EP4605710A1 - Detecteur de position pour un motoreducteur pas a pas spatial - Google Patents

Detecteur de position pour un motoreducteur pas a pas spatial

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Publication number
EP4605710A1
EP4605710A1 EP23836749.4A EP23836749A EP4605710A1 EP 4605710 A1 EP4605710 A1 EP 4605710A1 EP 23836749 A EP23836749 A EP 23836749A EP 4605710 A1 EP4605710 A1 EP 4605710A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switch
flexible blade
flexible
magnet
rotating device
Prior art date
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Pending
Application number
EP23836749.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Emmanuel ESTEBAN
Jens Anders
Thomas Martin
Thomas JANNOT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electrical & Power Sas
Original Assignee
Safran Electrical & Power Sas
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electrical & Power Sas filed Critical Safran Electrical & Power Sas
Publication of EP4605710A1 publication Critical patent/EP4605710A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/25—Selecting one or more conductors or channels from a plurality of conductors or channels, e.g. by closing contacts
    • G01D5/252—Selecting one or more conductors or channels from a plurality of conductors or channels, e.g. by closing contacts a combination of conductors or channels
    • G01D5/2525—Selecting one or more conductors or channels from a plurality of conductors or channels, e.g. by closing contacts a combination of conductors or channels with magnetically controlled switches, e.g. by movement of a magnet
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/484—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by contact-making switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/40—Position sensors comprising arrangements for concentrating or redirecting magnetic flux
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H36/0006—Permanent magnet actuating reed switches
    • H01H36/0013—Permanent magnet actuating reed switches characterised by the co-operation between reed switch and permanent magnet; Magnetic circuits

Definitions

  • the invention relates to the field of detecting the angular position of a rotating device included in an antenna. More particularly, the invention relates to angular position detection intended for controlling permanent magnet stepper motors.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of antennas and space activities, for which the detection of the position of the rotating element must be precise, but is suitable for any system comprising a rotating part requiring the detection of its position relative to a fixed part or the number of complete rotations carried out by said rotating part.
  • an absolute encoder for example a potentiometer.
  • this type of encoder also requires processing electronics and even an analog-to-digital converter.
  • this type of encoder is more often subject to failure due to wear and vibration in particular, which is a fact to be taken into consideration in an environment where mechanical conditions are often extreme with strong vibrations and high temperatures. important.
  • it can be considered to use a capacitive sensor but, once again, the temperature and humidity coefficients which will be subjected to it make it an unconvincing alternative.
  • the invention aims to overcome all or part of the problems cited above by proposing an angular position detector based on a simple magnetic structure making it possible to trigger the switching without rebound of a set of reed switches making it possible to indicate the position of the rotating element of a stepper motor driven by a control signal.
  • the angular position detector according to the invention has the advantage of being made up of a minimum of electronic components, these components being passive and suitable for systems intended for space activities.
  • the invention relates to a rotating device comprising a fixed part and a rotating part around an axis of rotation relative to the fixed part, the rotating device comprising an angular position detector of the part rotary relative to the fixed part, the angular position detector comprising:
  • a binary magnetic field detector integral with the fixed part configured to switch from a so-called open state to a so-called closed state when the binary magnetic field detector is crossed by the magnetic flux of the magnet.
  • the binary magnetic field detector comprises a first flexible blade switch, the first flexible blade switch comprising two edges and being configured to switch from the so-called open state, in which the two edges are spaced apart in the so-called closed state, in which the two edges are electrically connected when the first flexible reed switch is passed through by the magnetic flux of the magnet.
  • the binary magnetic field detector comprises a second flexible blade switch secured to the fixed part, the second flexible blade switch comprising two edges of the second flexible blade switch and being configured to switch from the so-called open state to the closed state when the second flexible blade switch is crossed by the magnetic flux of the magnet, the second flexible blade switch being spaced from the first flexible blade switch by a predefined angle relative to to the axis of rotation of the rotating part.
  • the first flexible blade switch and the second flexible blade switch are electrically connected in series.
  • the first flexible blade switch and the second flexible blade switch are spaced from the axis of rotation by a predefined length.
  • the first flexible blade switch and the second flexible blade switch are included in a second part obtained from a high-performance thermoplastic material.
  • the rotating device comprises a device for adjusting the position of the first flexible blade switch and the second flexible blade switch relative to the fixed part.
  • the rotating device being a stepper motor.
  • Figure 2 shows a sectional view of the rotating device of Figure 1;
  • Figure 3 represents a schematic sectional view of a variant of the rotating device of Figure 1;
  • Figure 4 shows a schematic sectional view of the rotating device comprising a bias magnet
  • Figure 5 represents a graph of the activation state of the flexible reed switches inducing the detection of the angular position of the rotating part.
  • the rotating device 1 also comprises an angular position detector 6 of the rotating part 4 relative to the fixed part 2.
  • the angular position detector 6 comprises a magnet 62 secured to the rotating part 4, capable of generating a flux magnetic along a radial axis A2 extending from the axis of rotation A1 of the rotating part 4.
  • the magnet 62 is considered as the rotor 620 of the detector of the angular position 6.
  • This rotor 620 then undergoes a rotation identical to the rotating part 4.
  • the rotating part 4 comprises a housing 42 in which the magnet 62 is inserted so that the magnetic poles of the magnet 62 are aligned with the radial axis A2.
  • the magnet 62 generates a magnetic flux extending along the radial axis A2 and also undergoing the rotation of the rotating part 4.
  • magnet 62 is an Sm2Co17 magnet.
  • This type of magnet has the advantage of having a small footprint compared to other types of magnet.
  • a Sm2Co17 magnet also has a high remanent induction, of the order of 1.1 Tesla, and a high volume energy, of the order of 240 kj/m 3 .
  • the coefficients of thermal variation of the remanent induction and the coercive field of this Sm2Co17 magnet are also advantageous for the thermal cycles that a satellite undergoes in orbit.
  • any type of magnetic structure making it possible to generate a magnetic flux extending along the radial axis A2 can be considered.
  • an electromagnet can be considered.
  • a collector system for powering the electromagnet or an induction power system can be coupled with the electromagnet by on-board electronics.
  • the use of an electromagnet, its power supply as well as the on-board electronics requires a larger volume compared to magnet 62.
  • the magnet 62 and the rotor 620 of the angular position detector therefore rotate at the rate of the rotating part 4 and generate a variation of the magnetic field along the radial axis A2.
  • the angular position detector 6 comprises a binary magnetic field detector integral with the fixed part 2, configured to switch from a so-called open state to a so-called closed state when the binary magnetic field detector is crossed by the magnetic flux of the magnet 62.
  • the binary magnetic field detector is, as an indicative example, a sensor delivering binary information when the magnetic field varies.
  • the angular position detector 6 comprises for example a first flexible blade switch 64 secured to the fixed part 2.
  • the first flexible blade switch 64 comprises two edges, or two contacts, and is configured to switch from one state said open, in which the two edges are spaced apart in a so-called closed state, in which the two edges are electrically connected when the first flexible reed switch is crossed by the magnetic flux of the magnet 62 so to generate a pulse or a change of state when the magnetic field exceeds a predefined value.
  • a flexible blade switch is a magnetic switch comprising two contacts. These two contacts, or edges, which are, as an indicative example, made of iron-nickel alloy, are magnetizable and elastic. Thus, in the presence of a magnetic field exceeding a predefined intensity, the contacts become magnetized by influence, and are attracted to each other. The contacts come together until they touch, which is observable when the passage of a current is established. When the magnetic field is reduced below the preset value, the magnetization of the blades no longer becomes sufficient to establish contact between the blades, terminating the electrical connection.
