EP4721114A1 - Procede et dispositif de fabrication d'une tige a aimantation helicoïdale - Google Patents

Procede et dispositif de fabrication d'une tige a aimantation helicoïdale

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Publication number
EP4721114A1
EP4721114A1 EP24727401.2A EP24727401A EP4721114A1 EP 4721114 A1 EP4721114 A1 EP 4721114A1 EP 24727401 A EP24727401 A EP 24727401A EP 4721114 A1 EP4721114 A1 EP 4721114A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
mixture
temperature
magnetic
cooling
Prior art date
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Pending
Application number
EP24727401.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alexandre FLEURY
Nicolas FANTON
Pierre SALLOT
Blaise LAPÔTRE
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 SA
Original Assignee
Safran SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
Publication of EP4721114A1 publication Critical patent/EP4721114A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0273—Imparting anisotropy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0266—Moulding; Pressing

Definitions

  • the present invention relates to the field of linear position sensors, and in particular to a method and a device for manufacturing a helical magnetized rod for such a sensor.
  • the brake of an aircraft wheel generally comprises a stack of friction disks, a thrust plate, and actuators that can be controlled to selectively exert a braking force on the thrust plate and therefore on the stack of disks.
  • a brake conventionally comprises a wear indicator formed by a rod secured to the thrust plate and whose linear position is representative of the wear of the stack of disks.
  • an operator then manually checks the position of the rod to determine the state of wear of the disks. Although such a check is reliable, it does not allow for precise estimation of the wear of the disks and makes any automated monitoring of this wear difficult.
  • the rod comprise an assembly of several permanent magnets each having, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the rod, a South pole and a North pole extending on either side of said longitudinal axis.
  • the poles of the same polarity of two adjacent magnets have a non-zero angular offset around the longitudinal axis of the rod, such that the rod emits a magnetic field whose orientation changes according to the position of the rod, which makes it possible to determine wear of the stack of disks.
  • the invention therefore aims to propose a simple and inexpensive method of manufacturing a rod emitting a magnetic field varying, in a plane perpendicular to a longitudinal axis of the rod, continuously as a function of the distance separating the plane from one end of said rod.
  • the invention proposes a method of manufacturing a helical magnetized rod, comprising the following steps:
  • the method further comprises debinding and sintering of the mixture.
  • the method further comprises a strengthening of the magnetic field emitted by the magnetic particles.
  • the invention also relates to a magnetic alignment device for implementing a method.
  • the device comprises:
  • a motorized platform arranged to simultaneously ensure a translation of the tube along its longitudinal axis and a rotation of said tube around said longitudinal axis;
  • a heating element fixed relative to the motorized platform and arranged to locally increase the temperature of the mixture contained in the tube up to the heating temperature
  • a unidirectional flux generator arranged between the heating element and the cooling element, and arranged to locally subject the magnetic particles to a unidirectional magnetic flux orthogonal to the longitudinal axis of the tube.
  • the heating element comprises a heating collar arranged to extend around a section of the tube.
  • the heating collar is of the resistive type.
  • the cooling element comprises a collar of cooling arranged to extend around a section of the tube.
  • the cooling collar is a copper ring cooled by circulating water or by spraying a decompressed gas.
  • the unidirectional magnetic flux generator comprises an electromagnet selectively powered by an electric current to generate a magnetic field, and a channeling element arranged to obtain the unidirectional magnetic flux from the magnetic field generated by the electromagnet.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of an aircraft wheel brake
  • Figure 2 is a schematic perspective view of a measuring device for determining wear of the brake disc stack illustrated in Figure 1;
  • Figure 3 illustrates a method of manufacturing a rod of the measuring device illustrated in Figure 2;
  • Figure 4 is a schematic perspective view of a magnetic alignment device for implementing the manufacturing method illustrated in Figure 3.
  • the brake 1 comprises a torsion tube on which is threaded, along an X axis, a stack of discs 2 (also called a heat sink) alternately comprising: stator discs 2a and rotor discs 2b.
