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Title:
ACTUATOR HAVING AN ASSOCIATED LOCKING DEVICE AND TORQUE LIMITER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/124712
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an actuator including a stationary structure and an actuation element that is movable relative to the stationary structure. A device for locking the actuation element into position is mounted onto the stationary structure and has a state for locking and a state for releasing the actuation element. The locking device includes, consecutively, a force limiter and at least one locking element that is arranged such as to be butting up against one surface of the actuation element, in order to counter a movement of the actuation element in a predetermined direction. The actuator includes a member for controlling the locking device in the released state thereof and a member for resiliently returning the locking device into the locked state thereof.

Inventors:
SEVAGEN, Bertrand (Sagem Défense Sécurité, 18-20 Quai du Point du Jour, Boulogne-Billancourt, F-92100, FR)
Application Number:
EP2015/053580
Publication Date:
August 27, 2015
Filing Date:
February 20, 2015
Export Citation:
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Assignee:
SAGEM DEFENSE SECURITE (18-20 Quai du Point du Jour, Boulogne-Billancourt, F-92100, FR)
International Classes:
H02K7/112; B64C13/24; F16D67/00; F16H25/24
Foreign References:
US2411101A1946-11-12
US2480212A1949-08-30
EP2107265A12009-10-07
EP2354596A12011-08-10
Attorney, Agent or Firm:
LAVIALLE, Bruno et al. (Cabinet Boettcher, 16 rue Médéric, Paris, F-75017, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Actionneur comprenant une structure fixe (100) et un élément d' actionnement (2) mobile par rapport à la structure fixe, un dispositif de blocage (105) en posi¬ tion de l'élément d' actionnement étant monté sur la structure fixe et ayant un état de blocage et un état de libération de l'élément d' actionnement , caractérisé en ce que le dispositif de blocage comprend en série un limi- teur d'effort (4) et au moins un élément de blocage (5) agencé pour être mis en appui sur une surface (2.1) de l'élément d' actionnement de manière à s'opposer par arc- boutement à un mouvement de l'élément d' actionnement se¬ lon une direction prédéterminée, en ce que l' actionneur comprend un organe de commande du dispositif de blocage dans son état de libération et un organe de rappel (11) élastique du dispositif de blocage dans son état de blocage .

2. Actionneur selon la revendication 1, dans le- quel le limiteur d'effort comprend un élément de friction

(6) qui est appliqué contre une surface (7) solidaire de la structure fixe (100) et qui porte l'élément de blocage (5) .

3. Actionneur selon la revendication 2, dans le- quel l'organe de rappel est agencé pour appliquer l'élément de blocage (5) contre ladite surface (2.1) de l'élément d' actionnement (2) et l'organe de commande comprend un solénoïde (12) et des moyens d'alimentation agencés pour que le solénoide alimenté maintienne l'élément de blocage décollé de ladite surface à l' encontre de l'organe de rappel (11).

4. Actionneur selon la revendication 3, dans lequel l'organe de commande comprend un verrou (13) mobile entre une position de libération dans laquelle le verrou forme une butée empêchant l'élément de blocage (5) de 5/124712

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prendre appui contre l'élément d' actionnement (2) et une position de maintien dans laquelle le verrou laisse l'élément de blocage libre de prendre appui sur l'élément d' actionnement sous l'effet de l'organe de rappel, le so- lénoïde (12) étant agencé pour déplacer le verrou vers la position de maintien de l'élément de blocage dans la position de libération.

5. Actionneur selon la revendication 4, dans lequel le verrou mobile (13) et l'élément de blocage (5) coopèrent par des surfaces de came agencées de telle manière que, lorsque le verrou est amené de sa position de libération de l'élément de blocage à sa position de maintien de l'élément de blocage alors que l'élément de blocage est au contact de ladite surface (2.1) de l'élément d' actionnement (2), le verrou provoque le décollement de l'élément de blocage de ladite surface.

