Brevet FR3116165A1 — publié le 20220513

L’invention concerne un actionneur électromagnétique bistable comprenant une carcasse s’étendant partiellement autour d’un axe de rotation de l’actionneur, une bobine d’excitation supportée par la carcasse pour générer un flux magnétique de commande, un rotor mobile autour de l’axe de rotation de l’actionneur et apte à être immobilisé selon deux positions angulaires stables en fonction du flux magnétique généré par la bobine, un organe d’actionnement couplé au rotor pour former un ensemble mobile en rotation ; et un dispositif de commande manuelle comprenant un arbre d’entraînement couplé cinématiquement au rotor de sorte qu’une rotation de l’arbre d’entraînement engendre une rotation du rotor. FIGURE DE L’ABREGE : Fig.2 Actionneur électromagnétique rotatif à commande manuelle et valve de frein de parking équipée d’un tel actionneur L’invention concerne le domaine des actionneurs électromagnétiques et plus particulièrement un actionneur électromagnétique rotatif à commande manuelle, ainsi qu’une valve de frein de parking d’aéronef comprenant un tel actionneur. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION D’une manière générale, un frein de roue d’aéronef comporte des éléments de friction solidaires pour certains de la roue et pour d’autres d’un stator, et un vérin de frein agencé pour exercer sur les éléments de friction un effort suffisant pour bloquer en rotation la roue d’aéronef. Au parking, le vérin de frein est activé par un dispositif de commande dédié (appelé ici système de frein de parking) et distinct du dispositif de commande du vérin de frein en phase d’atterrissage. Le système de frein de parking comporte un distributeur hydraulique communément appelé PBSELV (de l’anglais « Park Brake Selector Valve ») ou PBSOV (de l’anglais « Park Brake Shut-off Valve »), dont un tiroir ou un clapet est généralement déplacé par un actionneur électromécanique. L’actionneur électromécanique comprend un moteur électrique avec un stator et un rotor, et un ensemble vis/écrou dont l’un des éléments est entraîné en rotation par le rotor et l’autre élément est astreint à coulisser sans rotation entre deux positions pour commander le déplacement du tiroir ou du clapet. L’engrenage formé par l’ensemble vis/écrou est réputé irréversible de sorte que ce type d’actionneur ne permet pas de commander manuellement le déplacement dudit tiroir ou dudit clapet. Or, pour des raisons de maintenance, il serait intéressant de pouvoir commander le distributeur PBSELV / PBSOV en l’absence d’électricité. Il serait par ailleurs intéressant de pouvoir commander manuellement le frein de parking en cas de panne électrique ou de dysfonctionnement électronique. OBJET DE L’INVENTION L’invention a donc pour objet de proposer un actionneur électromagnétique bistable commandable à la fois électriquement et manuellement pour piloter un distributeur tel que celui d’un système de frein de parking d’aéronef. A cet effet, on prévoit, selon l’invention, un actionneur électromagnétique bistable comprenant : une carcasse s’étendant partiellement autour d’un axe de rotation de l’actionneur, au moins une bobine d’excitation supportée par la carcasse pour générer un flux magnétique de commande, un rotor mobile autour de l’axe de rotation de l’actionneur et apte à être immobilisé selon deux positions angulaires stables en fonction du flux magnétique généré par la bobine, un organe d’actionnement couplé au rotor pour former un ensemble mobile en rotation, et un dispositif de commande manuelle comprenant un arbre d’entraînement couplé cinématiquement au rotor de sorte qu’une rotation de l’arbre d’entraînement engendre une rotation du rotor. L’organe d’actionnement peut ainsi être déplacé par une excitation de la bobine ou une rotation de l’arbre d’entraînement de sorte que l’actionneur est commandable à la fois électriquement et manuellement. De manière particulière, l’arbre d’entraînement s’étend suivant l’axe de rotation de l’actionneur. De manière particulière, le dispositif de commande manuelle comprend une manette agencée à une extrémité de l’arbre d’entraînement pour