  • the magnet 62 is inserted into the housing 42 so as to generate the magnetic flux perpendicular to the radial axis A2. Therefore, although the magnetic flux is not directed directly in the direction of the first flexible reed switch 64, the first flexible reed switch detects a variation in the magnetic field making it possible to switch from the open state to the closed state and Conversely.
  • the rotating device 1 comprises a second flexible blade switch 66 secured to the fixed part 2.
  • the second flexible blade switch 66 also comprises two edges or contacts of the second flexible blade switch and is also configured to switch from the so-called open state to the closed state when the second flexible blade switch 66 is crossed by the magnetic flux of the magnet 62.
  • the first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66 can thus be considered as the stator 640 of the angular position detector, immobile relative to the rotor 620.
  • the second flexible blade switch 66 is spaced from the first flexible blade switch 64 by a predefined angle 2 oc relative to the axis of rotation A1 of the rotating part 4, as shown in Figure 2.
  • the second flexible blade switch 66 is angularly offset from the first flexible blade switch 64 by a predefined angle 2 oc relative to the axis of rotation A1 of the rotating part 4.
  • the second flexible blade switch 66 switches from the open state, in which the edges or contacts of the second switch 66 are distant, to the closed state in which the edges are magnetized and in contact with each other allowing the passage of an electric current but the first flexible blade switch 64 remains in the open state, then the magnetic field generated by the magnet 62 n
  • the second flexible blade switch 66 and the magnet 62 characterizing for example the angular position of the rotating part 4, are located downstream of the second flexible blade switch 66 in the direction of rotation of the rotating part 4.
  • an increase or decrease of 10% of the two detection ranges specific to the first and second flexible blade switches 64 and 66 induces an increase or decrease of 40% of the common detection angular range 65.
  • the impact is less significant because the ratio between the common detection angular range 65 and the angle of detection of a single reed switch can be higher, reducing detection uncertainty.
  • the term simultaneously is considered to be the state during which the first flexible reed switch 64 and the second flexible reed switch 66 are switched from the open state to the closed state, that is to say at the level of the common detection angular range 65 as described previously.
  • the magnet 62 is located at the center of the arc formed between the first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66, as shown in FIG. 2.
  • the first and the second flexible blade switch 64 and 66 being spaced at an angle 2 oc, the angular position of the magnet 62 and the rotating part 4 is easily determinable.
  • a marker determining the angular position of the rotating part 4 can be considered and the angular distance between this marker and the magnet 62 along the radial axis A2 is known.
  • the predefined angle between the first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66 is an angle between 10° and 30°.
  • the predefined angle between the first flexible reed switch 64 and the second flexible reed switch 66 is an angle between 15° and 20° and according to an ideal configuration, the predefined angle is 18°.
  • the first reed switch 64 and the second reed switch 66 are electrically connected in series. This electrical connection has the advantage of isolating the overlap of the detection zones of each of the first and second flexible blade switches 64 and 66 to obtain a reduced centered detection zone.
  • first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66 are configured to have a common detection range 65 representing the angular range during which the switch from the open state to the closed state of the first reed switch 64 and the second reed switch 66 is effective.
  • the rotating device 1 is a stepper motor. From then on, the rotation of the rotating part 4 is incremented according to a defined angle, namely the pitch.
  • the rotor 620, and more particularly the magnet 62, of the position detector 6 is indexed to a step of the rotary part 4 of the stepper motor.
  • the first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66, for their part, are positioned along the radial axis A2, on either side of the step, so that the step is positioned between the first switch at flexible blade 64 and the second flexible blade switch 66 along an arc connecting the first and second flexible blade switches 64 and 66.
  • This indexing of the positioning of the rotor 620 and the stator 640, represented by the first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66, on one step of the stepper motor allows as well as the magnetic field generated by the magnet 62 is stopped between the first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66 on one of the stable positions of the stepper motor.
  • first flexible reed switch 64 and the second flexible reed switch 66 has the advantage of highlighting that a signal in the high state, translating that the first and second flexible blade switch are in the closed state, indicates that the stepper motor has stopped on the targeted step, that is to say positioned between the first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66.
  • a second pair of flexible blade switches is placed at 120° from the first pair of flexible blade switches formed by the first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66, facing each other. another stable position of the stepper motor, to ensure redundancy.
  • any other angle between the first pair of flexible blade switches and the second pair of flexible blade switches can be considered as long as the second pair of flexible blade switches is opposite another stable position of the step-by-step engine.
  • the rotating device is a rotating motor.
  • the distance along the radial axis A2 between the magnet 62, or the axis of rotation A1, and the first and second flexible reed switches 64 and 66 is an important factor. Indeed, a distance that is too small harms the precision of the detection of the angular position of the magnet 62 and the rotating part 4 while a distance that is too great prevents any magnetization of the flexible switches. Therefore, the first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66 are spaced from the axis of rotation A1 by a predefined length L, shown in Figure 2. As an indicative example, the predefined length L is a length between 10 millimeters and 30 millimeters.
  • the predefined length L between the axis of rotation A1 and the first and second flexible reed switch 64 and 66 is a length between 12 millimeters and 20 millimeters and ideally is a length of 16 millimeters.
  • the magnet 62 is included in a first part 80 obtained from a high-performance thermoplastic material, as shown in Figure 1.
  • the first part 80 is, for example, made of polyetheretherketone (PEEK). Alternatively, any material having high heat resistance is considered.
  • first flexible blade switch 64 and the second flexible blade switch 66 are included in a second part 82 obtained from a high-performance thermoplastic material integral with the fixed part 2.
  • the second part 82 is, as for example, polyetheretherketone (PEEK).
  • PEEK polyetheretherketone
  • any material having characteristics such as good electrical insulation, with an adequate outgassing rate for a space environment and strong resistance to thermal cycles is considered.
  • the second part 82 also has the advantage of improving the relative positioning of the first flexible blade switch 64 relative to the second flexible blade switch 66.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un dispositif tournant (1) comprenant une partie fixe (2) et une partie rotative (4) autour d'un axe de rotation par rapport à la partie fixe (2), le dispositif tournant (1) comprenant un détecteur de position angulaire (6) de la partie rotative (4) par rapport à la partie fixe (2), le détecteur de position angulaire (6) comprenant : - Un aimant (62) solidaire de la partie rotative (4), apte à générer un flux magnétique selon un axe radial (A2) de la partie rotative (4), - Un détecteur binaire de champ magnétique solidaire de la partie fixe (2), configuré pour basculer d'un état dit ouvert à un état dit fermé lorsque le détecteur binaire de champ magnétique est traversé par le flux magnétique de l'aimant (62).

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Détecteur de position pour un motoréducteur pas à pas spatial
[0001] L’invention concerne le domaine de la détection de position angulaire d’un dispositif tournant compris dans une antenne. Plus particulièrement, l’invention concerne la détection de position angulaire destinée à la commande de moteur pas à pas à aimants permanents. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des antennes et des activités spatiales, pour lesquelles la détection de la position de l’élément rotatif doit être précise, mais est adaptée à tout système comprenant une pièce rotative nécessitant la détection de sa position par rapport à une pièce fixe ou du nombre de rotation complète effectuée par ladite pièce rotative.
[0002] Traditionnellement, pour détecter l’angle de rotation d’un élément rotatif, il est indiqué d’utiliser un codeur incrémental optique à roue qui fournit un retour d’information pour une commande précise de la vitesse et du positionnement de l’élément rotatif. Néanmoins, ce type de composant présente l’inconvénient de nécessiter une électronique de traitement importante afin de fournir le retour d’information quant à la position de l’élément rotatif. En outre, la nécessité, liée aux applications spatiales, de déterminer des positions angulaires très précises implique également d’utiliser uniquement des modèles de codeur de haute précision pour lesquels le coût financier est élevé.
