur de la deuxième tôle (14), Ls est l'épaisseur totale de l'empilement (10) de tôles, [K] est le coefficient d'amortissement théorique du moteur pour un empilement théorique d'épaisseur Ls comprenant uniquement des premières tôles (13) et [Kdim] est le coefficient d'amortissement désiré du moteur.