  • the stator discs 2a and the rotor discs 2b are provided with brake linings and are respectively rotationally connected to the torque tube and to a rim of the wheel.
  • the brake 1 further comprises a hydraulic crown 3 fixed to one end of the torque tube 2.
  • the hydraulic crown 3 carries pistons 4 arranged to exert a braking force on a thrust plate 5 which is axially supported on the stack of disks 2 and which uniformly distributes the braking force thus exerted on a front face of the stack of disks 2.
  • the brake 1 is further equipped with a linear measuring device 10 for determining wear of the discs 2a, 2b of the stack of discs 2.
  • the measuring device 10 comprises a substantially cylindrical body 11 which extends along an axis Xn parallel to the axis X and which is fixed on an external face 3.1 of the hydraulic crown 3 substantially orthogonal to the axis X.
  • the measuring device 10 also comprises a magnetic rod 12 which extends along an axis X12 parallel to the axis X and which is slidably mounted in a bore of the body 11, such that the axis X12 is substantially coincident with the axis Xn.
  • the rod 12 comprises a first end 12.1 which is articulated to an external face 5.1 of the thrust plate 5 via a pivot 13 with an axis substantially orthogonal to the axis X, and a second end 12.2, opposite the first end 12.1, which is free.
  • the rod 12 is thus integral in translation, along the axis X, with the external face 5.1 of the thrust plate 5.
  • the rod 12 is arranged to emit a radial magnetic field C12 comprising a north pole and a north pole south which are arranged on either side of the axis X12 and which each extend along a helix 12N, 12S around the axis X12, here at an angle of 360 degrees between the first end 12.1 and the second end 12.2.
  • the orientation of the magnetic field varies, in a plane perpendicular to the axis X12, continuously as a function of a distance separating this plane from the first end 12.1 of the rod 12.
  • the measuring device 10 also comprises a first magnetic sensor 14.1 and a second magnetic sensor 14.2, both of the Hall effect type.
  • the first sensor 14.1 and the second sensor 14.2 are arranged on a free face of the body 11, in the same measuring plane substantially orthogonal to the axis Xn, such that the second sensor 14.2 corresponds to an image of the first sensor 14.1 according to a rotation of axis Xn and of amplitude equal to 90 degrees.
  • the first sensor 14.1 is arranged to deliver a first signal representative of the intensity of the magnetic field emitted by the rod 12 in a first direction D14.1 which is included in the measuring plane Pm and which is substantially orthogonal to the axis X12.
  • the second sensor 14.2 is arranged to deliver a second signal representative of the intensity of the magnetic field emitted by the rod 12 in a second direction D14.2 which is included in the measurement plane and which is substantially perpendicular to the axis X12 and to the first direction D14.1.
  • the first sensor 14.1 and the second sensor 14.2 are connected to a control unit UC of the aircraft A.
  • the control unit UC comprises a memory module, a processor forming a processing module, and a display.
  • the memory module contains computer programs whose execution by the processing module allows the control unit UC to operate.
  • the memory module further contains a database that associates field intensity measurement pairs magnetic field emitted by said rod 12 in the first direction D14.1 and the second direction D14.2 with an angular orientation of said magnetic field around the axis X12 and therefore with a position of said rod 12 along said axis X12, relative to the body 11.
  • an output of the pistons 4 of the hydraulic crown 3 is commanded so that the thrust plate 5 moves along the X axis and compresses the stack of disks 2. Due to its connection with the thrust plate 5, the rod 12 then moves along the X12 axis.
  • the first signal and the second signal delivered respectively by the first sensor 14.1 and the second sensor 14.2 constitute a pair of intensity measurements representative of the angular orientation of the magnetic field emitted by the rod 12 around the X12 axis.
  • the processing module of the control unit UC determines the angular orientation of the rod 12 associated with the pair of intensity measurements delivered by the first sensor 14.1 and the second sensor 14.2. The processing module then deduces a position of the rod 12 relative to the body 11 and therefore a wear value of the brake linings of the stack of discs 2.