[0003] En alternative à cela, il peut être envisagé d’utiliser un capteur de position à effet Hall. Cependant, ce type de capteur présente un taux de défaillance plus élevé que celui du codeur incrémental.
[0004] En outre, il peut également être envisagé d’utiliser un codeur absolu, par exemple un potentiomètre. Cependant, ce type de codeur nécessite également une électronique de traitement et même un convertisseur analogique-numérique. De plus, ce type de codeur est plus souvent sujet à la défaillance du fait d’usure, de vibrations notamment, ce qui est un fait à prendre en considération dans un milieu où les conditions mécaniques sont souvent extrêmes avec des vibrations fortes et des températures importantes. [0005] Enfin, il peut être envisagé d’utiliser un capteur capacitif mais, encore une fois, les coefficients de température et d’humidité qui lui seront soumis en font une alternative peu convaincante.
[0006] De plus, l’ensemble des solutions citées sont de nature active et nécessitent donc une électronique de conditionnement augmentant le volume global du système et le risque de défaillance due à l’électronique embarquée.
[0007] L’invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un détecteur de position angulaire basé sur une structure magnétique simple permettant de déclencher la commutation sans rebond d’un ensemble d’interrupteurs à lame permettant d’indiquer la position de l’élément rotatif d’un moteur pas à pas piloté par un signal de commande. Le détecteur de position angulaire selon l’invention présente l’avantage d’être constitué d’un minimum de composant électroniques, ces composants étant passifs et adaptés pour des systèmes destinés à des activités spatiales.
[0008] A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif tournant comprenant une partie fixe et une partie rotative autour d’un axe de rotation par rapport à la partie fixe, le dispositif tournant comprenant un détecteur de position angulaire de la partie rotative par rapport à la partie fixe, le détecteur de position angulaire comprenant :
- Un aimant solidaire de la partie rotative, apte à générer un flux magnétique selon un axe radial de la partie rotative,
- Un détecteur binaire de champ magnétique solidaire de la partie fixe, configuré pour basculer d’un état dit ouvert à un état dit fermé lorsque le détecteur binaire de champ magnétique est traversé par le flux magnétique de l’aimant.
[0009] Selon un aspect de l’invention, le détecteur binaire de champ magnétique comprend un premier interrupteur à lame souple, le premier interrupteur à lame souple comprenant deux bords et étant configuré pour basculer de l’état dit ouvert, dans lequel les deux bords sont distants à l’état dit fermé, dans lequel les deux bords sont électriquement reliés lorsque le premier interrupteur à lame souple est traversé par le flux magnétique de l’aimant. [0010] Selon un aspect de l’invention, le détecteur binaire de champ magnétique comprend un deuxième interrupteur à lame souple solidaire de la partie fixe, le deuxième interrupteur à lame souple comprenant deux bords du deuxième interrupteur à lame souple et étant configuré pour basculer de l’état dit ouvert à l’état fermé lorsque le deuxième interrupteur à lame souple est traversé par le flux magnétique de l’aimant, le deuxième interrupteur à lame souple étant distant du premier interrupteur à lame souple d’un angle prédéfini par rapport à l’axe de rotation de la partie rotative.
[0011] Selon un aspect de l’invention, le premier interrupteur à lame souple et le deuxième interrupteur à lame souple sont électriquement reliés en série.
[0012] Selon un aspect de l’invention, le premier interrupteur à lame souple et le deuxième interrupteur à lame souple sont distants de l’axe de rotation d’une longueur prédéfinie.
[0013] Selon un aspect de l’invention, le premier interrupteur à lame souple et le deuxième interrupteur à lame souple sont configurés pour posséder une plage de détection commune, la plage de détection commune représentant la plage angulaire durant laquelle la bascule de l’état ouvert à l’état fermé du premier interrupteur à lame souple et du deuxième interrupteur à lame souple est effective.
[0014] Selon un aspect de l’invention, le premier interrupteur à lame souple et le deuxième interrupteur à lame souple sont compris dans une deuxième pièce obtenue dans un matériau thermoplastique haute performance.
[0015] Selon un aspect de l’invention, le dispositif tournant comprend un dispositif de réglage de la position du premier interrupteur à lame souple et du deuxième interrupteur à lame souple par rapport à la pièce fixe.
[0016] Selon un aspect de l’invention, l’aimant est compris dans une première pièce obtenue dans un matériau thermoplastique haute performance.
[0017] Selon un aspect de l’invention, le dispositif tournant comprend au moins un canaliseur de flux configuré pour canaliser le flux magnétique de l’aimant radialement par rapport à l’axe de rotation de la pièce rotative. [0018] Selon un aspect de l’invention, le dispositif tournant comprend un carter de protection magnétique configuré pour isoler la partie rotative et la partie fixe d’un flux en provenance d’un milieu extérieur au dispositif tournant.
[0019] Selon un aspect de l’invention, le dispositif tournant étant un moteur pas à pas.
[0020] L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
[0021] La figure 1 représente une vue éclatée d’un dispositif tournant comprenant un détecteur de position angulaire selon l’invention ;
[0022] La figure 2 représente une vue en coupe du dispositif tournant de la figure 1 ;
[0023] La figure 3 représente une vue schématique et en coupe d’une variante du dispositif tournant de la figure 1 ;
[0024] La figure 4 représente une vue schématique en coupe du dispositif tournant comprenant un aimant de biais ;
[0025] La figure 5 représente un graphique de l’état d’activation des interrupteurs à lames souples induisant à la détection de la position angulaire de la pièce rotative.
[0026] Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
[0027] La figure 1 représente une vue éclatée d’un dispositif tournant 1 comprenant une partie fixe 2, ou communément appelé stator, et une partie rotative, ou communément appelé rotor 4, mobile en rotation autour d’un axe de rotation A1 par rapport à la partie fixe 2.
[0028] Le dispositif tournant 1 comprend également un détecteur de position angulaire 6 de la partie rotative 4 par rapport à la partie fixe 2. Le détecteur de position angulaire 6 comprend un aimant 62 solidaire de la partie rotative 4, apte à générer un flux magnétique selon un axe radial A2 s’étendant de l’axe de rotation A1 de la partie rotative 4. L’aimant 62 est considéré comme le rotor 620 du détecteur de la position angulaire 6. Ce rotor 620 subit alors une rotation identique à la partie rotative 4. Pour ce faire, la partie rotative 4 comprend un logement 42 dans lequel l’aimant 62 est inséré de sorte à ce que les pôles magnétiques de l’aimant 62 soient alignés avec l’axe radial A2. Ainsi, l’aimant 62 génère un flux magnétique s’étendant selon l’axe radial A2 et subissant également la rotation de la partie rotative 4.
[0029] A titre d’exemple indicatif, l’aimant 62 est un aimant Sm2Co17. Ce type d’aimant présente l’avantage de présenter un faible encombrement par rapport à d’autres types d’aimant. Un aimant Sm2Co17 est également doté d’une induction rémanente élevée, de l’ordre de 1 ,1 Tesla, et d’une énergie volumique élevée, de l’ordre de 240 kj/m3 . Les coefficients de variation thermique de l’induction rémanente et du champ coercitif de cet aimant Sm2Co17 sont aussi avantageux pour les cycles thermiques que subit un satellite en orbite.