6. Actionneur selon la revendication 4, dans lequel le verrou (13) est mobile selon une direction parallèle à l'élément d' actionnement (2) .

7. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel l'élément de blocage (5) est monté sur la structure fixe (100) et agit sur une surface du limiteur d'effort (4) .

8. Actionneur selon la revendication 1, dans le- quel l'élément d' actionnement (2) est monté pour pivoter par rapport à la structure fixe (10O) .

9. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel l'élément d' actionnement (2) comprend une ligne de transmission ayant un arbre à relativement haute vitesse et un arbre à relativement basse vitesse, et le dispositif de blocage (5) est monté pour agir sur l'arbre à relativement haute vitesse.

10. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel l'élément de blocage (5) est une bille, un rouleau ou une mâchoire pivotante à pivotement excentré.

Description:
ACTIONNEUR A BLOQUE UR ET LIMITEUR DE COUPLE ASSOCIES

La présente invention concerne un actionneur pourvu d'un dispositif de blocage d'un élément mobile. L'invention est par exemple utilisable dans le domaine aéronautique pour le blocage d'un aileron ou d'un volet d'aéronef. L' actionneur peut être linéaire ou rotatif.

Un actionneur comprend une structure fixe et un élément d' actionnement mobile par rapport à la structure fixe. Dans le domaine aéronautique, la tendance générale est aux actionneurs comprenant un moteur électrique rotatif entraînant un système de transmission de mouvement permettant de pousser ou tirer un levier solidaire de l'organe à déplacer.

L' actionneur comprend généralement un dispositif de blocage en position de l'élément d' actionnement pour éviter un déplacement intempestif de l'organe à déplacer lorsque le moteur électrique n'est plus alimenté, par exemple à la suite d'une défaillance.

Le dispositif de blocage a un état de libération de l'élément d' actionnement dédié à un mode de fonctionnement normal du moteur et un état de blocage dédié à un mode de panne du moteur. Le dispositif de blocage en rotation comprend généralement un stator, un rotor monté pour pivoter autour d'un axe de pivotement, au moins un élément de blocage monté entre le stator et le rotor pour être mobile entre une position d' interaction avec le rotor et le stator et une position escamotée par rapport au rotor, et un moyen d' actionnement de l'élément de blocage entre ces deux positions.

Le dispositif peut être agencé de telle manière qu' il interdise la rotation du rotor quel que soit le sens de rotation. Alternativement, le dispositif peut être agencé de telle manière qu' il interdise la rotation du rotor dans un unique sens de rotation et laisse libre la rotation dans le sens opposé.

Le dispositif de ce dernier type le plus connu est la roue libre dont l'élément de blocage est un cliquet ou un rouleau qui est rappelé en position d'interaction par un élément de rappel élastique. Le rotor est alors libre de tourner dans un des sens de rotation tandis que l'élément de blocage s'oppose à la rotation du rotor dans l'autre des sens de rotation.

Un but de l'invention est de fournir un disposi- tif de blocage qui soit efficace et fiable tout en ayant un encombrement limité, une relativement faible masse et une relativement faible inertie du rotor.

A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un actionneur comprenant une structure fixe et un élément d' actionnement mobile par rapport à la structure fixe, un dispositif de blocage en position de l'élément d' actionnement étant monté sur la structure fixe et ayant un état de blocage et un état de libération de l'élément d' actionnement . Le dispositif de blocage comprend en sé- rie un limiteur d'effort et au moins un élément de blocage agencé pour être mis en appui sur une surface de l'élément d' actionnement de manière à s'opposer par arc- boutement à un mouvement de l'élément d' actionnement selon une direction prédéterminée. L' actionneur comprend un organe de commande du dispositif de blocage dans son état de libération et un organe de rappel élastique du dispositif de blocage dans son état de blocage.