  • the measuring device 10 thus makes it possible to obtain a reliable, precise and rapid measurement of a state of wear of the brake linings of the stack of discs 2 without it being necessary to carry out manual intervention on the brake 1.
  • a cylindrical T12 tube with an X12 axis is prefilled with an M12 mixture, also called "feedstock", comprising magnetic particles and a polymer mixture composed of thermoplastics, fluidizers and wetting agents.
  • the polymer mixture forms a binder viscous.
  • the T12 tube is made of stainless steel (for example 316L, 304L or equivalent steel) and forms a shaper having here an external diameter substantially between 7 and 8 millimeters and a length substantially between 5 and 8 centimeters.
  • the magnetic particles are in the form of a powder of permanent magnets such as for example: a powder of particles in an alloy of samarium and cobalt (SmCo); a powder of particles in an alloy of neodymium, iron and boron (NdFeB); a powder of particles in ferrite...
  • the volumetric charge rate of the magnetic particles in the M12 mixture is here substantially equal to 40%.
  • the M12 mixture is inserted under pressure into the T12 tube via an injection press (not shown) which makes it possible to force the introduction of said M12 mixture into a mold in which the T12 tube is previously received.
  • the T12 tube is ready to be inserted into a magnetic alignment device 20 making it possible to orient the magnetic particles of the M12 mixture in a direction D12 which extends in a magnetization plane PM perpendicular to the X12 axis of the T12 tube and which varies continuously as a function of the distance separating the magnetization plane PM from a free end of the T12 tube.
  • the magnetic alignment device 20 comprises a motorized platform 21, a heating element 22, a cooling element 23 and a unidirectional magnetic flux generator 24.
  • the motorized platform 21 is mounted movably on a frame and arranged to simultaneously ensure a translation of the tube T12 along its longitudinal axis X12 and a rotation of said tube T12 around said axis X12.
  • the translation speed and the rotation speed of the tube T12 are controllable independently of each other.
  • the motorized platform 21 comprises for example a carriage driven in translation along a rail by a first motor provided with a barrel which is driven in rotation about a horizontal axis by a second motor and which is provided with means for clamping one end of a Ti2 tube. It is also possible to provide a single motor and a device for synchronizing the movements, for example a set of gears.
  • the heating element 22 is fixed relative to the frame and is arranged to locally increase the temperature of the mixture M12 contained in the tube T12 to a predetermined heating temperature.
  • the heating temperature is between the glass transition temperature (Tg) of the binder below which said binder is said to be glassy and exhibits the behavior of an elastic solid body, and the Curie temperature of the magnetic particles of the powder above which said magnetic particles lose their ferromagnetic properties.
  • Tg glass transition temperature
  • the heating temperature is chosen so that at this temperature, the binder used is both sufficiently liquid to allow orientation of the magnetic particles via the unidirectional magnetic flux generator 24, and sufficiently solid to prevent any movement of the magnetic particles due to the movement and rotation of the tube T12 via the motorized platform.
  • the heating element 22 here comprises a heating collar arranged to extend around a section of the tube T12 and to travel along the entire tube T12 as said tube T12 moves along its axis X12 via the motorized platform 21.
  • the heating collar is for example of the resistive type.
  • the cooling element 23 is fixed relative to the frame and is arranged to locally reduce the temperature of the mixture M12 heated by the heating element.
  • the cooling temperature is lower than the glass transition temperature (Tg) of the binder and is chosen so that at said cooling temperature, the binder used is sufficiently solid or viscous to prevent any movement of the magnetic particles.
  • the cooling element 23 here comprises a cooling collar arranged to extend around a section of the tube Ti2 and to travel along the entire tube T12 as said tube T12 moves along its axis X12 via the motorized platform 21.
  • the cooling collar is for example a copper ring cooled by circulation of water or by spraying of a decompressed gas.
  • the unidirectional magnetic flux generator 24 is arranged between the heating element 22 and the cooling element 23, and is arranged to locally subject the mixture M12 heated by the heating element 22 to a unidirectional magnetic flux.