[0030] En variante, tout type de structure magnétique permettant de générer un flux magnétique s’étendant selon l’axe radial A2 peut être envisagé. A titre d’exemple indicatif, un électro-aimant peut être envisagé. Un système de collecteur permettant d’alimenter l’électro-aimant ou un système d’alimentation par induction peut être couplé avec l’électro-aimant par une électronique de bord. Néanmoins, l’utilisation d’un électro-aimant, de son alimentation ainsi que de l’électronique de bord nécessite un volume plus important en comparaison de l’aimant 62.
[0031] L’aimant 62 et le rotor 620 du détecteur de position angulaire subit donc une rotation au rythme de la partie rotative 4 et génère une variation du champ magnétique selon l’axe radial A2.
[0032] Le détecteur de position angulaire 6 comprend un détecteur binaire de champ magnétique solidaire de la partie fixe 2, configuré pour basculer d’un état dit ouvert à un état dit fermé lorsque le détecteur binaire de champ magnétique est traversé par le flux magnétique de l’aimant 62. Le détecteur binaire de champ magnétique est à titre d’exemple indicatif un capteur délivrant une information binaire lorsque le champ magnétique varie.
[0033] Le détecteur de position angulaire 6 comprend par exemple un premier interrupteur à lame souple 64 solidaire de la partie fixe 2. Le premier interrupteur à lame souple 64 comprend deux bords, ou deux contacts, et est configuré pour basculer d’un état dit ouvert, dans lequel les deux bords sont distants à un état dit fermé, dans lequel les deux bords sont électriquement reliés lorsque le premier interrupteur à lame souple est traversé par le flux magnétique de l’aimant 62 de sorte à générer une impulsion ou un changement d’état lorsque le champ magnétique dépasse une valeur prédéfinie.
[0034] En effet, un interrupteur à lame souple, est un interrupteur magnétique comprenant deux contacts. Ces deux contacts, ou bords, qui sont, à titre d’exemple indicatif, en alliage fer-nickel, sont magnétisables et élastiques. Ainsi, en présence d'un champ magnétique dépassant une intensité prédéfinie, les contacts s'aimantent par influence, et sont attirés l'un par l'autre. Les contacts se rapprochent jusqu’à se toucher, ce qui est observable lors de l’établissement du passage d’un courant. Lorsque le champ magnétique est réduit au-dessous de la valeur prédéfinie, la magnétisation des lames ne devient plus suffisante pour établir le contact entre les lames, mettant fin à la connexion électrique.
[0035] Selon une variante, l’aimant 62 est inséré dans le logement 42 de sorte à générer le flux magnétique perpendiculairement à l’axe radial A2. Dès lors, bien que le flux magnétique ne soit pas dirigé directement dans la direction du premier interrupteur à lame souple 64, le premier interrupteur à lame souple détecte une variation du champ magnétique permettant de basculer de l’état ouvert à l’état fermé et inversement.
[0036] En temps normal, les deux contacts sont éloignés d'une dizaine de micromètres environ, mais sous l'effet d'un champ magnétique important, ils se rapprochent jusqu'à la fermeture de l'interrupteur à lame souple.
[0037] Or, pour une position et une orientation définies du premier interrupteur à lame souple 64 dans la partie fixe 2 ainsi qu’une trajectoire définie du passage de l’aimant 62, et particulièrement du champ magnétique généré par l’aimant 62 au voisinage du premier interrupteur à lame souple 64, il est alors possible de déterminer une plage de la position angulaire de l’aimant 62, du rotor 62 et donc de la partie rotative 4 dans laquelle le premier interrupteur à lame souple 64 bascule dans l’état fermé, c’est-à-dire l’angle de détection de la partie rotative 4 par rapport à la partie fixe 2.
[0038] Par conséquent, en détectant le signal binaire qui est activé/désactivé à partir du premier interrupteur à lame souple 64, il devient envisageable de détecter la position angulaire du rotor 620 et donc de la partie rotative auquel l’aimant 62 est fixé lorsque l’aimant 62, et particulièrement le champ magnétique généré par l’aimant 62, passe en regard de l’interrupteur à lame souple. [0039] Selon une configuration préférentielle, le dispositif tournant 1 comprend un deuxième interrupteur à lame souple 66 solidaire de la partie fixe 2. Le deuxième interrupteur à lame souple 66 comprend également deux bords ou contacts du deuxième interrupteur à lame souple et est également configuré pour basculer de l’état dit ouvert à l’état fermé lorsque le deuxième interrupteur à lame souple 66 est traversé par le flux magnétique de l’aimant 62. Le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 peuvent ainsi être considérés comme le stator 640 du détecteur de position angulaire, immobile par rapport au rotor 620.
[0040] En outre, le deuxième interrupteur à lame souple 66 est distant du premier interrupteur à lame souple 64 d’un angle prédéfini 2 oc par rapport à l’axe de rotation A1 de la partie rotative 4, comme représenté en figure 2. Autrement dit, le deuxième interrupteur à lame souple 66 est décalé angulairement du premier interrupteur à lame souple 64 d’un angle prédéfini 2 oc par rapport à l’axe de rotation A1 de la partie rotative 4.
[0041 ] En effet, l’aimant 62 fonctionnant à des températures élevées, le champ magnétique généré par l’aimant 62 s’en trouve impacté. Dès lors, il est nécessaire de rapprocher l’interrupteur à lame souple afin que ce dernier se magnétise et détecte le passage du champ magnétique et donc la position angulaire de la partie rotative 4. Autrement dit, il devient nécessaire de faire varier la position de l’aimant 62, et de rapprocher l’interrupteur à lame souple de l’aimant 62 selon l’axe radial A2. Ceci permet un ajustement du fonctionnement du capteur, à savoir l’interrupteur à lame souple.
[0042] Néanmoins, ce rapprochement présente des inconvénients tels la diminution de la précision de la détection du passage précis du champ magnétique au niveau de l’interrupteur à lame souple ou encore un impact conséquent de la température sur l’interrupteur à lame souple.
[0043] Dès lors, le positionnement angulaire du premier et du deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 présente l’avantage d’augmenter la précision de la détection de la position angulaire du flux magnétique généré par l’aimant 62 et donc la position angulaire de la partie rotative 4. En effet, lorsque le premier interrupteur à lame souple 64 bascule de l’état ouvert, dans lequel les bords ou contacts du premier interrupteur 64 sont éloignés, à l’état fermé dans lequel les bords sont aimantés et en contact l’un avec l’autre permettant le passage d’un courant électrique mais que le deuxième interrupteur à lame souple 66 reste à l’état ouvert, alors le champ magnétique généré par l’aimant 62 n’impacte que le premier interrupteur à lame souple 64 et l’aimant 62, caractérisant par exemple la position angulaire de la pièce rotative 4, se trouve en amont du premier interrupteur à lame souple 64 selon le sens de rotation de la pièce rotative 4. A l’inverse, lorsque le deuxième interrupteur à lame souple 66 bascule de l’état ouvert, dans lequel les bords ou contacts du deuxième interrupteur 66 sont éloignés, à l’état fermé dans lequel les bords sont aimantés et en contact l’un avec l’autre permettant le passage d’un courant électrique mais que le premier interrupteur à lame souple 64 reste à l’état ouvert, alors le champ magnétique généré par l’aimant 62 n’impacte que le deuxième interrupteur à lame souple 66 et l’aimant 62, caractérisant par exemple la position angulaire de la pièce rotative 4, se trouve en aval du deuxième interrupteur à lame souple 66 selon le sens de rotation de la pièce rotative 4.
