Brevet FR3047346A1 — publié le 20170804

L'invention concerne un bloc propulseur, notamment pour un drone, et un drone équipé d'un tel bloc propulseur. Ces drones sont notamment les drones à voilure tournante de type quadricoptère ou des drones de type aile volante qui sont pourvus d'un ou plusieurs blocs propulseurs avec pour chacun une hélice entrainée par un moteur propre. L'AR.Drone 2.0 ou le Bebop Drone de Parrot SA, Paris, France sont des drones à voilure tournante de type quadricoptère et l'eBee de SenseFly SA, Suisse est un drone de type aile volante. Ils sont équipés d'une série de capteurs (accéléromètres, gyromètres 3 axes, altimètre) et peuvent comprendre au moins une caméra. Les drones à voilure tournante sont pourvus de plusieurs blocs propulseurs entrainés par des moteurs respectifs aptes à être commandés de manière différenciée afin de piloter le drone en attitude et en vitesse. Le WO 2011/058257A1 décrit précisément la structure des blocs propulseurs d'un drone à voilure tournante, qui comportent chacun une hélice entrainée par un moteur électrique via un système de réduction de la vitesse de rotation, généralement très élevée, de ce moteur. En outre, il est connu du document EP 2 873 614 un bloc propulseur de drone dans lequel le bloc propulseur est du type à entrainement direct et le rotor du moteur est solidaire en rotation du moyeu de l'hélice. Ces configurations présentent de bonnes performances mais ne permettent pas une évolution des capacités du bloc propulseur, notamment elles ne permettent pas d'intégrer de nouvelles fonctionnalités. Le but de l'invention est d'offrir une nouvelle fonctionnalité au bloc moteur notamment afin de véhiculer une information à l'utilisateur, par exemple au pilote du drone. Pour atteindre les buts précités, l'invention propose une hélice destinée à être assemblée sur un moteur électrique du type moteur synchrone sans balais à cage tournante ayant un arbre central creux, comprenant un moyeu et une pluralité de pales. De façon caractéristique de l'invention, au moins une pale de l'hélice comprend une pluralité de diodes électroluminescentes, l'hélice comprend en outre un dispositif de commande des diodes électroluminescentes, un 3047346 2 dispositif de communication positionné sur le moyeu de l'hélice de manière à communiquer avec un dispositif de communication d'un moteur électrique via l'arbre creux dudit moteur, le dispositif de commande des diodes étant apte à communiquer avec le dispositif de communication de 5 l'hélice afin d'émettre et/ou recevoir des commandes. Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses : - le dispositif de communication est un dispositif émetteur et récepteur. - le dispositif de communication est un dispositif émetteur / récepteur 10 à infrarouge. - l'hélice comprend un capteur de champ magnétique. - la pluralité de diodes électroluminescentes est positionnée sur la longueur de l'hélice. L'invention propose aussi un moteur électrique du type moteur synchrone 15 sans balais à cage tournante, ayant un support moteur, une partie fixe comprenant un stator relié au support moteur, une partie mobile comprenant un rotor mobile autour d'un axe central de rotation du moteur, et un dispositif de commande moteur. De façon caractéristique de l'invention, le moteur comprend un arbre cen- 20 tral creux, le support moteur comprend un dispositif de communication apte à communiquer avec un dispositif de communication intégré dans une hélice assemblée sur le moteur, le dispositif de communication étant positionné d'un côté de l'arbre creux du moteur, et le dispositif de commande moteur est apte à communiquer avec le dispositif de communica- 25 tion du moteur afin d'émettre et/ou recevoir des commandes. Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses : le moteur électrique comprend au moins une inductance disposée sur la partie fixe du moteur et au moins une inductance disposée sur la partie mobile du moteur pour recevoir de la puissance. 