Brevet FR3132278A1 — publié le 20230804

L’invention concerne un système (S) de freinage électrique comprenant : - un élément de friction (4) configuré pour générer un couple de freinage (CF) à appliquer à un rotor ; - un actionneur (3) de l’élément de friction (4) configuré pour générer une force mécanique pour amener l’élément de friction en contact avec le rotor de manière à ce qu’il applique le couple de freinage au rotor ; - un organe électromécanique (2) configuré pour entrainer l’actionneur (3) de l’élément de friction (4), l’organe électromécanique (2) comprenant un moteur électrique (22) et un capteur (23) de position angulaire configuré pour mesurer un angle de rotation du moteur électrique (22) ; - une unité de commande (1) configurée pour commander le moteur électrique (22) afin d’atteindre un couple de freinage cible, l’unité de commande (1) mettant en œuvre une relation entre la position angulaire du moteur électrique et le déplacement de l’actionneur (3) pour atteindre le couple de freinage cible. Figure pour l’abrégé : FIGURE 2 Système de freinage électrique d’un turbopropulseur L’invention concerne un système de freinage électrique d’un rotor en particulier entrainant en rotation une hélice d’un turbopropulseur. ETAT DE LA TECHNIQUE Un turbopropulseur comprend classiquement un rotor entrainant en rotation une hélice afin de fournir une poussée. Un propulseur équipe des aéronefs en vue de les propulser. Sur un turbopropulseur, après l’arrêt du moteur, les hélices sont maintenues bloquées grâce à un système de freinage appelé « frein d’hélice ». Un tel système de freinage est illustré sur la . Une unité de commande 1 transmet une consigne de courant I1 à un organe électromécanique 2 transformant une énergie électrique en un couple mécanique CM. Une telle consigne de courant I1 est fonction d’un couple de freinage CF à appliquer au rotor à freiner (non représenté). Il s’agit d’un système en boucle ouverte. Un tel organe électromécanique 2 comprend un moteur électrique 22 qui fournit le couple mécanique CM et une unité de régulation 21 du moteur. Le moteur électrique 22 est un moteur synchrone triphasé et l’unité de régulation 21 du moteur permet de réguler le courant moteur I2 appliqué à chaque phase du moteur 22 en fonction de l’angle de rotation (entre 0 et 360°) du moteur électrique 22 mesuré par un capteur de position angulaire 23. L’unité de régulation 21 permet de s’assurer que le courant moteur I2 est bien l’image de la consigne de courant I1 sur chaque phase du moteur 22. Le couple mécanique CM généré par le moteur permet d’actionner un actionneur 3 d’un élément de friction 4 qui génère le couple de freinage CF au moyen d’une force mécanique F. Lorsque le freinage a lieu à vitesse élevée, il est possible d’utiliser une mesure de vitesse de la rotation du rotor (par exemple de l’hélice) pour assurer le pilotage du frein. En effet, la décélération constatée du système à freiner permet de réguler l’effort de freinage. Cependant, lorsque la vitesse devient faible ou que le frein doit être appliqué sur une hélice déjà arrêtée (appelé « freinage statique par la suite), une telle méthode n’est plus applicable. Au moyen d’un tel système, un couple de freinage appliqué par le frein doit être maintenu dans certaines limites. Un couple trop faible est insuffisant pour arrêter l’hélice ou pour la maintenir bloqué en cas de vent important par exemple. Un couple trop élevé peut endommager la transmission mécanique du moteur, le freinage étant dans ce cas brutal. Une solution serait de pouvoir mesurer de manière directe le couple de freinage appliqué en sortie (au moyen d’un couplemètre par exemple). Toutefois, une telle solution n’est pas envisageable pour des raisons et de cout et de masse. En outre une telle solution n’est pas optimale dans le cas d’un freinage statique. En effet, la mesure du couplemètre dépend de l’effort appliqué sur l’hélice dû vent et n’est pas directement représentatif du couple résistif maximal que le frein peut apporter. Ainsi, le pilotage du frein est assuré en boucle ouverte en ce qu’il n’y pas de rétroaction sur la consigne de courant issue de l’unité de commande 1 quand bien même le moteur électrique 22 est régulé en boucle fermé. Dès lors dans un tel système de freinage on se base sur une connaissance de la fonction de transfert du système de freinage c’est-à-dire la relation entre la consigne de courant et la sortie du système de freinage. Dans le système de freinage de la , les éléments intervenants dans la fonction de transfert sont : l’organe électromécanique 2, l’unité 3 et l’élément de friction 4. Un tel système comporte toutefois des inconvénients. En effet, les imprécisions de régulation électrique et les disparités de fabrications des éléments électriques constituent un poste important dans l’imprécision de la chaine de régulation du freinage (en plus des imprécisions mécanique). L’invention permet de s’affranchir des imprécisions mentionnées ci-dessus et ainsi améliorer le freinage en améliorant la précision d’obtention du couple de freinage sans devoir ajouter un organe supplémentaire. A cet effet, l’invention propose un système de freinage électrique comprenant : - un élément de friction configuré pour générer un couple de freinage à appliquer à un rotor ; - un actionneur de l’élément de friction configuré pour générer une force mécanique pour amener l’élément de friction en contact avec le rotor de manière à ce qu’il applique le couple de freinage au rotor ; - un organe électromécanique configuré pour entrainer l’actionneur de l’élément de friction, l’organe électromécanique comprenant un moteur électrique et un capteur de position angulaire configuré pour mesurer un angle de rotation du moteur électrique ; - une unité de commande configurée pour commander le moteur électrique afin d’atteindre un couple de freinage cible, l’unité de commande mettant en œuvre une relation entre la position angulaire du moteur électrique et le déplacement de l’actionneur pour atteindre le couple de freinage cible. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - l’unité de commande comprend un dispositif de régulation de position configuré pour déterminer une consigne de courant moteur en fonction d’une consigne de position correspondant au couple de freinage cible. - le moteur électrique est un moteur synchrone triphasé. - l’organe électromécanique comprenant une unité de régulation configurée pour déterminer le courant moteur à partir de la consigne courant et la position angulaire du moteur électrique. - l’actionneur de l’élément de friction comprend un organe de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation et un organe élastique de conversion d’un mouvement de translation en la force mécanique ; - l’organe élastique est un ressort en compression ; - l’organe de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation est une vis à billes ; - l’élément de friction comprend des plaquettes de frein. L’invention concerne également un turbopropulseur comprenant un rotor sur lequel est monté une hélice, le turbopropulseur comprenant un système de freinage selon l’invention. L’invention concerne également un aéronef comprenant un turbopropulseur selon l’invention. L’invention utilise le capteur de position angulaire déjà présent pour piloter le moteur électrique et ajoute un étage de régulation de position qui détermine la consigne de courant électrique en fonction de la consigne de position, qui devient le paramètre de pilotage en boucle ouverte du couple de freinage. Dès lors on passe d’une relation courant moteur/couple de freinage à une relation position angulaire / couple de freinage. La fonction de transfert utilisée pour piloter le freinage est alors modifiée par rapport à celle présentée en introduction. Dans le cadre de l’invention, une partie du pilotage est maintenant réalisée en boucle fermée par la régulation à partir de la position angulaire ajoutée. Avec cette solution les imprécisions de régulation du courant électrique et disparités de fabrication des éléments électriques sont écartés du bilan d’imprécision dans la régulation de freinage, de même que certains des effets de frottement. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la illustre un système de freinage de type connu ; - la illustre un système de freinage selon un mode de réalisation de l’invention ; - la illustre les détails d’un actionneur de la . Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. Système (S) de freinage électrique comprenant : - un élément de friction (4) configuré pour générer un couple de freinage (CF) à appliquer à un rotor ; - un actionneur (3) de l’élément de friction (4) configuré pour générer une force mécanique pour amener l’élément de friction en contact avec le rotor de manière à ce qu’il applique le couple de freinage au rotor ; - un organe électromécanique (2) configuré pour entrainer l’actionneur (3) de l’élément de friction (4), l’organe électromécanique (2) comprenant un moteur électrique (22) et un capteur (23) de position angulaire configuré pour mesurer un angle de rotation du moteur électrique (22) ; - une unité de commande (1) configurée pour commander le moteur électrique (22) afin d’atteindre un couple de freinage cible, l’unité de commande (1) mettant en œuvre une relation entre la position angulaire du moteur électrique et le déplacement de l’actionneur (3) pour atteindre le couple de freinage cible. Système de freinage selon la revendication 1, dans lequel l’unité de commande (1) comprend un dispositif de régulation de position configuré pour déterminer une consigne de courant moteur en fonction d’une consigne de position correspondant au couple de freinage cible. Système de freinage selon la revendication 2, dans lequel le moteur électrique (22) est un moteur synchrone triphasé. Système de freinage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe électromécanique (2) comprenant une unité de régulation configurée pour déterminer le courant moteur à partir de la consigne courant et la position angulaire du moteur électrique (22). Système de freinage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur (3) de l’élément de friction (4) comprend un organe de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation et un organe élastique de conversion d’un mouvement de translation en la force mécanique. Système de freinage selon la revendication 5, dans lequel l’organe élastique est un ressort en compression. Système de freinage selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, dans lequel l’organe de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation est une vis à billes. Système de freinage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément de friction (4) comprend des plaquettes de frein Turbopropulseur comprenant un rotor sur lequel est monté une hélice, le turbopropulseur comprenant un système de freinage selon l’une quelconque des revendications précédentes configuré pour freiner le rotor. Aéronef comprenant un turbopropulseur selon la revendication 9.