[0044] Dès lors, lorsque simultanément le premier interrupteur à lame souple 64 bascule de l’état ouvert à l’état fermé et le deuxième interrupteur à lame souple 66 bascule de l’état ouvert à l’état fermé, alors le premier et le deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 subissent l’impact du champ magnétique généré par l’aimant 62. Ainsi, il est possible de détecter que la position angulaire de l’aimant 62 et de la pièce rotative 4 se trouve entre les deux positions angulaires du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66.
[0045] En effet, chaque interrupteur à lame souple a son propre angle de détection ou plage de détection propre. Le premier interrupteur à lame souple 64 possède donc une première plage de détection 64’ lié à la position angulaire connue du premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 possède également une deuxième plage de détection 66’ lié à la position angulaire connue du deuxième interrupteur à lame souple 66. Ces plages de détection représentées par le premier angle de détection 64’ et le deuxième angle de détection 66’, en se recouvrant, donnent un angle de détection commun 65 ou plage angulaire de détection commune 65 qui représente ainsi la position angulaire du rotor 620 et donc de la partie rotative 4. [0046] Un autre véritable inconvénient lié à la variation de température est que l’angle de détection commun 65 varie beaucoup par rapport aux deux plages de détection propres aux interrupteurs à lame souple, à savoir la première plage de détection 64’ du premier interrupteur à lame souple 64 et la deuxième plage de détection 66’ du deuxième interrupteur à lame souple 66.
[0047] Par exemple, une augmentation ou une diminution de 10% des deux plages de détection propres aux premier et deuxième interrupteurs à lame souple 64 et 66 induit une augmentation ou une diminution de 40% de la plage angulaire de détection commune 65.
[0048] Donc les variations des comportements magnétiques des premier et deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 ainsi que de l’aimant 62, de l’ordre de quelques pourcents, doivent être prises en considération. Il est donc nécessaire d’ajuster la position de l’aimant 62 pour que les variations que subit la plage angulaire de détection commune 65 ne provoquent pas l’un des deux cas de défaut suivants:
- Dans un premier cas, lorsque la plage angulaire de détection commune 65 est trop large, c’est-à-dire que l’angle de détection commun 65 est grand, la détection peut se produire également sur les deux pas adjacents au pas ciblé par le stator 640 lors de l’oscillation amortie du rotor 620 lorsque le rotor vient se positionner sur l’un de ces deux pas adjacent. Dès lors, la détection angulaire est imprécise.
- Dans un deuxième cas, lorsque la plage angulaire de détection commune 65 est trop étroite, c’est-à-dire que l’angle de détection commun 65 est faible, la perte de la détection lors de l’oscillation amortie du rotor 620 en venant se positionner sur le pas ciblé peut être plus fréquente bien que le rotor 620 soit positionné sur le pas ciblé.
[0049] Dans le cas d’un rapprochement entre l’aimant 62 et les premier et deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66, l’impact est moins conséquent car le ratio entre la plage angulaire de détection commune 65 et l’angle de détection d’un seul interrupteur à lame souple peut être plus élevé, réduisant l’incertitude liée à la détection. [0050] Le terme simultanément est considéré comme l’état durant lequel le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 se trouvent basculés de l’état ouvert à l’état fermé, c’est-à-dire au niveau de la plage angulaire de détection commune 65 comme décrit précédemment. Néanmoins, il peut être envisagé de prendre également en considération le moment en amont du moment où s’opère cette bascule simultanée du premier et du deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 pendant lequel seul le premier interrupteur à lame souple 64 bascule de l’état ouvert à l’état fermé. De manière similaire, il peut être envisagé de prendre en considération le moment en aval du moment où s’opère cette bascule simultanée du premier et du deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 pendant lequel seul le deuxième interrupteur à lame souple 66 bascule de l’état ouvert à l’état fermé. En effet, le flux magnétique généré par l’aimant 62 étant aligné avec l’axe radial et subissant la rotation de la pièce rotative 4, le premier et le deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 étant distant d’un angle non nul, il est logique qu’un interrupteur à lame souple est aimanté avant l’autre interrupteur à lame souple. En outre, il existe un délai pendant lequel le courant n’est pas établi dans un interrupteur à lame souple bien que l’interrupteur à lame souple subisse le flux magnétique induisant la bascule. Il s’agit du délai nécessaire pour que les deux bords ou contacts de l’interrupteur à lame souple s’aimantent, se déforment et se mettent en contact afin de permettre d’obtenir un passage du courant électrique dans l’interrupteur à lame souple. Dès lors, il devient important de prendre en considération les moments en amont et en aval du moment pendant lequel la bascule du premier et du deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 s’opère afin de connaître précisément la position angulaire de la pièce rotative 4, représenté par exemple par l’aimant 62.
[0051] A titre d’exemple indicatif, il peut être estimé alors que l’aimant 62 se trouve au centre de l’arc formé entre le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66, comme représenté en figure 2. Or, le premier et le deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 étant distants d’un angle 2 oc, la position angulaire de l’aimant 62 et de la pièce rotative 4 est aisément déterminable. [0052] En variante, un repère déterminant la position angulaire de la pièce rotative 4 peut être envisagé et la distance angulaire entre ce repère et l’aimant 62 selon l’axe radial A2 est connue.
[0053] A titre d’exemple indicatif, l’angle prédéfini entre le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 est un angle compris entre 10° et 30°. Préférentiellement l’angle prédéfini entre le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 est un angle compris entre 15° et 20° et selon une configuration idéale, l’angle prédéfini est de 18°.
[0054] Afin de détecter le moment durant lequel la bascule du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66 est effective, c’est-à- dire la plage angulaire de détection commune 65 représenté en figure 2, le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 sont électriquement reliés en série. Cette liaison électrique présente l’avantage d’isoler le recouvrement des zones de détection de chacun des premier et deuxième interrupteurs à lame souple 64 et 66 pour obtenir une zone réduite de détection centrée.
[0055] Enoncé autrement, le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 sont configurés pour posséder une plage de détection commune 65 représentant la plage angulaire durant laquelle la bascule de l’état ouvert à l’état fermé du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66 est effective.
[0056] Selon une configuration préférentielle de l’invention, le dispositif tournant 1 est un moteur pas à pas. Dès lors, la rotation de la partie rotative 4 est incrémentée selon un angle défini, à savoir le pas. Le rotor 620, et plus particulièrement l’aimant 62, du détecteur de position 6 est indexé sur un pas de la partir rotative 4 du moteur pas à pas. Le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66, quant à eux, sont positionnés selon l’axe radial A2, de part et d’autre du pas, de sorte que le pas est positionné entre le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 selon un arc reliant le premier et le deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66. Cette indexation du positionnement du rotor 620 et du stator 640, représenté par le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66, sur un pas du moteur pas à pas permet ainsi que le champ magnétique généré par l’aimant 62 soit stoppé entre le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 sur l’une des positions stables du moteur pas à pas.
[0057] Ainsi, avec un montage en série du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66 présente l’avantage de mettre en évidence qu’un signal à l’état haut, traduisant que le premier et le deuxième interrupteur à lame souple sont à l’état fermé, indique que le moteur pas à pas s’est stoppé sur le pas ciblé, c’est-à-dire positionné entre le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66.
[0058] Selon une variante, un second couple d’interrupteurs à lame souple est placé à 120° du premier couple d’interrupteurs à lame souple formé par le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66, face à une autre position stable du moteur pas à pas, pour assurer une redondance.
[0059] Tout autre angle entre le premier couple d’interrupteurs à lame souple et le deuxième couple d’interrupteurs à lame souple peut être considéré tant que le deuxième couple d’interrupteurs à lame souple est en face d’une autre position stable du moteur pas à pas.