30 le dispositif de communication est un dispositif émetteur et récep- teur. le dispositif de communication est un dispositif émetteur / récepteur à infrarouge. - le moteur électrique comprend un aimant disposé sur la partie fixe 35 du moteur. 3047346 3 L'invention propose aussi un bloc propulseur, en particulier pour un drone, comprenant une hélice comprenant un moyeu et une pluralité de pales, un moteur électrique du type moteur synchrone sans balais à cage tournante, ayant un support moteur, le moteur ayant une partie fixe compre- 5 nant un stator relié au support moteur, et une partie mobile comprenant un rotor mobile autour d'un axe central de rotation du moteur pour l'entrainement de l'hélice, et un dispositif de commande moteur. De façon caractéristique de l'invention, au moins une pale de l'hélice comprend une pluralité de diodes électroluminescentes, l'hélice comprend 10 en outre un dispositif de commande des diodes électroluminescentes, le moteur comprend un arbre central creux, le support moteur comprend un dispositif de communication positionné d'un côté de l'arbre creux du moteur de manière à communiquer avec un dispositif de communication intégré dans une hélice assemblée sur le moteur via l'arbre creux dudit mo- 15 teur, et le dispositif de commande moteur est apte à communiquer avec le dispositif de communication du moteur afin d'émettre et/ou recevoir des commandes du dispositif de commande des diodes. Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses : - le moteur électrique comprend au moins une inductance disposée 20 sur la partie fixe du moteur et au moins une inductance disposée sur la partie mobile du moteur pour recevoir de la puissance apte à alimenter le dispositif de commande des diodes. - les dispositifs de communication sont des dispositifs émetteur et récepteur. 25 - les dispositifs de communication sont des dispositifs émetteur / ré- cepteur à infrarouge. - le moteur électrique comprend un aimant disposé sur la partie fixe du moteur et l'hélice comprend un capteur de champ magnétique de sorte à détecter la position de l'hélice par rapport à la partie fixe 30 du moteur. L'invention propose aussi un drone comprenant un corps de drone et au moins un bloc propulseur conforme à l'invention. 0 35 3047346 4 On va maintenant décrire un exemple de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques. La Figure 1 est une vue en perspective d'un drone selon un mode de réa- 5 lisation de l'invention, avec quatre blocs propulseurs. La Figure 2 est une vue en coupe du bloc propulseur par un plan axial, avec l'hélice solidarisée au moteur, cette figure montrant notamment la structure interne du moteur à cage tournante. La Figure 3 est une vue du résultat de l'affichage réalisé au moyen du 10 bloc propulseur conforme à l'invention. La Figure 4 est une vue fonctionnelle détaillée du bloc propulseur selon un mode de réalisation de l'invention. 0 15 On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre de l'invention. Sur la Figure 1, la référence 10 désigne de façon générale un drone, qui est par exemple un quadricoptère tel que le modèle Bebop Drone de Parrot SA, Paris, France. 20 Conformément à l'invention, le drone peut être un drone de type aile vo- lante. Le drone illustré en Figure 1 comporte quatre blocs propulseurs 12 dont les moteurs sont pilotés indépendamment par un système intégré de navigation et de contrôle d'attitude. 25 L'invention s'applique également à un drone de type aile volante tel que l'eBee de SenseFly, SA, Suisse. Sur la Figure 1, il est représenté le drone 10, avec un corps de drone 16 solidaire de quatre bras de liaison 18 rayonnant à partir du corps du drone. Chaque bras est équipé à son extrémité distale d'un bloc propul- 30 seur 12 comprenant un moteur entrainant en rotation une hélice 20. Selon un mode de réalisation particulier, en partie inférieure, le bloc propulseur 12 est prolongé par un support du corps de drone 22 formant un pied sur lequel pourra reposer au sol le drone à l'arrêt. Conformément à l'invention, le bloc propulseur 12 comprend une hélice 35 20 ayant un moyeu 24 et une pluralité de pales 26, notamment