  • This unidirectional magnetic flux is orthogonal to the axis X12 of the tube T12 and has sufficient intensity to orient, in the direction of the magnetic flux, the magnetic particles of the mixture M12 heated by the heating element 22.
  • it comprises an electromagnet 24.1 selectively powered by an electric current, and a channeling element 24.2 arranged to obtain the unidirectional magnetic flux from the magnetic field generated by the electromagnet.
  • the channeling element 24.2 is for example produced by an air gap.
  • the T12 tube containing the M12 mixture is thus inserted into the magnetic alignment device 20. While the motorized platform 21 causes a translation and rotation of the T12 tube around its axis X12, each section of said T12 tube is successively subjected to:
  • a tube T12 is obtained containing a powder of bonded magnets emitting a helical-shaped magnetic field.
  • This magnetic field comprises a north pole and a south pole which are arranged on either side of the axis X12 and which each extend around the axis X12, along the helix 12N, 12S.
  • the pitch of the helix 12N, 12S depends on the translation speed and the rotation speed to which the tube T12 is subjected via the motorized platform 12. In the case where the translation speed and the rotation speed are constant, the pitch of the helix 12N , 12S is constant.
  • the bonded magnets, alone or surrounded by the tube T12, thus form the rod 12.
  • the debinding in other words the elimination of the binder present inside the T12 tube, can for example be carried out by placing the T12 tube vertically in a furnace under partial argon pressure, having previously screwed a cap onto the lower end of the tube or pinched said lower end.
  • debinding makes it possible to obtain a relative density of permanent magnets greater than 90%.
  • the end of the T12 tube that remained open will in turn be closed and then the T12 tube will be inserted into a HIP (Hot Isostatic Pressing) enclosure to undergo hot isostatic compaction. Once the sintering has been carried out, a T12 tube is then obtained containing a solid magnet emitting a helical-shaped magnetic field.
  • HIP Hot Isostatic Pressing
  • the binder must have properties compatible with the implementation of the manufacturing process of the rod 12, but also the application in which said rod 12 is used. It must thus have a rheology adapted to the injection operations, but also, if necessary, to the debinding and sintering operations (low residual impurity rate of the permanent magnet powder, in particular the residual carbon rate): polymer mixtures composed of polyethylene (PE), stearic acid (SA), polyethylene glycol (PEG), paraffin (PW), polymethyl methacrylate (PMMA)...
  • PE polyethylene
  • SA stearic acid
  • PEG polyethylene glycol
  • PW paraffin
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • such a manufacturing method and such a magnetic alignment device 20 allow the manufacturing of a rod 12 having a length ranging from ten millimeters to several meters, and this without modification of said magnetic alignment device.
  • T12 tube can be cut into sections.
  • the invention is not limited to the embodiment described but encompasses any variant falling within the scope of the invention as defined by the claims.
  • the pitch of the helix 12 N , 12s is constant here, it can also be variable by, for example, varying the translation speed and/or the rotation speed of the Ti2 tube containing the M12 mixture.
  • the magnetic alignment device 20 thus makes it possible to manufacture a rod 12 having a helical magnetization with variable pitch, but also to manufacture rods having helical magnetizations having different constant pitches.
  • the rod 12 is here used in a measuring device for determining wear of the disks of an aircraft braked wheel, it can also be used in other types of linear position sensors, such as for example passive electrical sensors of the LVDT (Linear Variable Differential Transformer) type or active electrical sensors of the RVDT (Rotary Variable Differential Transformer) type.
  • LVDT Linear Variable Differential Transformer
  • RVDT Rotary Variable Differential Transformer
  • the dimensions and shape of the T12 tube may vary from those described.
  • the binder here comprises a polymer mixture composed of thermoplastics, fluidifiers and wetting agents, it can also comprise a mixture composed of a single polymer.