[0060] Selon une autre configuration, le dispositif tournant est un moteur tournant.
[0061] Comme énoncé précédemment, la distance selon l’axe radial A2 entre l’aimant 62, ou l’axe de rotation A1 , et le premier et le deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 est un facteur important. En effet, une distance trop faible nuit à la précision de la détection de la position angulaire de l’aimant 62 et de la pièce rotative 4 alors qu’une distance trop importante empêche toute aimantation des interrupteurs à la souple. Dès lors, le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 sont distants de l’axe de rotation A1 d’une longueur prédéfinie L, représentée en figure 2. A titre d’exemple indicatif, la longueur prédéfinie L est une longueur comprise entre 10 millimètres et 30 millimètres. Selon une configuration préférentielle, la longueur prédéfinie L entre l’axe de rotation A1 et le premier et le deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 est une longueur comprise entre 12 millimètres et 20 millimètres et idéalement est une longueur de 16 millimètres. [0062] En outre, il est à noter que la présence de chaleur aux abords d’un interrupteur à lame souple peut nuire à l’aimantation des bords ou contacts. Or, trois sources de chaleur peuvent être identifiée comme pouvant interférer avec le dispositif tournant 1 pour une activité spatiale :
- Le rayonnement solaire traversant le dispositif tournant,
- La conduction des pertes thermiques du stator 2 du moteur via les roulements puis le rotor 2,
- Le rayonnement transmis et/ou réfléchi ainsi que la conduction thermique de la structure du satellite.
[0063] Dans l’optique de se prémunir de la chaleur générée notamment par le rayonnement solaire, l’aimant 62 est compris dans une première pièce 80 obtenue dans un matériau thermoplastique haute performance, comme représenté en figure 1 . La première pièce 80 est, à titre d’exemple, en polyétheréthercétone (PEEK). En variante, tout matériau ayant une forte résistance à la chaleur est envisagé.
[0064] De plus, le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 sont compris dans une deuxième pièce 82 obtenue dans un matériau thermoplastique haute performance solidaire de la partie fixe 2. La deuxième pièce 82 est, à titre d’exemple, en polyétheréthercétone (PEEK). En variante, tout matériau ayant des caractéristiques telles qu’une bonne isolation électrique, avec un taux de dégazage adéquat pour un environnement spatial et une forte résistance à des cycles thermiques est envisagé.
[0065] La deuxième pièce 82 présente également l’avantage d’améliorer le positionnement relatif du premier interrupteur lame souple 64 par rapport au deuxième interrupteur à lame souple 66.
[0066] Afin de protéger du mieux possible le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66, la deuxième pièce en matériau thermoplastique 82 peut être composée en deux parties 820 et 822 positionnées de manière à englober chaque interrupteur à lame souple, comme représenté en figure 1.
[0067] Selon une variante préférentielle, la première pièce 80 et la deuxième pièce
82 sont des circuits imprimés (PCB). La première pièce 80 et la deuxième pièce 82 présentent également l’avantage de permettre le maintien du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66 entre la première pièce 80 et la deuxième pièce 82 tout en mettant en série le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66. L’utilisation de la deuxième pièce 82 présente l’avantage de ne pas devoir cambrer les pates du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66.
[0068] Selon une autre configuration, le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 peuvent être des composants montés en surface (CMS) de la première pièce 80, comme représenté en figure 3.
[0069] L’utilisation du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66 comme composants montés en surface présente ainsi l’avantage d’être fixés directement à la première pièce 80 sans nécessiter l’utilisation de la deuxième pièce 82, limitant alors l’encombrement axial selon l’axe de rotation A1.
[0070] Il peut également être envisagé d’utiliser deux ou une multitude d’aimants 62 ou de pôles magnétiques sur la pièce rotative 4. Les aimants 62 sont alors arrangés d’une manière équidistante.
Cette configuration basée sur l’utilisation de plusieurs aimants 62 répartis de manière équidistante dans la pièce rotative 4 permet de générer plusieurs impulsions par rotation de la pièce rotative 4.
Il peut également être envisagé que les aimant 62 ou les pôles magnétiques soient directement positionnés sur au niveau d’un pas ou d’un incrément de la partie rotative 4. Cette configuration présente alors l’avantage de pouvoir identifier le pas franchi par la partie rotative 4 dans le cas d’utilisation par exemple d’un moteur pas à pas.
[0071] Il peut également être envisagé d’utiliser plusieurs couples d’interrupteurs à lame souples identiques au premier interrupteur à lame souple 64 et au deuxième interrupteur à lame souple 66 afin d’obtenir une mesure redondante de la position angulaire de l’aimant 62. En effet, les lectures principales et redondantes peuvent permettre une mesure identique en compensant le décalage angulaire de manière prédéfinie. [0072] Selon une variante, le dispositif tournant 1 comprend au moins un canaliseur de flux 9 configuré pour canaliser le flux magnétique de l’aimant 62 radialement par rapport à l’axe de rotation A1 de la pièce rotative 4 de sorte à aligner le flux magnétique selon l’axe radial A2. En variante, l’au moins un canaliseur de flux 9 est collé à l’aimant 62 avec une colle polymérisée ayant une bonne perméabilité magnétique. Selon une configuration préférentielle, représentée en figure 1 , le dispositif tournant 1 comprend deux canaliseurs de flux 9 insérés dans le logement 42 de sorte à ce que l’aimant 62 soit positionné entre les deux canaliseurs de flux 9 selon l’axe de rotation A1. Le rotor 620 comprend alors l’aimant 62 et les deux canaliseurs de flux 9.
[0073] Le canaliseur de flux 9 est, à titre d’exemple indicatif, une pièce polaire pour canaliser le flux magnétique. Le canaliseur de flux 9 est, à titre d’exemple indicatif, réalisée en matériau ferromagnétique.
[0074] Selon une variante, le dispositif tournant 1 comprend au moins un canaliseur de flux 9, positionné en regard du premier interrupteur à lame souple 64 contre la partie fixe 2 de sorte à canaliser le flux magnétique généré par l’aimant 62 au niveau du premier interrupteur à la souple 64. De manière préférentielle, le dispositif tournant 1 comprend deux canaliseurs de flux 9 positionné à proximité du premier interrupteur à lame souple 64 contre la partie fixe 2 de sorte à ce que le premier interrupteur à lame souple 64 est entre deux canaliseurs de flux 9.
[0075] Et de manière similaire, le dispositif tournant 1 comprend au moins un canaliseur de flux 9, positionné à proximité du deuxième interrupteur à lame souple 66 contre la partie fixe 2 de sorte à canaliser le flux magnétique généré par l’aimant 62 au niveau du deuxième interrupteur à la souple 66. De manière préférentielle, le dispositif tournant 1 comprend deux canaliseurs de flux 9 positionné à proximité du deuxième interrupteur à lame souple 66 contre la partie fixe 2 de sorte à ce que le deuxième interrupteur à lame souple 66 est entre deux canaliseurs de flux 9. Dès lors, le stator 640 comprend le premier et le deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66 ainsi que les quatre canaliseurs de flux 9.
[0076] Le dispositif tournant 1 peut également comprendre un carter de protection magnétique 10 configuré pour isoler la partie rotative 4 et la partie fixe 2 d’un flux en provenance d’un milieu extérieur au dispositif tournant 1 . Ainsi, le carter de protection magnétique 10 isole magnétiquement le dispositif tournant 1 du milieu extérieur. Dès lors, le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 sont moins sensibles, voire même insensibles, aux perturbations électromagnétiques en provenance d’autres machines situées à proximité ou du milieu extérieur comme le rayonnement cosmique. Le carter de protection magnétique 10 est fixé au stator 2 par le biais de vis paramagnétiques 100. L’utilisation de vis paramagnétique 100 présente l’avantage d’absorber une faible portion du flux magnétique à proximité de ces dernières et ont ainsi tendance à réduire la taille de la plage de détection commune 65.