au moins 3047346 5 deux pales et un moteur électrique 28 du type moteur synchrone sans balais à cage tournante, ayant un support moteur 30. Le moteur comprend un stator 32 relié au support moteur et un rotor 34 mobile autour d'un axe central de rotation du moteur pour l'entrainement 5 de l'hélice et un dispositif de commande moteur 38. Le dispositif de com- mande moteur 38 permet de commander et contrôler la vitesse du moteur. Le moteur comprend un arbre central 36, l'arbre central est par exemple un arbre mobile en rotation. Le moteur 28 de chaque bloc propulseur entraine en rotation une hélice 10 respective 20 s'étendant dans un plan approximativement horizontal au- dessus du bras 18. Tel qu'illustré en figure 2, cette hélice 20 comporte notamment un moyeu 24 à partir duquel s'étendent radialement une ou plusieurs pales 26, par exemple au nombre de deux ou de trois comme dans l'exemple illustré de 15 la figure 1. Le moyeu 24 et les pales 26 sont avantageusement réalisés sous forme monobloc, par exemple à partir d'une matière plastique moulée d'une seule pièce. De façon caractéristique, le moyeu 24 comprend une paroi supérieure en forme de disque plat prolongée à sa périphérie par une paroi extérieure 20 cylindrique 29 portant les pales 26. Tel qu'illustré en figure 2, au moins une pale 26 de l'hélice comprend une pluralité de diodes électroluminescentes 42 et l'hélice comprend un dispositif de commande 44 des diodes électroluminescentes afin de commander l'éclairage ou non de chacune des diodes électroluminescentes et la 25 couleur de chacune des diodes électroluminescentes. Pour ce faire, les diodes électroluminescentes sont par exemple des diodes électroluminescentes polychromatiques ou monochromatiques. Un tel ensemble permet de créer à partir d'une telle hélice mise en rotation, un affichage tel que montré en figure 3. 30 Pour réaliser un tel affichage, la pluralité de diodes électroluminescentes est positionnée sur la longueur de la pale, dans le sens radial de la pale. De préférence, afin de réaliser de la persistance rétinienne sans scintillement, il est nécessaire que l'image complète soit affichée à plus de 30Hz. Ainsi, l'image affichée est correcte notamment lorsque la vitesse de rota- 35 tion de l'hélice atteint environ 1 800 rotations par minute. 3047346 6 Le moteur 28 comprend une partie fixe 30 formant support, pouvant être solidarisé au bras de liaison 18 du corps de drone et une partie mobile. La partie fixe 30 du moteur porte une pluralité de bobinages fixes enroulés sur des mandrins respectifs, ces bobinages étant enroulés autour d'un 5 axe orienté radialement par rapport à l'axe de rotation du moteur et consti- tuant les différents éléments du stator 32 du moteur synchrone permettant la création d'un champ tournant entre les différents bobinages. La partie mobile du moteur comprend le rotor 34 notamment fixé à une cage tournante 46 sur laquelle sera par exemple solidarisée l'hélice 20 10 aux fins d'entrainement direct de cette dernière. Plus précisément, la cage tournante 46 comprend une jupe latérale cylindrique 48 dont le diamètre extérieur est égal au diamètre intérieur de la paroi cylindrique 50 du moyeu 24 de l'hélice, de manière à pouvoir emboiter ce moyeu sur la cage tournante 46, avec un très léger jeu pour pouvoir 15 faire tourner l'hélice autour de la cage lors du montage/démontage de cette hélice sur le moteur. La jupe latérale 48 porte côté intérieur les éléments magnétiques (aimants permanents) constituant le rotor 34 destinés à être entrainés par le champ tournant créé par les bobinages 32 disposés en vis-à-vis. 20 La cage tournante 46 est montée sur un arbre central mobile 36 de rota- tion du moteur. Conformément à l'invention, l'arbre central 36 est un arbre creux. La partie fixe 30 formant support du moteur comprend un dispositif de communication 54 et l'hélice comprend également un dispositif de com- 25 munication 56 intégré dans celle-ci. Conformément à l'invention, les dispositifs de communication 54, 56 sont positionnés de part et d'autre de l'arbre central 36 creux de rotation du moteur afin d'être apte à communiquer, notamment de manière optique, en utilisant la partie creuse de l'arbre central du moteur. 