PROCEDE DE SURVEILLANCE DU RENDEMENT D'UN ACTIONNEUR ELECTROMECANIQUE DU TYPE ROTOLINEAIRE

La présente invention concerne d'une façon générale le domaine des actionneurs électromécaniques du type rotolmeaire, et plus précisément elle concerne le domaine de la surveillance des actionneurs électromécaniques du type rotolmeaire aux fins de détection d'un grippage graduel dudit actionneur, de manière a fournir des éléments d'information permettant de déterminer leur maintien en service ou leur remplacement.

La figure unique du dessin annexe donne une représentation très schématique de la configuration générale d'un exemple d' actionneur électromécanique du type rotolmeaire auquel s'intéresse l'invention. On rappellera succinctement qu'un tel actionneur comprend :

- un carter 1 ;

- des moyens moteurs M électriques rotatifs comportant au moins un enroulement inducteur ; et

- au moins un ecrou 2 supporte a rotation dans des paliers 3 dudit carter 1 et solidaire en rotation desdits moyens moteurs M.

Dans l'exemple plus spécifiquement représente qui correspond a un actionneur rotolmeaire du type a entraînement direct :

- les moyens moteurs M électriques rotatifs, qui sont de type électromagnétique, comprennent des bobinages électriques ou enroulements inducteurs 4 qui sont agences en couronne et sont supportes notamment dans au moins une encoche 5 prévue dans le carter 1 ou dans une carcasse solidaire de celui-ci, l'ensemble constituant un stator, et qui sont propres a générer un champ tournant entraînant en rotation un rotor dispose

coaxialement a l' intérieur de la couronne des bobinages 4 ; et

- le au moins un ecrou 2 est dispose coaxialement a l'intérieur de la couronne de bobinages 4 en constituant le rotor précité, cet ecrou 2 pouvant être équipe d'aimants, typiquement d'aimants permanents, de manière a être entraîne en rotation dans les paliers 3 par le champ tournant.

En outre, l'actionneur comprend :

- au moins une tige d'actionneur 6 disposée sensiblement coaxialement a l' ecrou 2, ledit ecrou 2 et ladite tige d'actionneur 6 étant accouples en rotation par des moyens d' engrenement hélicoïdaux axiaux ; a cet effet, comme montre sur la figure, l' ecrou 2 se présente sous la forme générale d'un élément tubulaire dont la face intérieure est, sur une partie au moins de sa longueur, pourvue d'au moins un filetage 7 hélicoïdal, tandis que la tige d'actionneur 6 possède une extrémité intérieure a l' ecrou 2, qui peut être une portion 8 élargie comme illustre, qui est extérieurement pourvue d'un filetage 9 hélicoïdal ;

- des moyens 17 de blocage en rotation de la tige d' actionneur 6 par rapport au carter 1 de manière que la rotation de l' ecrou 2 se traduise par un déplacement linéaire de la tige d'actionneur 6 ; lesdits moyens de blocage en rotation peuvent de façon simple être constitues par une clavette 10 disposée sensiblement coaxialement a l' ecrou 2 et d'étendue axiale, ladite clavette 10 ayant une section non circulaire (par exemple polygonale, notamment carrée) et ayant une extrémité 11 encastrée dans le carter de façon fixe et son autre extrémité 12 engagée a libre coulissement dans un alésage 13 axial de la tige d'actionneur 6 ;

- un moyen prévu sur le carter 1 pour la fixation dudit carter 1 a un organe fixe ou deplaçaole ; par exemple une (ou plusieurs) partie du carter 1, telle que notamment l'extrémité 14 du carter 1 opposée a la partie émergeante de la tige d' actionneur 6 et qui peut par exemple être conformée en chape, est munie d'un œillet 13 propre a recevoir un élément d'accouplement ; un moyen prévu sur la tige d' actionneur 6 pour la fixation de l'extrémité 15 libre de ladite tige d' actionneur 6 a un organe respectivement deplaçable ou fixe ; une solution simple consiste en ce que ladite extrémité 15 de la tige d' actionneur 6 soit munie d'un œillet 16 propre a recevoir un élément d'accouplement.

Bien entendu, la description qui précède n'est donnée qu'a titre indicatif pour fixer les idées, étant entendu que de nombreux modes de réalisation d' actionneurs de type rotolineaire existent ou peuvent être envisages ; en particulier, un actionneur double peut être dérive de la structure précédemment décrite en prévoyant, dans la couronne des bobinages 4, deux ecrous 2 disposes bout a bout et ayant des filetages respectifs a pas inverses ou un seul ecrou a deux filetages successifs a pas inverses, avec lesquels engrènent respectivement deux tiges d' actionneur opposées. Au surplus, le terme filetage doit être compris dans un sens large, comme pouvant designer aussi bien une vis classique trapézoïdale qu'une vis a billes ou qu'une vis a rouleaux.

