Brevet FR3105401A1 — publié le 20210625

Résolveur angulaire comportant un stator, un rotor, au moins un premier enroulement d’excitation (5a), au moins deux voies de sortie sinus et cosinus, ainsi qu’une électronique adaptée pour le traitement des signaux de ces deux voies de sortie, caractérisé en ce qu’il comporte un deuxième enroulement d’excitation (5b) décalé de 90°électriques par rapport au premier enroulement d’excitation (5a) et une source adaptée pour l’excitation de ce deuxième enroulement à une fréquence différente de la fréquence d’excitation du premier enroulement. Figure pour l’abrégé : Figure 3 Résolveur angulaire à double excitation DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR La présente invention concerne les résolveurs angulaires. Elle trouve en particulier avantageusement application dans le domaine de l’aéronautique. Le principe général d’un exemple de résolveur angulaire est illustré sur les figures 1a à 1e. Ce résolveur comporte un stator 1 annulaire et un rotor 2 librement rotatif dans le stator 1 (axe A). Le rotor 2 comporte généralement un bobinage primaire (P1 sur les figures 1a à 1c), tandis que le stator 1 comporte deux bobinages secondaires décalés de 90° électriques (S1 et S2 sur ces mêmes figures). Le résolveur fonctionne comme un transformateur dont le couplage varie avec l'angle mécanique du rotor. Lorsqu'on excite le bobinage rotor P1 avec une tension alternative VP1 (figure 1d), on récupère sur les bobinages secondaires S1 et S2 deux tensions alternatives VS1 et VS2. Le traitement et suivi de ces signaux sur les deux voies de sortie correspondantes (dites « sinus » et « cosinus »), permettent de déterminer la position angulaire du rotor (laquelle est par exemple donnée par le ratio entre les amplitudes des deux tensions VS1 et VS2. De nombreuses autres variantes de réalisation sont bien entendu possibles, notamment des variantes intégrant des transformateurs au niveau du rotor et/ou du stator. Aujourd’hui, dans les domaines aéronautiques et optroniques, le niveau de disponibilité demandé se fait souvent au détriment de la fiabilité et de la masse embarquée due à la redondance du système. La redondance s’obtient en effet classiquement en doublant voire en triplant le nombre de résolveurs et en comparant les différents signaux. C’est ce qui est illustré sur la figure 2 sur laquelle on a représenté deux résolveurs 11 et 12, chacun comportant : - un bobinage d’excitation (référencés respectivement « Excitation 1 » et « Excitation 2 »), - une sortie sinus (« Voie sinus 1 », « Voie sinus 2 ») ; - une sortie cosinus (« Voie cosinus 1 », « Voie Cosinus 2 »). PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L’INVENTION Un but de l’invention est de proposer une solution de redondance permettant de conserver une très faible masse embarquée et le même niveau de disponibilité qu’avec une solution de redondance classique. Un autre but de l’invention est de proposer une solution permettant d’augmenter la fiabilité du résolveur. Selon un aspect, l’invention propose un résolveur angulaire comportant un stator, un rotor, au moins un premier enroulement d’excitation, au moins deux voies de sortie sinus et cosinus, ainsi qu’une électronique adaptée pour le traitement des signaux de ces deux voies de sortie, caractérisé en ce qu’il comporte un deuxième enroulement d’excitation décalé de 90°électriques par rapport au premier enroulement d’excitation (5a) et une source adaptée pour l’excitation de ce deuxième enroulement à une fréquence différente de la fréquence d’excitation du premier enroulement. Avec une telle solution, la redondance est assurée sans dédoubler le circuit magnétique du résolveur (stator/rotor), qui est le principal contributeur en termes de masse. On tire ainsi parti du fait que les pannes des résolveurs n’ont jamais comme origine une défaillance du circuit magnétique, mais sont principalement liées à l’électronique et parfois à une défaillance du bobinage. Un tel résolveur est en outre avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - l’électronique comporte au moins un circuit adapté à la démodulation du signal d’au moins l’une des deux voies de sortie aux fréquences du signal d’excitation du premier enroulement et/ou du signal d’excitation du deuxième enroulement ; - l’électronique comporte plusieurs circuits de démodulation et de -traitement indépendants ; - les circuits de démodulation et de traitement indépendants sont isolés mécaniquement et thermiquement ; - le résolveur comporte deux sources d’excitation distinctes pour l’excitation du premier et du deuxième enroulement ; L’invention concerne également l’utilisation d’un résolveur angulaire du type précité, pour le suivi d’un angle d’un équipement d’un aéronef. Elle propose en outre un aéronef comportant au moins un tel résolveur. PRÉSENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : les figures 1a à 1e, déjà discutées, illustrent schématiquement un exemple de résolveur de l’état de la technique ; la figure 2 illustre une solution de redondance classiquement connue dans l’état de la technique ; la figure 3 illustre un résolveur redondant conforme à un mode de réalisation possible de l’invention ; les figures 4a à 4d illustrent différents modes de démodulation possibles pour la récupération des signaux SIN et COS correspondant . DESCRIPTION D’UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE et DE rÉalisation Le résolveur 20 illustré sur la figure 3 a la particularité de présenter au moins deux enroulements d’excitation 5a et 5b décalés de 90° électriques, pour un seul circuit magnétique (stator/rotor). L’enroulement 5a est alimenté par une tension d’excitation habituelle pour un résolveur (« Excitation 1 »). L’enroulement 5b est alimenté par une deuxième tension d’excitation (« Excitation 2 ») qui présente une