30 Selon un mode de réalisation, le moyeu 24 de l'hélice comprend une paroi intégrant le dispositif de communication 56 de sorte que lorsque le moyeu est fixé au moteur 28, le dispositif de communication 56 soit positionné au-dessus de la partie creuse de l'arbre central du moteur. De même, le support moteur 30 comprend, par exemple inséré dans 35 l'épaisseur du support, un dispositif de communication 54 positionné tel 3047346 7 que lors de l'assemblage de l'arbre central 36 du moteur, le dispositif de communication 54 soit positionné au niveau de la partie creuse de l'arbre central 36 du moteur. Conformément à l'invention, afin de piloter et contrôler l'affichage d'un 5 message par le bloc propulseur, le dispositif de commande moteur 38 est apte à communiquer avec le dispositif de communication 54 du moteur pour émettre des commandes au dispositif de commande 44 des diodes via le dispositif de communication 56 et/ou recevoir des commandes du dispositif de commande 44 des diodes via les dispositifs de communica- 10 tion 56 et 54. En effet, selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de commande moteur 38 pilote l'affichage du message réalisé sur l'hélice, notamment par envoi des commandes au dispositif de commande des diodes de l'hélice afin de faire afficher le message souhaité. 15 Selon un mode de réalisation particulier, les dispositifs de communication 54 et 56 sont des dispositifs émetteur et récepteur, par exemple, des dispositifs émetteur / récepteur à infrarouge. La communication bidirectionnelle des dispositifs de communication permet 20 - d'une part l'envoi de commandes et la mise à jour du logiciel du dispositif de commande des diodes de l'hélice par le dispositif de commande moteur au dispositif de commande des diodes de l'hélice et - d'autre part, la réception, par le dispositif de commande moteur, 25 d'informations par exemple des informations de statut du fonction- nement du dispositif de commande des diodes de l'hélice. Selon un mode de réalisation, le dispositif de commande des diodes 44 et le dispositif de communication 56 de l'hélice peuvent être surmoulés de sorte à protéger ces dispositifs des chocs et de l'humidité et de permettre 30 de bonnes performances aérodynamiques. L'affichage via les diodes électroluminescentes de l'hélice permet d'afficher un message textuel, une image notamment en couleur, une vidéo ou un logo tel que représenté en figure 3. La commande émise par le dispositif de commande 44 à chacune des 35 diodes électroluminescentes intégrées à l'hélice, permet l'allumage ou 3047346 8 non de chacune des diodes ainsi que la couleur souhaitée. La persistance rétinienne de l'oeil permet de voir ou lire un message émis par l'hélice lorsque celle-ci est en mouvement. Afin de transmettre la puissance nécessaire au dispositif de commande 5 44 des diodes électroluminescences pour fonctionner, il doit être inséré un mécanisme pour transmettre du moteur à l'hélice cette puissance nécessaire. Selon un mode de réalisation particulier, le moteur électrique 28 comprend au moins une inductance 60 disposée sur la partie fixe du moteur et 10 au moins une inductance 62 disposée sur la partie mobile du moteur pour recevoir la puissance qui est ensuite transmise à l'hélice notamment via un câble électrique permettant au dispositif de commande 44 des diodes et aux diodes de fonctionner. Comme illustré sur la figure 4, l'inductance 60 positionnée sur la partie 15 fixe du moteur et l'inductance 62 positionnée sur la partie mobile du mo- teur sont couplées de sorte à recevoir de la puissance qui est délivrée aux dispositifs présents dans l'hélice. En outre, afin de synchroniser l'hélice et la partie fixe du moteur, il est inséré dans le moteur électrique un aimant 64 sur la partie fixe du moteur et 20 il est inséré un capteur de champ magnétique 66, par exemple un capteur à effet Hall, dans l'hélice de sorte à détecter la