Les actionneurs électromécaniques du type rotolineaire trouvent aujourd'hui une application notamment (bien que non exclusivement) dans l'équipement des avions modernes dits « tout électrique ». La conception d'un avion « tout électrique » s'accompagne de la suppression des reseaux et commandes hydrauliques

employés jusqu'alors et leur remplacement par des solutions électromécaniques mettant en jeu des actionneurs électromécaniques et en particulier des actionneurs électromécaniques du type rotolineaire . Les actionneurs électromécaniques du type rotolineaire utilises dans ce contexte peuvent servir, par exemple, a l'entraînement des plans mobiles (volets, gouvernes, ) de l'avion.

Bien entendu, les solutions électromécaniques ainsi mises en place doivent offrir un degré de sûreté de fonctionnement au moins égal a celui des solutions hydrauliques antérieures. L'analyse de sûreté de fonctionnement met en évidence les défaillances suivantes :

- rupture de la liaison mécanique,

- embarquement de la surface,

- grippage de la surface.

Les deux premières défaillances citées ne sont pas caractéristiques des seuls actionneurs électromécaniques du type rotolineaire et peuvent survenir avec d'autres solutions (par exemple les solutions hydrauliques antérieures) . On connaît donc des solutions pour traiter ces problèmes, solutions qui peuvent être reconduites dans le cas des actionneurs électromécaniques du type rotolineaire .

Par contre, la troisième défaillance citée (grippage de la surface) est caractéristique des actionneurs électromécaniques du type rotolineaire, et il est essentiel de prévenir un grippage d'un tel actionneur, ou a tout le moins d'être informe de son occurrence.

L'invention se fonde sur le fait qu'un grippage n'apparaît pas de façon soudaine et qu'il se traduit par une dégradation graduelle des performances, et donc une détérioration des performances, de l' actionneur . Aussi,

l'invention se fonde sur une détection des signes avant- coureurs d'un grippage.

A contrario, cela sous-entend que, si un grippage brutal de l'actionneur est possible, les moyens proposes dans le cadre de la présente invention seront inefficaces pour procurer une quelconque alerte en préalable a l'occurrence du grippage brutal.

C'est dans ce contexte que l'invention a pour but de proposer des moyens appropries a prévenir d'un grippage graduel, et cela de façon exclusive, d'un actionneur électromécanique du type rotolineaire, étant entendu au surplus que l'invention vise uniquement a proposer des moyens propres a fournir des informations sur l'état de l'actionneur électromécanique du type rotolineaire, sans aller jusqu'aux étapes ultérieures de détermination de l'opportunité du maintien en place ou du remplacement dudit actionneur qui sont, quant a elles, laissées a l'initiative des utilisateurs.

A ces fins, l'invention propose un procède de surveillance du rendement d'un actionneur électromécanique du type rotolineaire aux fins de détection d'un grippage graduel dudit actionneur, ledit actionneur comprenant :

- un carter,

- des moyens moteurs rotatifs,

- au moins un ecrou supporte a rotation dans des paliers dudit carter et solidaire en rotation desdits moyens moteurs,

- au moins une tige d' actionneur disposée coaxialement a l' ecrou, ledit ecrou et ladite tige d' actionneur étant accouples en rotation par des moyens d' engrenement hélicoïdaux axiaux,

- des moyens de blocage en rotation de la tige d' actionneur par rapport au carter de manière que la

rotation de l'ecrou se traduise par un déplacement linéaire de la tige d' actionneur, un moyen prévu sur le carter pour la fixation du carter a un organe fixe ou deplaçable, et - un moyen prévu sur la tige d' actionneur pour la fixation de l'extrémité libre de la tige d' actionneur a un organe respectivement deplaçable ou fixe, ce procède étant caractérise par les étapes suivantes : a) - on mesure l' intensité du courant électrique d'alimentation de l'enroulement inducteur, ladite intensité étant représentative du couple moteur, et

- on mesure un effort représentatif de l'effort axial auquel est soumise la tige d' actionneur, b) on calcule, a partir de ces mesures, le rapport

[effort axial auquel est soumise la tige d' actionneur / couple moteur] qui est représentatif du rendement global de l' actionneur et représentatif de l'état présent de l' actionneur, c) puis on génère une évaluation de l'état de santé présent de l' actionneur qui est basée sur l'état présent de l' actionneur et éventuellement sur des états antérieurs de l' actionneur tenus en mémoire et/ou sur des paramètres extérieurs.