fréquence différente de celle de la première excitation (« Excitation 1 »). Dans un exemple de mise en œuvre, la fréquence de la tension d’excitation « Excitation 1 » est comprise entre 5 et de 15 kHz, typiquement autour de 10 kHz, tandis que celle de la deuxième tension d’excitation « Excitation 2 » est comprise entre 2 et 20 kHz. Une même source d’alimentation peut être utilisée pour générer les deux signaux d’excitation. En variante, il est possible de prévoir une électronique d’alimentation indépendante pour chacun des deux enroulements 5a et 5b, afin d’accroitre la redondance. L’enroulement 5a est l’enroulement d’excitation principal habituel du résolveur, tandis que l’enroulement 5b est : - soit un enroulement déjà en place sur le résolveur (des enroulements en court-circuit sont en effet souvent déjà en place dans la plupart des résolveurs afin d’assurer une impédance constante quelle que soit la position du rotor), - soit un enroulement que l’on rajoute à celui-ci. Le résolveur 20 comporte en outre deux bobinages SIN et COS classiques dont les sorties sont envoyées sur une ou plusieurs électroniques de traitement pour la récupération des signaux SIN et COS aux fréquences des signaux d’excitation. Dans l’exemple de démodulation illustré sur les figures 4a et 4b, les signaux des voies SIN et COS (Acquisition) sont redressés en utilisant un signal d’Excitation « Exc », qui selon la sortie que l’on veut obtenir est le signal « Excitation 1 » ou le signal « Excitation 2 ». Après Redressement, ces signaux font l’objet d’un filtrage (Démodulation). Les sorties intermédiaires obtenues permettent le calcul de l’angle (fonction ArcTg.) Dans cette solution, on peut prévoir que l’électronique comporte deux circuits de ce type, l’un alimenté par le signal « Excitation 1 », l’autre alimenté par le signal le signal « Excitation 2 ». Dans les variantes illustrées sur les figures 4c et 4d, le circuit redresse le signal de la voie SINUS (ou respectivement celui de la voie COSINUS) avec les tensions d’excitation « Excitation 1 » et « Excitation 2 », puis met en œuvre un filtrage et un calcul d’angle. Les électroniques pour la démodulation et le traitement des signaux des voies de sortie SIN et COS sont par exemple indépendants, de façon à assurer une plus grande redondance. On prévoit par conséquent typiquement quatre cartes électroniques indépendantes que l’on isole thermiquement et mécaniquement. La solution ainsi proposée permet un fonctionnement et la sortie d’une valeur d’angle dans la plupart des cas fonctionnels, et notamment dans les cas suivants : - Résolveur sans panne, - Résolveur avec perte de l’excitation « 1 », - Résolveur avec perte de l’excitation « 2 », - Résolveur avec perte de l’information du bobinage sinus, - Résolveur avec perte de l’information du bobinage cosinus. Ainsi, le résolveur à plusieurs excitations proposé est parfaitement résistant aux pannes. Il permet de remplacer les solutions de redondance classiques dans lesquelles on double ou triple les résolveurs, avec une solution qui permet de forts gains en masse (au moins 30%), avec une fiabilité améliorée et la même disponibilité sur l’information angulaire. La solution proposée est ainsi particulièrement intéressante dans le cas d’applications dans le domaine de l’aéronautique, pour le suivi angulaire d’un équipement d’un aéronef notamment pour des suivis de positions de rotation de moteur électrique d’actionneurs de petite ou moyenne puissance, et plus généralement pour le suivi angulaire de tout système rotatif nécessitant une solution fiable, robuste, précise avec une longue durée de vie. Des applications typiques sont la mesure de la position angulaire d’une gouverne, ou encore la mesure de la position d’un rotor de moteur électrique pour le piloter. D’autres applications encore peuvent être le suivi de la rotation des roues, le suivi de la rotation d’un moteur de ventilation, etc… Résolveur angulaire comportant un stator, un rotor, au moins un premier enroulement d’excitation (5a), au moins deux voies de sortie sinus et cosinus, ainsi qu’une électronique adaptée pour le traitement des signaux de ces deux voies de sortie, caractérisé en ce qu’il comporte un deuxième enroulement d’excitation (5b) décalé de 90°électriques par rapport au premier enroulement d’excitation (5a) et une source adaptée pour l’excitation de ce deuxième enroulement à une fréquence différente de la fréquence d’excitation du premier enroulement. Résolveur angulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’électronique comporte au moins un circuit adapté à la démodulation du signal d’au moins l’une des deux voies de sortie aux fréquences du signal d’excitation du premier enroulement et/ou du signal d’excitation du deuxième enroulement. Résolveur angulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’électronique comporte plusieurs circuits de démodulation et de traitement indépendants. Résolveur angulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que les circuits de démodulation et de traitement indépendants sont isolés mécaniquement et thermiquement. Résolveur angulaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte deux sources d’excitation distinctes pour l’excitation du premier et du deuxième enroulement. Résolveur angulaire selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence d’excitation du premier enroulement est comprise entre 5 et de 15 kHz et la fréquence d’excitation du deuxième enroulement est comprise entre 2 et 20 kHz. Résolveur angulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fréquence d’excitation du premier enroulement est de l’ordre de 10 kHz. Utilisation d’un résolveur angulaire selon la revendication 1, pour le suivi d’un angle d’un équipement d’un aéronef. Aéronef comportant au moins un résolveur selon l’une des revendications 1 à 7.