position de l'hélice par rapport à la partie fixe du moteur. Selon un aspect particulier, l'hélice comprend des moyens de connexion reliant le dispositif de commande des diodes, le dispositif de communica- 25 tion, les diodes électroluminescentes et le capteur de champs magné- tique. Ces moyens de connexion sont réalisés par exemple par un flexible conducteur surmoulé ou un circuit imprimé (« Printed Circuit Board » en terminologie anglo-saxonne), par exemple un circuit imprimé rigide. La figure 4 représente de manière schématique l'architecture électronique 30 du bloc propulseur conformément à l'invention. Il est représenté la partie fixe 102 et la partie mobile 104 du bloc propulseur 12. La partie fixe du bloc propulseur comprend un moyen de connexion à une alimentation 106, ce moyen de connexion est relié notamment à 35 l'inductance 60 disposée sur la partie fixe le moteur 28 de sorte à venir 3047346 9 alimenter l'inductance 62. La partie fixe du bloc propulseur comprend également un dispositif de commande moteur 38 comprenant par exemple un microcontrôleur, le dispositif de commande moteur 38 étant relié au moins au dispositif de communication 56 du moteur. 5 Enfin, conformément à l'invention, la partie fixe du bloc propulseur com- prend un aimant 64. La partie mobile du bloc propulseur composée de la partie rotor du moteur sur laquelle est assemblée une hélice, comprend une inductance 62 apte à alimenter les dispositifs de l'hélice. 10 Notamment l'inductance 62 est apte à être reliée électriquement à un re- dresseur et à un stockeur d'énergie 108, par exemple une capacité, le redresseur et le stockeur d'énergie étant par exemple montés sur l'hélice. L'hélice comprend un dispositif de communication 56 relié à un dispositif de commande des diodes 44 comprenant par exemple un microcontrô- 15 leur, celui-ci pilotant les diodes électroluminescentes 42 positionnées sur au moins une pale de l'hélice. Le stockeur d'énergie 108 alimente aussi le dispositif de commande des diodes 44 de l'hélice. Enfin, la partie mobile du bloc propulseur comprend un capteur de champ magnétique 66, par exemple un capteur à effet Hall positionné sur l'hélice 20 et communiquant avec le dispositif de commande des diodes 44 de l'hélice. Les dispositifs de communication 54 et 56 respectivement de la partie fixe et de la partie mobile du bloc propulseur vont communiquer, notamment par liaison optique, par exemple par infrarouge. 25 Enfin, l'aimant 64 positionné sur la partie fixe du bloc moteur va émettre un champ magnétique que le capteur à champ magnétique 66 positionné sur la partie mobile du bloc propulseur va détecter. Ainsi, il apparait clairement à la lecture de cette figure, que les parties fixe et mobile du bloc propulseur sont couplées sans lien physique en ce qui 30 concerne la transmission de puissance, la communication entre les diffé- rents dispositifs de communication et pour la synchronisation de ces deux parties. REVENDICATIONS1. Hélice (20) destinée à être assemblée sur un moteur électrique du type moteur synchrone sans balais à cage tournante ayant un arbre central creux, comprenant un moyeu (24) et une pluralité de pales (26), caractérisée en ce qu'au moins une pale de l'hélice comprend une pluralité de diodes électroluminescentes (42), l'hélice comprend en outre o un dispositif de commande (44) des diodes électroluminescentes, o un dispositif de communication (56) positionné sur le moyeu de l'hélice de manière à communiquer avec un dispositif de communication d'un moteur électrique via l'arbre creux dudit moteur, o le dispositif de commande (44) des diodes étant apte à communiquer avec le dispositif de communication (56) de l'hélice afin d'émettre et/ou recevoir des commandes. 2. Hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de communication est un dispositif émetteur et récepteur. 3. Hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de communication est un dispositif émetteur / récepteur à infrarouge. 4. Hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hélice comprend un capteur de champ magnétique (66). 5. Hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisée en ce que la pluralité de diodes électroluminescentes est positionnée sur la longueur de l'hélice. 3047346 11 6. Moteur (28) électrique du type moteur synchrone sans balais à cage tournante, ayant un support moteur, une partie fixe comprenant un stator (32) relié au support mo- 5 teur, - une partie mobile comprenant un rotor (34) mobile autour d'un axe central de rotation du moteur, et - un dispositif de commande moteur (38), caractérisé en ce que : 10 le moteur comprend un arbre central creux, - le support moteur comprend un dispositif de communication (54) positionné d'un côté de l'arbre creux du moteur de manière à communiquer avec un dispositif de communication (56) intégré dans une hélice assemblée sur le moteur via l'arbre creux 15 dudit moteur, et - le dispositif de commande moteur (38) est apte à communiquer avec le dispositif de communication du moteur afin d'émettre et/ou recevoir des commandes. 20 7. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moteur électrique comprend au moins une inductance (60) disposée sur la partie fixe du moteur et au moins une inductance (62) disposée sur la partie mobile du moteur pour recevoir de la puissance. 25 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisée en ce que le dispositif de communication est un dispositif émetteur et récepteur. 30 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractéri- sé en ce que le dispositif de communication est un dispositif émetteur / récepteur à infrarouge. 3047346 12 10. Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le moteur électrique comprend un aimant (64) disposé sur la partie fixe du moteur. 5 11.Bloc propulseur (12), en particulier pour un drone, comprenant - une hélice (20) comprenant un moyeu (24) et une pluralité de pales (26), - un moteur (28) électrique du type moteur synchrone sans balais à cage tournante, ayant un support moteur, le moteur ayant une 10 partie fixe comprenant un stator (32) relié au support moteur, et une partie mobile comprenant un rotor (34) mobile autour d'un axe central de rotation du moteur pour l'entrainement de l'hélice, et un dispositif de commande moteur (38), caractérisé en ce que : 15 - au moins une pale (26) de l'hélice comprend une pluralité de diodes électroluminescentes (42), l'hélice comprend en outre un dispositif de commande (44) des diodes électroluminescentes, le moteur comprend un arbre central (36) creux, 20 - le support moteur comprend un dispositif de communication (54) apte à communiquer avec un dispositif de communication (56) intégré dans l'hélice, les dispositifs de communication étant positionnés de part et d'autre de l'arbre creux du moteur, et - le dispositif de commande moteur (38) est apte à communiquer 25 avec le dispositif de communication (54) du moteur afin d'émettre et/ou recevoir des commandes du dispositif de commande (44) des diodes. 12.Bloc propulseur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le 30 moteur électrique comprend au moins une inductance (60) dispo- sée sur la partie fixe du moteur et au moins une inductance (62) disposée sur la partie mobile du moteur pour recevoir de la puissance apte à alimenter le dispositif de commande des diodes. 3047346 13 13. Bloc propulseur selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que les dispositifs de communication sont des dispositifs émetteur et récepteur. 5 14. Bloc propulseur selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les dispositifs de communication sont des dispositifs émetteur / récepteur à infrarouge. 15. Bloc propulseur selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, 10 caractérisé en ce que le moteur électrique comprend un aimant (64) disposé sur la partie fixe du moteur et l'hélice comprend un capteur de champ magnétique (66) de sorte à détecter la position de l'hélice par rapport à la partie fixe du moteur. 15 16.Drone (10) comprenant un corps de drone (16) et au moins un bloc propulseur (12) conforme à l'une quelconque des revendications 11 à 15.