Ainsi, l'invention permet de disposer d'un actionneur à système de blocage commandé associant un élé- ment de blocage à arc-boutement et un limiteur d'effort permettant d' écrêter les pics d'efforts appliqués sur les pièces de l' actionneur lors de 1 ' arc-boutement de l'élément de blocage. Le fait d'avoir un élément de blocage à arc-boutement permet un blocage intervenant à n'importe quelle position de l'élément d' actionnement (et pas seulement au niveau d'une dent comme avec un cli ¬ quet) . Le dispositif de blocage de l'invention procure en outre une progressivité au blocage et une protection des composants de l' actionneur , et des structures reliées à l'actionneur vis-à-vis de l' à coup au moment du blocage du dispositif. On élimine également les problèmes de rebond que l'on peut rencontrer avec les cliquets lorsqu'ils se posent sur le sommet d'une dent de la roue à rochets .

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limita ¬ tifs de l'invention.

Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique d'un ac ¬ tionneur selon un premier mode de réalisation de l'invention,

- la figure 2 est une vue schématique partielle de cet actionneur, en coupe selon la ligne II- II de la figure 1,

- la figure 3 est une vue schématique partielle, en coupe transversale, de l'actionneur selon le premier mode de réalisation de l' invention,

- la figure 4 est une vue schématique du dispositif de blocage selon le premier de réalisation de l'actionneur,

- la figure 5a est une vue analogue à la figure 3 d'un dispositif de blocage selon une variante de réalisation,

- la figure 5b est une vue analogue à la figure 2 de cette variante de réalisation,

- les figures 6, 7, 8, 9 sont des vues analogues à la figure 4 d' un actionneur selon des deuxième, troisième, guatrième et cinquième modes de réalisation de l'invention.

L' invention est ici décrite en application avec un actionneur d'une surface mobile de vol d'un aéronef. Cette surface mobile de vol est par exemple une gouverne, un volet, un élevon, un aileron ou autre.

En référence à la figure 1, un tel actionneur rotatif comporte une structure fixe, un élément mobile en rotation, et un organe de motorisation entraînant en rotation l'élément mobile par rapport à la structure fixe. Plus précisément, l' actionneur comprend ici un bâti 100 sur lequel est monté un moteur électrique rotatif 101 ayant un arbre de sortie entraînant via un réducteur 102 un écrou d'un système de transmission de mouvement par écrou et arbre fileté. L' écrou est monté pour être libre en rotation et fixe en translation par rapport au bâti 100. L'arbre fileté 103 est engagé dans l' écrou et a une extrémité reliée à un levier 104 solidaire de la gouverne .

L' actionneur comprend également un dispositif de blocage en rotation de manière qu'en absence d'alimentation la gouverne puisse reprendre sa position neutre mais ne puisse pas sortir par l'effet des efforts aérodynamiques. Le dispositif de blocage, généralement désigné en 105, est monté entre le moteur 101 et le ré- ducteur 102.

En référence également aux figures 2 à 4, le dispositif de blocage 105 selon l' invention comprend un stator 1 relié à la structure fixe et un rotor 2 solidaire en rotation de l'arbre de sortie du moteur 101 et monté pour pivoter autour d'un axe de pivotement 3. Le stator 1 a ici la forme d'une couronne montée autour du rotor 2, le stator 1 et le rotor 2 étant coaxiaux l'un à l'autre. Le stator 1 forme ici un carter ayant une extrémité solidaire du carter du moteur 101 et une extrémité solidaire du carter du réducteur 102. Le dispositif de blocage 105 comprend en série un limiteur d'effort, ici un limiteur de couple, généralement désigné en 4 , et des éléments de blocage 5 portés par le limiteur de couple 4.