Les moyens proposes par l'invention offrent l'avantage de permettre une surveillance précise de l'état de santé de l' actionneur, et donc de surveiller l'évolution d'un grippage graduel des les premiers indices d'occurrence de celui-ci.

Les moyens proposes par l'invention offrent également l'avantage supplémentaire d'une très grande souplesse de mise en œuvre : notamment, les diverses étapes conduisant au diagnostic de santé de l' actionneur

peuvent être menées automatiquement ou déclenchées a la demande lors αe contrôles ; elles peuvent aussi être faites automatiquement en permanence (I' actionneur étant sous surveillance constante individuellement) ou cycliquement (par exemple tous les actionneurs d'un appareil tel qu'un avion ou tous les actionneurs d'un groupe d' actionneurs sont testes successivement de façon cyclique) .

Encore un autre avantage de la solution proposée par l'invention réside dans le fait que l'exploitation des informations ainsi obtenues reste du domaine du libre arbitre de l'utilisateur de l' actionneur, de sorte que des utilisateurs divers restent libres de donner des suites différentes face a un même état de santé détecte sur 1' actionneur .

Il est possible d'améliorer la connaissance sur l'état de l' actionneur en obtenant des informations redondantes grâce a des mesures et calculs additionnels.

L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de mise en œuvre préfères du procède de l'invention qui sont donnes uniquement a titre d'exemples nullement limitatifs. Selon le procède conforme a l'invention, une étape a) consiste :

- a mesurer l' intensité du courant électrique d'alimentation du ou des enroulements inducteurs ou bobinages 2, ladite intensité étant représentative du couple moteur ; cette information est de;ja exploitée par ailleurs, notamment dans la loi de commande de l' actionneur, et est donc disponible sans qu'il soit nécessaire de mettre en place un matériel capteur particulier ni de procéder a une mesure spécifique ; et

a mesurer un effort représentatif de l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur 6 ; cette mesure peut être effectuée soit au niveau de l'accouplement du carter 1 (en particulier au niveau de son œillet 13 d'accouplement) a un organe fixe ou deplaçable, soit au niveau de l'accouplement de l'extrémité 15 libre (en particulier de son œillet 16 d'accouplement) de la tige d'actionneur 6 a un organe respectivement deplaçable ou fixe ; a cet effet, on peut par exemple mettre en œuvre des jauges de contrainte (schématisées en 18) interposées axiale- ment entre le carter 1 et l'organe fixe ou deplaçable auquel il est fixe (par exemple entre le bord de son œillet 13 et l'élément d'accouplement qui est engage dans celui-ci) afin de mesurer l'effort axial auquel est soumis ledit carter 1 et qui est représentatif de l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur 6, ou bien de la même manière entre la tige d'actionneur 6 et l'organe respectif deplaçable ou fixe auquel elle est fixée (par exemple entre le bord de son œillet 16 et l'élément d'accouplement qui est engage dans celui-ci) afin de mesurer directement l'effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur 6 ; on peut également, de manière préférée, avoir recours, en lieu et place de la chape traditionnellement prévue sur le carter, a un arbre creux (non représente) d'accouplement calibre (ou chape calibrée) couramment disponible dans le commerce (par exemple ceux commercialises par la société FGP Sensors) qui délivrent un signal électrique représentatif de l'effort axial subi par cet arbre creux, et donc représentatif de l'effort axial subi par la tige d'actionneur 6 ; la mise en

place d'un tel capteur est un impératif de sécurité afin d'éviter une surcharge αe l'effort supporte par la tige, avec mise en œuvre d'un seuil de limitation d'effort règle sur une valeur inférieure a l'effort maximum supportable par la tige d'actionneur et prédéterminée en relation avec le degré de sécurité choisi (par exemple de l'ordre de 20 a 30 dans le domaine aéronautique) : de ce fait, l'information d'effort axial subi par la tige d'actionneur 6 est déjà disponible et ne nécessite pas l'ajout de matériel .

L'apparition d'un grippage entraîne un accroissement de l' intensité du courant d'alimentation des enroulements inducteurs et/ou une réduction, pour une intensité donnée, de l'effort de la tige d'actionneur.

Pour exploiter cette caractéristique, on procède ensuite, dans une étape b) , au calcul, a partir des mesures précitées, du rapport ηi = [effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur 6 / couple moteur] qui est par conséquent représentatif du rendement global de l'actionneur et est représentatif de son état présent par référence a des couples de valeurs intensité/couple moteur prédétermines pour des actionneurs sains.