entraîner en rotation ledit arbre d’entraînement. De manière particulière, la course du rotor entre ses deux positions angulaires stables est suffisante pour que la manette puisse constituer un indicateur de position du rotor, les positions extrêmes de la manette étant suffisamment écartées pour être distinguées l’une de l’autre sans hésitation à l’œil nu. De manière particulière, la course du rotor est sensiblement égale à 30 degrés. De manière particulière, la tige a une portion reçue pour tourner, autour de l’axe de rotation du rotor, dans un alésage ménagé dans un capot d’extrémité rapporté de manière amovible sur un carter de l’actionneur. De manière particulière, un joint d’étanchéité est monté dans l’alésage ménagé dans le capot d’extrémité pour assurer une étanchéité entre la tige et le capot d’extrémité. De manière particulière, le rotor comprend un noyau en matériau ferromagnétique et au moins un aimant permanent logé dans une cannelure du noyau. Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, une pluralité d’aimants permanents est fixée sur le noyau pour faciliter la tenue en vibration du rotor dans l’une ou l’autre de ses positions stables. De manière particulière, l’organe d’actionnement et l’arbre d’entraînement sont venus de matière avec le rotor. L’invention concerne également une valve de frein de parking d’aéronef comprenant un tel actionneur et un élément de distribution mobile entre deux positions de service. L’organe d’actionnement est relié à l’élément de distribution pour commander un déplacement dudit élément de distribution entre ses deux positions de service. De manière particulière, l’élément de distribution comprend au moins un clapet ou un tiroir. L’invention concerne en outre un aéronef équipé d’un circuit de freinage comportant au moins une telle valve. L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels : la est une représentation simplifiée d’un aéronef qui est équipé d’un circuit de freinage pourvu d’un actionneur électromagnétique bistable selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la est une vue en coupe partielle de l’actionneur électromagnétique bistable, selon un plan passant par un axe de rotation de l’actionneur ; la est une vue en coupe de l’actionneur illustré à la selon un premier plan III orthogonal à l’axe de rotation de l’actionneur, représenté dans l’un de ses deux états stables ; la est une vue en coupe de l’actionneur illustré à la selon un deuxième plan IV orthogonal à l’axe de rotation de l’actionneur, représenté en milieu de course entre ses deux états stables ; la est une vue en coupe d’un deuxième mode de réalisation de l’actionneur selon un plan orthogonal à l’axe de rotation de l’actionneur, représenté en milieu de course entre ses deux états stables. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence à la , l’invention est ici décrite en application au blocage en rotation de roues R montées sur les atterrisseurs principaux L d’un aéronef P. L’aéronef P est équipé d’un circuit de freinage F dédié qui comporte une valve V de frein ayant un élément de distribution mobile entre deux positions. Le déplacement de l’élément de distribution est commandé par un actionneur électromagnétique bistable, généralement désigné en 1. L’actionneur 1 comprend, selon un premier mode de réalisation de l’invention, un ensemble fixe désigné de façon générale par la référence 10, ainsi qu’un ensemble mobile en rotation autour d’un axe central X et désigné de façon générale par la référence 20. Comme illustré à la , l’ensemble fixe 10 comprend une carcasse 11 réalisée en matériau ferromagnétique. La carcasse 11 comprend une portion annulaire 11c de laquelle s’étendent en saillie radiale six plots 11b identiques formant des pôles 11a orientés vers l’axe X et équitablement répartis autour dudit axe X. Chacun des plots 11a est entouré par un enroulement d’une bobine 12 électromagnétique de manière à pouvoir exciter les pôles 11a en générant des flux magnétiques lorsque les bobines 12 sont alimentées électriquement. L’ensemble mobile 20 comprend un rotor 21 mobile en rotation autour de l’axe X et une tige 22 