[0077] En variante, il peut être envisagé de fixer le carter de protection magnétique 10 par le biais de vis.
[0078] Selon une autre variante, le carter de protection magnétique 10 est un carter paramagnétique.
[0079] Le dispositif tournant 1 peut également comprendre un dispositif de réglage de la position 11 du stator 640, et particulièrement du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66, par rapport à la pièce fixe 2 de manière à ajuster la position angulaire du stator 640 par rapport au rotor 620 et à la pièce rotative 4. Le dispositif de réglage 11 du stator 640 induit une rotation du stator 640 par rapport à la pièce fixe 2 selon l’axe de rotation A1 de sorte à déplacer les positions angulaires du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66.
[0080] A titre d’exemple indicatif, le dispositif de réglage de la position 11 du stator 640 par rapport à la pièce fixe 2 comprend au moins une gouttière 110 s’étendant, le long de la partie fixe 2, perpendiculairement par rapport à l’axe de rotation A1 et radialement par rapport au sens de rotation de la partie rotative 4 et une vis de réglage 111 introduite dans la gouttière 110 permettant de bloquer le stator 640 par rapport à la pièce fixe 2. Ce réglage présente l’avantage de permettre de centrer chaque couple d’interrupteurs à lame souple sur un pas du moteur pas à pas.
[0081] En outre, dispositif de réglage de la position 11 permet de régler la position angulaire de la pièce fixe 2 par rapport à la pièce sur laquelle la pièce fixe est montée, qui est en l’occurrence la flasque arrière du moteur. [0082] Il peut également être envisagé, comme représenté en figure 3, que la partie fixe 2 comprenne directement un canalisateur de flux 9’. Cette variante permet de se passer de l’utilisation d’un canaliseur de flux 9 ajouté à proximité de l’aimant 62 ou des interrupteurs à lame souple 64 ou 66. Le canaliseur de flux 9’ prend ainsi la forme d’une excroissance 90’ planaire perpendiculaire à l’axe de rotation A1 en saillie par rapport à la partie fixe 2. Le canaliseur de flux 9’ comprenant cette excroissance 90’ permet ainsi de rediriger le flux magnétique en direction des premier et deuxième interrupteurs à lame souple 64 et 66.
[0083] Il peut également être envisagé de combiner le canalisateur de flux 9 positionné à proximité de l’aimant 62 dans la partie tournante 4 et le canaliseur de flux 9’ compris dans la partie fixe 2 afin d’optimiser la redirection du flux magnétique des pôles de l’aimant 62 jusqu’aux premier et deuxième interrupteurs à lame souple 64 et 66. De plus, dans une configuration préférentielle, le canalisateur de flux 9 positionné à proximité de l’aimant 62 dans la partie tournante 4 et le canaliseur de flux 9’ compris dans la partie fixe 2 forment des pôles saillants et des dents se trouvant en face l’un de l’autre quand la réluctance est minimale.
[0084] En outre, il peut également être envisagé de travailler avec un champ magnétique saturant les canalisateurs de flux 9 et/ou 9’ plutôt que de capter des lignes de fuite du champ magnétique. Un fonctionnement en saturation des canaliseurs de flux 9 et 9’ présente ainsi l’avantage d’obtenir une détection moins sensible aux influences externes à cause de la température ou des dispersions de fabrication par exemple.
[0085] Selon une configuration préférentielle, les canaliseurs de flux 9 et 9’ sont des tôles magnétiques.
[0086] Il peut aussi être envisagé, comme représenté en figure 4, de positionner un aimant de biais 7 se trouvant dans le domaine de détection du premier interrupteur à lame souple 64, à savoir la première plage de détection 64’, ou dans le domaine de détection du deuxième interrupteur à lame souple 66, à savoir la deuxième plage de détection 66’. Autrement dit, l’aimant de biais 7 est positionné à proximité du premier interrupteur à lame souple 64 et/ou du deuxième interrupteur à lame souple 66. A titre d’exemple indicatif, l’aimant de biais 7 est aligné avec le premier interrupteur à lame souple 64 selon l’axe de rotation A1. La partie fixe 2 peut également comprendre plusieurs aimant de biais 7 disposés à proximité de chaque interrupteur à lame souple 64 et 66. En effet, l’aimant de biais 7 permet de générer un champ de biais qui diminue la sensibilité du premier interrupteur à lame souple 64 et/ou du deuxième interrupteur à lame souple 66. Dès lors, une détection de la part du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66 nécessite un champ magnétique plus fort par rapport au champ magnétique de biais généré par l’aimant de biais 7, ce qui présente l’avantage de diminuer le risque de perturbations par des champs extérieurs.
[0087] La figure 5 représente un graphique de l’état d’activation respectif du premier interrupteur à lame souple 64 et du deuxième interrupteur à lame souple 66 ainsi qu’un graphe représentant la position angulaire de la partie rotative 4 selon les deux états d’activation du premier et du deuxième interrupteur à lame souple 64 et 66.
[0088] Pour chacun des graphes l’abscisse représente la position angulaire de la partie rotative 4 selon le sens de rotation de la partie rotative 4 et l’ordonnée représente l’état d’activation du composant.
[0089] Deux états d’activation sont considérés : un état bas qui correspond à l’état ouvert de chaque interrupteur à lame souple et un état haut qui correspond à l’état fermé de chaque interrupteur à lame souple. Dès lors, lorsque le champ magnétique généré par l’aimant 62 entre en contact avec le premier interrupteur à lame souple 64, le premier interrupteur à lame souple 64 bascule de l’état bas ou ouvert à l’état haut, ou fermé, comme représenté en figure 5.
[0090] Et, de manière similaire, lorsque le champ magnétique généré par l’aimant 62 entre en contact avec le deuxième interrupteur à lame souple 66, le deuxième interrupteur à lame souple 66 bascule de l’état bas ou ouvert à l’état haut, ou fermé avec un retard par rapport au premier interrupteur à lame souple 64 dû à la position angulaire décalée de l’angle prédéfinie 2 oc par rapport à la position angulaire du premier interrupteur à lame souple 64.
[0091] En outre, comme mentionné précédemment, il existe un retard entre le moment où le premier interrupteur à lame souple 64 est balayé par le flux magnétique et la bascule de l’état ouvert à l’état fermé du premier interrupteur à lame souple 64 nommé hystérésis magnétique. Dès lors, il est possible de dissocier une position angulaire électrique P1 d’une position angulaire mécanique P2. La position angulaire électrique P1 représente alors la position angulaire de la partie rotative 4 à laquelle le premier interrupteur à lame souple 64 est fermé. A titre d’exemple indicatif, la position angulaire électrique P1 peut être considérée comme la position centrée par rapport à la période pendant laquelle le premier interrupteur à lame souple 64 est dans l’état haut ou fermé, comme représenté en figure 5.
[0092] La position angulaire mécanique P2 représente alors la position angulaire de la partie rotative 4 pour laquelle le flux magnétique impacte le premier interrupteur à lame souple 64. Ainsi, en connaissant le délai lié à l’hystérésis magnétique, la position angulaire mécanique P2 de la partie rotative 4 peut être déterminée par rapport à la position angulaire électrique P1 . La position angulaire mécanique P2 est alors en amont de la position angulaire électrique P1 selon le sens de rotation de la partie rotative 4.