Enfin, on génère une évaluation de l'état de santé présent de l'actionneur qui est basée sur l'état présent de l'actionneur détermine comme indique ci-dessus ainsi éventuellement que sur d'autres informations complémentaires telles des états antérieurs de l'actionneur tenus en mémoire qui peuvent éventuellement tenir lieu de la référence citée plus haut (soit qu'il s'agisse de mesures individuelles, soit qu'il s'agisse d'une moyenne de mesures antérieures) et/ou sur des paramètres extérieurs

(par exemple température, vitesse de l'avion dans le contexte d'une telle application,...) .

Les étapes qui viennent d' être commentées peuvent avantageusement être complétées par des étapes complémentaires propres à fournir des informations additionnelles qui, certes s'avèrent redondantes, mais qui de ce fait même améliorent l'aspect sécuritaire du diagnostic rendu sur l'état de santé de l' actionneur .

Ainsi, il peut être avantageux de prévoir que : à l'étape a) précitée, on mesure en outre un couple représentatif du couple d' antirotation entre les moyens 17 de blocage en rotation et la tige d' actionneur 6 ; on peut à cet effet interposer des jauges de contrainte (schématisées en 19) transversalement entre l'extrémité 11 de la tige d' actionneur 6 encastrée dans le carter 1 et le logement d'encastrement prévu à cet effet dans le carter 1 (les jauges pouvant par exemple aisément être collées sur les faces externes latérales de ladite extrémité 11 de la tige d' actionneur 6 ; et

- à l'étape b) précitée, on calcule en outre le rapport r|2 ₌ [couple d' antirotation / couple moteur] qui est représentatif de l'état des paliers 3 de montage à rotation de l'écrou 2 rotatif sur le carter 1.

Egalement, il peut être avantageux de prévoir, soit isolément, soit en combinaison avec la détermination du rapport η ₂ , que :

- à l'étape a) précitée, on mesure en outre un couple représentatif du couple d' antirotation entre les moyens 17 de blocage en rotation et la tige d' actionneur 6, par exemple dans les conditions exposées ci-dessus ; et

- a l'étape b) précitée, on calcule en outre le rapport η^ = [couple d' antirotation / effort axial auquel est soumise la tige d'actionneur 6] qui est représentatif de l'état des moyens 7, 9 d' engrenement hélicoïdaux axiaux coopérants respectifs dudit ecrou 2 et de ladite tige d'actionneur 6.

La connaissance des rapports supplémentaires précités η ₂ et/ou η ₃ permet de consolider des aspects de sécurité, mais permet aussi d'apporter des éléments de localisation des défauts ou pannes, ce qui peut s'avérer important pour faciliter et/ou accélérer la maintenance.

Les diverses mesures qui sont effectuées dans le cadre du procède de l'invention se traduisent par la génération de signaux électriques respectifs qui, après mise en forme et notamment numérisation, peuvent être traites de toute façon appropriée soit m situ, soit de façon délocalisée pour délivrer l'information requise sur l'état de santé de l' actionneur .

La mise en oeuvre du procède de l'invention qui vient d'être expose peut donner lieu a de nombreuses variantes, se traduisant par de nombreuses variantes d'aménagement de l' actionneur .

Ainsi, l' actionneur électromécanique du type rotolineaire qui a ete pris plus spécifiquement en considération dans ce qui précède est du type a entraînement direct comprenant au moins un enroulement inducteur 4 électrique qui est loge fixe dans le carter 1 et qui est propre a engendrer un champ tournant ; l' ecrou 2 (ou les ecrous) est dispose coaxialement a l'enroulement inducteur 4 et a l'intérieur de celui-ci et est équipe d'aimants, typiquement d'aimants permanents, qui sont entraînes en rotation par le champ tournant et par l'intermédiaire desquels l' ecrou 2 est lui-même entraîne

en rotation. Il s'agit du type d'actionneur qui semble devoir être plus largement vise par le procède de l'invention. Cependant, le procède de l'invention peut trouver une application tout aussi intéressante dans le cas d'actionneurs électromécaniques du type rotolineaire du type a entraînement indirect avec interposition d'une transmission, notamment d'un réducteur.

Il est également avantageux de prévoir que les paliers 3 de montage a rotation de l'ecrou 2 sur le carter 1 soient des paliers a roulements, soit a billes, soit a rouleaux .

Les moyens 7, 9 d' engrenement hélicoïdaux axiaux accouplant l'ecrou 1 et la tige d'actionneur 6 peuvent être constitues par des filetages normaux respectivement 7 et 9 usines sur les faces en vis-a-vis de l'ecrou 1 et de la tige d'actionneur 6, respectivement. Cependant, il peut s'avérer d'un intérêt particulier, pour réduire les frottements, que les moyens 7, 9 d' engrenement hélicoïdaux axiaux accouplant l'ecrou 1 et la tige d'actionneur 6 soient formes d'une vis a roulements.