couplée au rotor 21 pour former un organe d’actionnement s’étendant suivant l’axe X ( ). La tige 22 est ici venue de matière avec le rotor 21 qui est réalisé en matériau magnétique. Une première portion du rotor 21 comporte un premier noyau 23a ayant, selon un plan orthogonal à l’axe X, une section hexagonale définissant six faces. Sur chacune des faces est fixé un aimant 24 permanent logé dans une cannelure du noyau 23a. Les aimants 24 sont solidarisés au noyau 23a par collage ou frettage pour générer un flux magnétique permanent en l’absence de courant dans les bobines 12. Les aimants 24 présentent avec les pôles 11a de la carcasse 11 un entrefer principal E constant durant la rotation du rotor 21 autour de l’axe X. Une deuxième portion du rotor 21 comprend un deuxième noyau 23b globalement de forme cylindrique ( ). Le noyau 23b comprend une excroissance 23.1 radiale définissant, avec des surfaces 13a, 13b planes d’un corps non magnétique de l’ensemble fixe 10, deux entrefers secondaires A, B variables lorsque le rotor 21 se déplace entre deux positions angulaires stables sans courant dans lesquelles l’excroissance 23.1 est en contact avec l’une des surfaces 13a, 13b. Les surfaces 13a, 13b forment ainsi des butées délimitant la course angulaire du rotor 21 pour passer de l’une à l’autre de ses positions stables. L’excroissance 23.1 et les surfaces 13a, 13b sont agencées de manière à ce que la course angulaire du rotor 21 soit ici sensiblement égale à 30 degrés. Les surfaces 13a, 13b sont positionnées angulairement par rapport aux pôles 11a et l’excroissance 23.1 est positionnée angulairement par rapport aux aimants 24 de telle manière que, lorsque l’excroissance 23.1 est en appui contre la surface 13a et alternativement contre la surface 13b, les aimants 24 exercent sur les pôles 11a un effort d’attraction tendant à plaquer l’excroissance 23.1 contre la surface 13a et alternativement 13b. Ainsi, lorsque l’excroissance 23.1 est en appui contre la surface 13a et alternativement contre la surface 13b, en dehors d’une alimentation des bobines 12, le rotor 21 se trouve dans une position stable, les deux positions stables se trouvant de part et d’autre d’une position médiane instable. La tige 22 présente une forme globalement cylindrique pour tourner autour de l’axe X. Une extrémité proximale de la tige 22 est solidaire du noyau 23b. La tige 22 est ainsi mobile en rotation autour de l’axe X entre deux positions extrêmes correspondants aux positions stables du rotor 21. L’ensemble fixe 10 est fixé à l’intérieur d’un volume de réception délimité par des parois internes d’un carter 30 réalisé en matériau non magnétique. Une extrémité distale 22.1 de la tige 22 s’étend en saillie du carter et comporte une interface de liaison pour être couplée à l’élément de distribution. L’actionneur 1 comprend également un dispositif de commande manuelle 40 pour tourner manuellement le rotor 21 entre ses deux positions stables. Le dispositif de commande 40 comporte une tige 41 couplée au noyau 23a pour former un arbre d’entraînement s’étendant suivant l’axe X. Les tiges 22, 41 s’étendent ainsi de part et d’autre du rotor 21. La tige 41 est ici venue de matière avec le noyau 23a. Elle présente une forme globalement cylindrique et a une portion reçue pour tourner autour de l’axe X dans un alésage ménagé dans un capot d’extrémité 31 rapporté de manière amovible sur le carter 30. Un roulement 43 est monté dans ledit alésage du capot d’extrémité 31 pour guider la tige 41 en rotation. Un joint d’étanchéité 44 monté dans ledit alésage assure une étanchéité entre la tige 41 et le capot d’extrémité 31. Le joint d’étanchéité 44 exerce sur la tige 41 des efforts de friction qui s’opposent à la rotation de ladite tige 41 et qui doivent donc être pris en compte lors du dimensionnement de l’actionneur 1. Un autre joint d’étanchéité (non représenté) est emprisonné entre le capot d’extrémité 31 et le carter 30 pour assurer une étanchéité entre le carter 30 et le capot d’extrémité 31. Une extrémité proximale de la tige 41 est solidaire du noyau 23a. La tige 41 est ainsi mobile en rotation autour de l’axe X entre