[0093] De manière similaire, il est possible de détecter une position angulaire électrique P3 de la partie rotative 4 et une position angulaire mécanique P4 de la partie rotative par rapport au deuxième interrupteur à lame souple 66. La position angulaire électrique P3 représente alors la position angulaire de la partie rotative 4 à laquelle le deuxième interrupteur à lame souple 66 est fermé. A titre d’exemple indicatif, la position angulaire électrique P3 peut être considérée comme la position centrée par rapport à la période pendant laquelle le deuxième interrupteur à lame souple 66 est dans l’état haut ou fermé.
[0094] La position angulaire mécanique P4 représente alors la position angulaire de la partie rotative 4 pour laquelle le flux magnétique impacte le deuxième interrupteur à lame souple 66. Ainsi, en connaissant le délai lié à l’hystérésis magnétique, la position angulaire mécanique P4 de la partie rotative 4 peut être déterminée par rapport à la position angulaire électrique P3. La position angulaire mécanique P4 est alors en amont de la position angulaire électrique P3 selon le sens de rotation de la partie rotative 4.
[0095] En outre, il est possible de vérifier la distance angulaire entre le premier interrupteur à lame souple 64 et le deuxième interrupteur à lame souple 66 puisque la position angulaire électrique P1 doit alors être distante de la position angulaire électrique P3 d’un angle 2a et la position angulaire mécanique P2 doit également être distante de la position angulaire mécanique P4 de l’angle 2a. [0096] Dès lors, il est possible de détecter la position angulaire de la partie rotative 4 à partir de la position angulaire électrique P1 mesurée à partir du premier interrupteur à lame souple 64 et de la position angulaire électrique P3 mesurée à partir du deuxième interrupteur à lame souple 66. A titre d’exemple indicatif, la position angulaire électrique P5 de la partie rotative 4 détectée à partir de la position angulaire électrique P1 et de la position angulaire électrique P3 est une position centrée entre la position angulaire électrique P1 du premier interrupteur à lame souple 64 et la position angulaire électrique P3 du deuxième interrupteur à lame souple 66, à équidistance de la position angulaire électrique P1 et de la position angulaire électrique P3. Cette détection à partir de la position angulaire électrique P1 et de la position angulaire électrique P3 peut être jugée comme acceptable bien qu’étant soumise à l’imprécision due à hystérésis magnétique.
[0097] En variante, la détection de la position angulaire mécanique P6 de la partie rotative 4 se fait à partir de la position angulaire mécanique P2 mesurée à partir du premier interrupteur à lame souple 64 et de la position angulaire mécanique P4 mesurée à partir du deuxième interrupteur à lame souple 66. A titre d’exemple indicatif, la position angulaire de la partie rotative 4 détectée à partir de la position angulaire mécanique P2 et de la position angulaire mécanique P4 est une position centrée entre la position angulaire mécanique P2 du premier interrupteur à lame souple 64 et la position angulaire mécanique P4 du deuxième interrupteur à lame souple 66, à équidistance de la position angulaire mécanique P2 et de la position angulaire mécanique P4.
[0098] Le dispositif de détection de position angulaire selon l’invention présente l’avantage de pouvoir émettre une impulsion ou un créneau qui indique la position de la partie rotative piloté par un signal de commande tout en étant robuste par rapport aux perturbations mécaniques lors de la détection. Le dispositif de détection de position angulaire selon l’invention comprend également une conception simple puisque constitué du minimum de composants électroniques passifs, permettant ainsi de minimiser la nécessité d’une électronique avancée de traitement coûteuse et est compatible avec les exigences de qualité des normes européennes actuelles pour des systèmes destinés à des activités spatiales.
[0099] Le détecteur de position angulaire selon l’invention est basé sur l’utilisation d’une paire d’interrupteurs à lame souple connectés en série. La connexion en série permet d’isoler le recouvrement des zones de détection de chacun des interrupteurs à lame souple pour obtenir une zone réduite de détection.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif tournant (1 ) comprenant une partie fixe (2) et une partie rotative (4) autour d’un axe de rotation (A1 ) par rapport à la partie fixe (2), le dispositif tournant (1 ) comprenant un détecteur de position angulaire (6) de la partie rotative (4) par rapport à la partie fixe (2), le détecteur de position angulaire (6) comprenant :
Un aimant (62) solidaire de la partie rotative (4), apte à générer un flux magnétique selon un axe radial (A2) de la partie rotative (4),
Un détecteur binaire de champ magnétique solidaire de la partie fixe (2), configuré pour basculer d’un état dit ouvert à un état dit fermé lorsque le détecteur binaire de champ magnétique est traversé par le flux magnétique de l’aimant (62), le détecteur binaire de champ magnétique comprenant :
- un premier interrupteur à lame souple (64), le premier interrupteur à lame souple (64) comprenant deux bords et étant configuré pour basculer de l’état dit ouvert, dans lequel les deux bords sont distants à l’état dit fermé, dans lequel les deux bords sont électriquement reliés lorsque le premier interrupteur à lame souple (64) est traversé par le flux magnétique de l’aimant (62),
- un deuxième interrupteur à lame souple (66) solidaire de la partie fixe (2), le deuxième interrupteur à lame souple (66) comprenant deux bords du deuxième interrupteur à lame souple et étant configuré pour basculer de l’état dit ouvert à l’état fermé lorsque le deuxième interrupteur à lame souple (66) est traversé par le flux magnétique de l’aimant (62), le deuxième interrupteur à lame souple (66) étant distant du premier interrupteur à lame souple (64) d’un angle prédéfini par rapport à l’axe de rotation (A1 ) de la partie rotative (4), le premier interrupteur à lame souple (64) et le deuxième interrupteur à lame souple (66) sont compris dans une deuxième pièce (82) obtenue dans un matériau thermoplastique haute performance et à faible taux de dégazage.
2. Dispositif tournant (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel le premier interrupteur à lame souple (64) et le deuxième interrupteur à lame souple (66) sont électriquement reliés en série.
3. Dispositif tournant (1 ) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel le premier interrupteur à lame souple (64) et le deuxième interrupteur à lame souple (66) sont distants de l’axe de rotation (A1 ) d’une longueur prédéfinie.
4. Dispositif tournant (1 ) selon l’une des revendications 1 ou 3, dans lequel le premier interrupteur à lame souple (64) et le deuxième interrupteur à lame souple (66) sont configurés pour posséder une plage de détection commune (65), la plage de détection commune (65) représentant la plage angulaire durant laquelle la bascule de l’état ouvert à l’état fermé du premier interrupteur à lame souple (64) et du deuxième interrupteur à lame souple (66) est effective.
5. Dispositif tournant (1 ) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant un dispositif de réglage (11 ) de la position du premier interrupteur à lame souple (64) et du deuxième interrupteur à lame souple (66) par rapport à la pièce fixe (2).
6. Dispositif tournant (1 ) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’aimant (62) est compris dans une première pièce (80) obtenue dans un matériau thermoplastique haute performance.
7. Dispositif tournant (1 ) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant au moins un canaliseur de flux (9) configuré pour canaliser le flux magnétique de l’aimant (62) radialement par rapport à l’axe de rotation (A1 ) de la pièce rotative (4).
8. Dispositif tournant (1 ) selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant un carter de protection magnétique (10) configuré pour isoler la partie rotative (4) et la partie fixe (2) d’un flux en provenance d’un milieu extérieur au dispositif tournant (1 ).
9. Dispositif tournant (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le dispositif tournant (1 ) étant un moteur pas à pas.
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