Le limiteur de couple 4 comprend une couronne 6 montée dans le stator 1 coaxialement au rotor 2. Le rotor

2 est monté pour avoir un jeu axial parallèlement à l'axe

3 et être libre en rotation par rapport au stator 1. La couronne 6 comprend une face de friction 6.1 en regard d'une surface de frottement 7 du stator 1 et une face 6.2 sur laquelle appuie un ressort 8 précontraint via une bague filetée 9 vissée dans le stator 1 parallèlement à l'axe 3. On comprend que la bague filetée 9 permet de régler l'effort fourni par le ressort 8 appliquant la cou- ronne 6 contre la surface de frottement 7 et donc le couple au-delà duquel la couronne 6 peut être entraînée en rotation par rapport au stator 1.

Les éléments de blocage 5 sont ici au nombre de quatre disposés autour du rotor 2. Chaque élément de blo- cage 5 est une mâchoire montée sur la couronne 6 pour pivoter de manière excentrée autour d'un axe 10 parallèle à l'axe 3 entre une première position dans laquelle la mâchoire est écartée de la surface 2.1 périphérique du rotor 2 et une deuxième position dans laquelle la mâchoire a une surface 5.1 en appui contre la surface 2.1. Un ressort 11 est monté entre chaque élément de blocage 5 et la couronne 6 pour appliquer l'élément de blocage 5 vers sa deuxième position.

La surface 5.1 est agencée de telle manière que, lorsque l'élément de blocage 5 est dans sa deuxième position, il laisse libre la rotation du rotor 2 dans un premier sens de rotation RI et bloque la rotation du rotor 2 dans un deuxième sens de rotation R2 en s ' arc-boutant sur le rotor 2. Pour ce faire, l'agencement est dessiné de façon à ce que la ligne du point de pivotement de la mâ- choire au point de contact Θt 1 ci normale à la surface de contact forment un angle inférieur à l'angle de frottement des deux matériaux sur eux-mêmes. Ainsi / les éléments de blocage 5 exercent, par un effet de coincement, un effort de serrage croissant du rotor 2 soumis à un couple d'entraînement dans le deuxième sens de rotation et s'opposent de manière croissante à la rotation de ce ¬ lui-ci. On notera que, du fait de cet arc-boutement, il est nécessaire, pour décoincer les éléments de blocage 5, d'amorcer un mouvement du rotor 2 dans le sens de rota ¬ tion RI avant de pouvoir ramener relativement facilement les éléments de blocage 5 vers leur deuxième position.

Ainsi :

- lorsque les éléments de blocage 5 sont dans leur première position, le dispositif de blo ¬ cage est dans un état de libération du rotor 2, et

- lorsque les éléments de blocage 5 sont dans leur deuxième position, le dispositif de blo ¬ cage est dans un état de blocage du rotor 2.

Les ressorts 11 forment donc un organe de rappel élastique du dispositif de blocage dans son état de blo ¬ cage .

L'actionneur comprend un organe de commande du dispositif de blocage dans son état de libération.

L'organe de commande comprend un solénoïde 12 et des moyens d' alimentation / non représentés mais connus en eux-mêmes, agencés pour que le solénoïde 12 alimenté maintienne les éléments de blocage décollés de ladite surface 2.1 du rotor 2 à l' encontre des organes de rappel .

Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, l'organe de commande comprend un verrou annulaire 13 mobile parallèlement à l' axe 3 entre une position de maintien dans laquelle le verrou 13 forme une bu- tée empêchant les éléments de blocage de prendre appui contre la surface 2.1 et une position de libération dans laquelle le verrou 13 laisse les éléments de blocage libres de prendre appui sur la surface 2.1 du rotor 2 sous l'effet des organes de rappel 11. Le solénoide 12 est agencé pour déplacer le verrou 13 vers sa position de maintien lorsqu'il est alimenté, l'alimentation du solé ¬ noide 12 étant assurée dans le mode de fonctionnement où le moteur est également alimenté. Le verrou 13 et les éléments de blocages coopèrent par des surfaces de came agencées de telle manière que, lorsque le verrou est amené de sa position de libération de l'élément de blocage à sa position de maintien de l'élément de blocage alors que l'élément de blocage est au contact de ladite surface de l'organe d' actionnement , le verrou provoque le décolle ¬ ment de l'élément de blocage de ladite surface.