deux positions extrêmes correspondants aux positions stables du rotor 21. Une extrémité distale 41.1 de la tige 41 s’étend en saillie du carter 30 et est pourvue d’une manette 42 (visible sur la ) pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement 41. La manette 42, ici de forme couramment nommée « papillon », comprend deux oreilles identiques 42.1 qui s’étendent symétriquement de part et d’autre de l’axe X et dans un plan passant par ledit axe X. Les oreilles 42.1 forment des moyens de préhension pour entraîner en rotation la tige 41. Puisque la tige 41 est solidairement fixée au noyau 23a, une rotation de la tige 41 provoque également une rotation du rotor 21 vers l’une ou l’autre de ses positions stables. La manette 42 a un débattement angulaire défini directement par les positions extrêmes de la tige 41 et indirectement par les positions stables du rotor 21. Ce débattement angulaire est donc ici sensiblement égal à 30 degrés et peut par exemple être matérialisé sur le carter 30 par un premier trait suivi de l’inscription « ON » et par un deuxième trait suivi de l’inscription « OFF ». Le premier trait correspond à une première position angulaire extrême de la manette 42 dans laquelle l’une des oreilles 42.1 est dans le prolongement dudit premier trait et le rotor 21 est dans l’une de ses positions stables. Le deuxième trait correspond à une deuxième position angulaire extrême de la manette 42 dans laquelle l’une des oreilles 42.1 est dans le prolongement dudit deuxième trait et le rotor 21 est dans l’autre de ses positions stables. La manette 42 permet ainsi d’avoir une indication visuelle sur la position angulaire de la tige 41, et donc du rotor 21 et de la tige 22. Les positions extrêmes de la manette 42 sont suffisamment écartées pour être distinguées l’une de l’autre sans hésitation à l’œil nu. Le fonctionnement de l’actionneur 1 va maintenant être décrit. Pour tourner le rotor 21 vers l’une ou l’autre de ses positions stables, les bobines 12 électromagnétiques sont alimentées électriquement sous une tension positive ou négative de manière à générer des champs magnétiques d’attraction du noyau 23a dans un sens ou dans l’autre. Les champs magnétiques générés par les bobines 12 produisent des flux magnétiques qui sont guidés par les parties ferromagnétiques de l’actionneur 1. Chacun des flux magnétiques forme une boucle et traverse successivement un premier plot 11b au contact d’une première bobine 12, un premier aimant 24, un deuxième plot 11b au contact d’une deuxième bobine 12, une partie de la portion annulaire 11c de la carcasse 11. Le rotor 21 tourne alors autour de l’axe X à l’intérieur de la carcasse 11 et est plaqué contre l’une des surfaces 13a, 13b en fonction du sens d’alimentation des bobines 12. Le noyau 23b se trouve alors écarté de l’autre des surfaces 13a, 13b et l’un des entrefers secondaires A, B se trouve fermé. Le passage du rotor 21 vers l’une ou l’autre de ses positions stables engendre une rotation de la tige 22, et donc un déplacement de l’élément de distribution de la valve entre ses deux positions en service. Le passage du rotor 21 vers l’une ou l’autre de ses positions extrêmes engendre également une rotation de la tige 41, et donc une rotation de la manette 42. Il est aussi possible de commander manuellement le déplacement de l’élément de distribution en tournant la manette 42 de façon à réaliser une rotation de la tige 41. La rotation de la tige 41 engendre une rotation du rotor 21 vers l’une ou l’autre de ses positions stables en fonction du sens de la rotation de la manette 42, ce qui entraîne un déplacement de l’élément de distribution vers l’une ou l’autre de ses positions de service. Afin d’assurer une tenue en vibration du rotor 21 dans l’une ou l’autre de ses positions stables en accord avec les standards EUROCAE ED-14G / RTCADO-160G (alinéa 8.5.1 pour les vibrations sinusoïdales et alinéa 8.5.2 pour les vibrations aléatoires), les plots 11a et les aimants 24 sont agencés de manière à exercer sur l’ensemble mobile 20 une force d’attraction sensiblement égale à 0,5 N.m (Newton mètre). Ainsi, les plots 11a et les aimants 24 produisent un couple de maintien suffisant pour permettre à l’ensemble mobile 20 soumis à plusieurs centaines de fois son poids de rester dans l’une ou l’autre de ses positions stables. L’intensité du courant traversant les bobines 12 sera alors agencée de manière à exercer sur l’ensemble mobile 20 une force d’attraction supérieure à 0,5 N.m, par exemple sensiblement égale à 1,5 N.m afin de notamment vaincre tout effort de friction s’opposant à la rotation de l’ensemble mobile 20 sur toute la plage de température dans laquelle est amené à fonctionner l’actionneur 1. La illustre un actionneur 1’ qui n’est autre que le deuxième mode de réalisation de l’invention. L’actionneur 1’ diffère de l’actionneur 1 en que l’ensemble fixe 10’ comprend une carcasse 11’ réalisée en matériau ferromagnétique et ayant globalement une forme de fer à cheval s’étendant partiellement autour de l’axe X. La carcasse 11’ comporte deux parties polaires 11a’, 11b’ reliées entre elles par une partie centrale 11c’ supportant une bobine 12’ électromagnétique. La bobine 12’ comprend un enroulement entourant la partie centrale 11c’ de manière à pouvoir exciter les parties polaires 11a’, 11b’ en générant un flux magnétique lorsque la bobine est alimentée électriquement. L’ensemble mobile 20’ comprend un rotor 21’ mobile en rotation autour de l’axe X et la tige 22 couplée au rotor 21’. Le rotor 21’ comporte un noyau 23’ globalement de forme cylindrique et réalisé en matériau ferromagnétique, et un aimant 24’ permanent de forme semi-cylindrique logé dans une cannelure du noyau 23’. L’aimant 24’ est solidarisé au noyau 23’ par collage ou frettage pour générer un flux magnétique permanent en l’absence de courant dans la bobine 12’. L’aimant 24’ présente avec les parties polaire 11a’, 11b’ de la carcasse 11’ un entrefer principal E’ constant durant la rotation du rotor autour de l’axe X. Le noyau 23’ comprend une excroissance 23.1’ radiale diamétralement opposée à l’aimant et définissant, avec les parties polaires 11a’, 11b’ de la carcasse 11’, deux entrefers secondaires A’, B’ variables lorsque le rotor 21’ se déplace entre deux positions angulaires stables sans courant dans lesquelles l’excroissance 23.1’ est en contact avec l’une des parties polaires 11a’, 11b’. Les parties polaires 11a’, 11b’ forment ainsi des butées et permettent de refermer le flux magnétique de la bobine 12’ vers le rotor 21’. Les extrémités distales des tiges 22, 41 sont solidaires du noyau 23’ et s’étendent de part et d’autre de celui-ci suivant l’axe X. Pour tourner le rotor 21’ vers l’une ou l’autre de ses positions stables, la bobine 12’ électromagnétique est alimentée électriquement sous une tension positive ou négative de manière à générer un champ magnétique d’attraction du noyau 23’ dans un sens ou dans l’autre. Le champ magnétique généré par la bobine 12’ produit un flux magnétique qui est guidé par les parties ferromagnétiques de l’actionneur 1’. Le flux magnétique forme une boucle et traverse successivement la partie centrale 11c’ de la carcasse 11’ au contact de la bobine 12’, l’une des parties polaires 11a’, 11b’ de la carcasse 11’, l’excroissance 23.1’ du noyau 23’ au contact de la partie polaire 11a’, 11b’, le noyau 23’ et l’aimant 24’ permanent. Le rotor 21’ tourne alors autour de l’axe X à l’intérieur de la carcasse 11’ et est plaqué contre l’une des parties polaires 11a’, 11b’ en fonction du sens d’alimentation de la bobine 12’. Le noyau 23’ se trouve alors écarté de l’autre des parties polaires 11a’, 11b’ et l’un des entrefers secondaires A’, B’ se trouve fermé. Le passage du rotor 21’ vers l’une ou l’autre de ses positions stables engendre une rotation de la tige 22, et donc un déplacement de l’élément de distribution de la valve entre ses deux positions en service. Le passage du rotor 21’ vers l’une ou l’autre de ses positions extrêmes engendre également une rotation de la tige 41, et donc une rotation de la manette 42. Il est aussi possible de commander manuellement le déplacement de l’élément de distribution en tournant la manette 42 de façon à réaliser une rotation de la tige 41. La rotation de la tige 41 engendre une rotation du rotor 21’ vers l’une ou l’autre de ses positions stables en fonction du sens de la rotation de la manette 42, ce qui entraîne un déplacement de l’élément de distribution vers l’une ou l’autre de ses positions de service. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, l’actionneur peut avoir une structure différente de celles décrites, en particulier en ce qui concerne le rotor et le stator. Bien qu’ici l’organe d’actionnement et l’arbre d’entraînement ne forment qu’un seul et même élément sur lequel est monté la manette, l’organe d’actionnement peut être distinct de l’arbre d’entraînement. Le nombre d’aimants 24 et de plots 11b peut être inférieur ou supérieur à 6. L’invention est utilisable pour tout type d’actionneur quel que soit le dispositif actionné. L’élément de distribution peut par exemple être un clapet ou un tiroir. Actionneur (1, 1’) électromagnétique bistable comprenant : une carcasse (11, 11’) s’étendant partiellement autour d’un axe (X) de rotation de l’actionneur ; au moins une bobine (12, 12’) d’excitation supportée par la carcasse pour générer un flux magnétique de commande ; un rotor (21, 21’) mobile autour de l’axe de rotation de l’actionneur et apte à être immobilisé selon deux positions angulaires stables en fonction du flux magnétique généré par la bobine ; un organe d’actionnement (22) couplé au rotor pour former un ensemble mobile en rotation ; et un dispositif de commande manuelle (40) comprenant un arbre d’entraînement (41) couplé cinématiquement au rotor de sorte qu’une rotation de l’arbre d’entraînement engendre une rotation du rotor. Actionneur (1, 1’) selon la revendication 1, dans lequel l’arbre d’entraînement (41) s’étend suivant l’axe (X) de rotation de l’actionneur et a une extrémité liée directement au rotor (21, 21’). Actionneur (1, 1’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de commande manuelle (40) comprend une manette (42) agencée à une extrémité (41.1) de l’arbre d’entraînement (41) pour entraîner en rotation ledit arbre d’entraînement. Actionneur (1, 1’) selon la revendication 3, dans lequel la course du rotor (21, 21’) entre ses deux positions angulaires stables est suffisante pour que la manette (42) puisse constituer un indicateur de position du rotor, les positions extrêmes de la manette étant suffisamment écartées pour être distinguées l’une de l’autre sans hésitation à l’œil nu. Actionneur (1, 1’) selon la revendication précédente, dans lequel la course du rotor (21) est sensiblement égale à 30 degrés. Actionneur (1, 1’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tige (41) a une portion reçue pour tourner, autour de l’axe (X) de rotation du rotor (21, 21’), dans un alésage ménagé dans un capot d’extrémité (31) rapporté de manière amovible sur un carter (30) de l’actionneur. Actionneur (1, 1’) selon la revendication 6, dans lequel un joint d’étanchéité (44) est monté dans l’alésage ménagé dans le capot d’extrémité (31) pour assurer une étanchéité entre la tige (41) et le capot d’extrémité (31). Actionneur (1, 1’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rotor (21, 21’) comprend un noyau (23a, 23’) en matériau ferromagnétique et au moins un aimant (24, 24’) permanent logé dans une cannelure du noyau. Actionneur (1) selon la revendication 8, dans lequel une pluralité d’aimants (24) permanents est fixée sur le noyau (23a). Actionneur (1, 1’) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe d’actionnement (22) et l’arbre d’entraînement (41) sont venus de matière avec le rotor (21, 21’). Valve (V) de frein de parking d’aéronef comprenant un actionneur (1, 1’) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un élément de distribution mobile entre deux positions de service, l’organe d’actionnement (22) étant relié à l’élément de distribution pour commander un déplacement dudit élément de distribution entre ses deux positions de service. Valve (V) selon la revendication 11, dans laquelle l’élément de distribution comprend au moins un clapet ou un tiroir. Aéronef (P) équipé d’un circuit de freinage (F) comportant au moins une valve (V) selon la revendication 11 ou 12.