On comprend qu'en l'absence d'alimentation du solénoide 12, les éléments de blocage 5 sont amenés dans leur deuxième position par les ressorts 11 en repoussant le verrou 13 dans sa position de libération. Si le rotor 2 est soumis à un couple dans le sens de rotation R2, les éléments de blocage 5 s' arc-boutent et s'opposent au mouvement de rotation. Si le couple d'entraînement du rotor 2 est inférieur à celui nécessaire pour vaincre la fric- tion de face de friction 6.1 de la couronne 6 contre la surface de frottement 7, le rotor 2 est bloqué en rotation. Si le couple d'entraînement du rotor 2 est supérieur à celui nécessaire pour vaincre la friction de la couronne 6 sur la surface de frottement 7, le rotor 2 en- traîne avec lui les éléments de blocage 5 et la couronne 6 dont la face de friction 6.1 va frotter sur la surface de frottement 7 et freiner la rotation du rotor 2.

L'agencement du verrou 13 coulissant axialement offre une bonne résistance du maintien des éléments de blocage 5 y compris en présence de vibrations. Dans la variante des figures 5a et 5b, les éléments de blocage 5 sont des rouleaux ou des billes susceptibles de rouler sur des rampes 50 du stator 1. Dans une version avantageuse, les billes sont préférées aux rouleaux afin d'éviter un positionnement de travers lors du roulage sur les rampes.

Chaque rampe 50 a une première extrémité 50.1 pourvue d'un logement de réception de la bille concernée et une deuxième extrémité 50.2 s' étendant à une distance de l'axe de pivotement 3 inférieure à une distance sépa ¬ rant la première extrémité 50.1 et l'axe de pivotement 3. Ainsi, lorsque les billes sont dans les logements, elles définissent un contour de diamètre supérieur au diamètre du rotor 2 tandis que, lorsque les billes sont au voisi- nage des extrémités 50.2, elles définissent un contour de diamètre sensiblement égal au diamètre du rotor 2.

On comprend que de la sorte :

- lorsque les billes sont dans les logements par l'action du verrou 13, elles laissent libre la rotation du rotor 2 dans les deux sens de rotation (position représentée sur les figures 5a et 5b) ,

- lorsque les billes sont en appui sur les rampes 50 au voisinage des extrémités 50.2, les éléments de blocage s'opposent à la rotation du rotor 2 dans le sens de rotation R2 (dans ce sens de rotation, les billes tendent à être ramenées vers la deuxième extrémité 50.2 des rampes 50 par leur frottement sur le rotor 2 et exercent en conséquence un effort de frottement croissant sur le rotor 2 jusqu'à obtenir un coincement) et laissent libre la rotation du rotor 2 dans le sens de rotation RI (dans ce sens de rotation, les billes tendent à être ramenées vers la première extrémité 50.1 des rampes 50) .

Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique iden- tique dans la description qui suit des autres modes de réalisation en référence aux figures 6 à 9.

Selon le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 6, le dispositif de blocage 105 a une structure identique à celle précédemment décrite sauf en ce qu'il est dépourvu de verrou. Le solénoide 12 est agencé pour attirer directement les éléments de blocage 5 dans leur deuxième position. Le solénoïde peut à cette fin avoir la forme d'une bobine s 'étendant dans la couronne 6 coaxialement à l'axe 3.

Selon le troisième mode de réalisation représenté à la figure 7, le dispositif de blocage 105 a une structure identique à celle précédemment décrite sauf en ce que les éléments de blocage 5 sont solidaires d'un support intermédiaire tournant et le solénoïde 12 est agencé pour désolidariser le support et la couronne 6 du limi- teur de couple 4 du dispositif de blocage 105. Ainsi, lorsque le solénoïde est alimenté, les éléments de blocage 5 sont librement entraînés par l'arbre 2. En cas d'absence d'alimentation du solénoïde, le support est so- lidarisé à la couronne 6 de sorte qu'en cas de rotation de l'arbre 2 dans le sens de rotation R2, le support va avoir tendance à entraîner la couronne 6 dont la face de friction 6.1 frotte contre la surface de frottement 7 et s'oppose au mouvement dans le sens de pivotement R2.

En variante, les éléments de blocage 5 sont montés sur la couronne 6 et le solénoïde est agencé pour maintenir la couronne 6 dans une position écartée de la surface de frottement 7 en s' opposant à l'action du ressort de rappel 8. Dans la position écartée, le limiteur de couple ne s'oppose donc pas à la rotation de l'arbre 2. Ceci suppose cependant d'avoir un solénoïde relativement puissant puisqu'il doit s'opposer au ressort de rappel 8.

Selon les quatrième et cinquième modes de réali- sation représentés aux figures 8 et 9 respectivement, le dispositif de blocage 105 comprend un limiteur de couple 4 et des éléments de blocage 5 comme précédemment mais les éléments de blocage 5 sont montés sur un support disposé entre le stator 1 et le limiteur de couple 4 et non plus entre le rotor 2 et le limiteur de couple 4 comme dans les modes de réalisation précédents. Le support des éléments de blocage 5 est solidaire du stator 1 et les éléments de blocage 5 sont montés pour prendre appui sur une surface cylindrique de la couronne 6. La face de friction de la couronne 6 est appliguée par un élément élastique contre une surface radiale solidaire en rotation de l'arbre 2.

L'actionneur comprend comme précédemment un solé- noide formant un organe de commande du dispositif de blo- cage.

Selon le quatrième mode de réalisation représenté à la figure 8, le solénoide 12 est agencé pour maintenir la face de friction de la couronne 6 à distance de la surface radiale de l'arbre 2. Ainsi, lorsque le solénoide est alimenté, l'arbre 2 pivote librement sans être freiné par le limiteur de couple. En cas d'absence d'alimentation du solénoide, la face de friction est en appui contre la surface radiale du rotor 2 qui entraîne en rotation la couronne 6. Dans ce cas, si le rotor 2 est soumis à un couple dans le sens de rotation Rl, les éléments de blocage 5 laisse libre le mouvement de la couronne 6. Si le rotor 2 est soumis à un couple dans le sens de rotation R2, les éléments de blocage 5 s'arc- boutent et s'opposent au mouvement de rotation de la cou- ronne 6 et donc du rotor 2.

Dans le cinquième mode de réalisation de la figure 9, le solénoide 12 est agencé pour attirer directement les éléments de blocage 5 dans leur deuxième position. Ainsi, lorsque le solénoide est alimenté, les élé- ments de blocage 5 sont maintenus écartés de la couronne 6 qui est libre de tourner avec le rotor 2. Lorsque le solénoïde n'est pas alimenté et que le rotor pivote dans le sens de rotation RI, les éléments de blocage 5 laissent libre la rotation de la couronne 6 et donc du rotor 2. Lorsque le solénoïde n'est pas alimenté et que le rotor pivote dans le sens de rotation R2, les éléments de blocage 5 sont arc-boutés sur la couronne 6 qui frotte sur le rotor 2 et s'oppose au pivotement du rotor 2.

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, le dispositif de blocage peut être incorporé au moteur ou à un ensemble réducteur asso- cié au moteur, ou bien encore être séparé du moteur.

Le rotor peut avoir la forme d'une couronne montée pour pivoter autour du stator.

En outre, le nombre et le type d'éléments de blocage peuvent être différents de ceux décrits.

Le verrou peut agir sur l'élément d'appui ou sur le limiteur de couple.

Les éléments de blocage peuvent être disposés symétriquement autour du rotor 2.

L'actionneur peut être un actionneur linéaire ou rotatif.