  • the final viscosity of the M12 mixture will be adapted according to the binder, the size and geometry of the magnetic particles, the geometry of the shaper, etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Abstract

L' invention concerne un procédé de fabrication d' une tige ( 12 ) à aimantation hélicoïdale, comprenant les étapes suivantes : - injection dans un tube (T12) cylindrique d' un mélange (M12) comprenant des particules magnétiques et au moins un polymère formant un liant; - chauffage du mélange à une température de chauffe comprise entre la température de transition vitreuse du liant et la température de Curie des particules magnétiques; - alignement des particules magnétiques de manière à leur affecter une orientation magnétique ayant une direction qui s ' étend dans uunn plan orthogonal à l ' axe (X12) longitudinal du tube et qui varie de façon continue en fonction de la distance séparant le plan et une extrémité du tube; - refroidissement du mélange jusqu' à une température de refroidissement inférieure à la température de transition vitreuse du liant.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION D'UNE TIGE A AIMANTATION HELICOÏDALE
La présente invention concerne le domaine des capteurs de position linéaire, et notamment un procédé et un dispositif de fabrication d'une tige à aimantation hélicoïdale pour un tel capteur.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Le frein d'une roue d'aéronef comporte généralement une pile de disques de friction, une plaque de poussée, et des actionneurs pilotables pour exercer sélectivement un effort de freinage sur la plaque de poussée et donc sur la pile de disques. Un tel frein comprend classiquement un témoin d'usure formé d'une tige solidaire de la plaque de poussée et dont la position linéaire est représentative de l'usure de la pile de disques. En maintenance, un opérateur vérifie alors manuellement la position de la tige pour déterminer l'état d'usure des disques. Si une telle vérification est fiable, elle ne permet pas d'estimer précisément l'usure des disques et rend difficile tout suivi automatisé de cette usure.
Il a ainsi été envisagé de surveiller automatiquement l'usure de la pile de disques en mesurant, à l'aide d'un capteur magnétique, la position linéaire de la tige.
Pour se faire, il a été proposé que la tige comprenne un assemblage de plusieurs aimants permanents présentant chacun, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la tige, un pôle Sud et un pôle Nord s'étendant de part et d'autre dudit axe longitudinal. Les pôles de même polarité de deux aimants adjacents présentent un décalage angulaire non nul autour de l'axe longitudinal de la tige, de sorte que la tige émet un champ magnétique dont l'orientation évolue en fonction de la position de la tige, ce qui permet de déterminer une usure de la pile de disques.
L'inconvénient majeur de cette solution est que la fabrication d'une telle tige, de par le nombre d'aimants et la complexité de leur assemblage, s'avère particulièrement longue et onéreuse.
Qui plus est, l'orientation du champ magnétique émis par la tige n'évolue pas de manière continue, ce qui rend la détermination de l'usure des disques peu précise.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a donc pour but de proposer un procédé de fabrication simple et peu coûteux d'une tige émettant un champ magnétique variant, dans un plan perpendiculaire à un axe longitudinal de la tige, de façon continue en fonction de la distance séparant le plan d'une extrémité de ladite tige.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une tige à aimantation hélicoïdale, comprenant les étapes suivantes :
- injection dans un tube cylindrique d'un mélange comprenant des particules magnétiques et au moins un polymère formant un liant ;
- chauffage du mélange à une température de chauffe comprise entre la température de transition vitreuse du liant et la température de Curie des particules magnétiques ;
- alignement des particules magnétiques de manière à leur affecter une orientation magnétique ayant une direction qui s'étend dans un plan orthogonal à l'axe longitudinal du tube et qui varie de façon continue en fonction de la distance séparant le plan et une extrémité du tube ; et
- refroidissement du mélange jusqu'à une température de refroidissement inférieure à la température de transition vitreuse du liant.
Dès lors, l'orientation du champ magnétique émis par la tige évolue de manière continue, ce qui permet de mesurer de manière précise la position linéaire de la tige à l'aide d'un capteur magnétique.
De manière particulière, le procédé comprend en outre un déliantage et un frittage du mélange.
De manière particulière, le procédé comprend en outre un renforcement du champ magnétique émis par les particules magnétiques.
L'invention concerne aussi un dispositif d'alignement magnétique pour la mise en œuvre d'un procédé. Le dispositif comprend :
- une plateforme motorisée agencée pour assurer simultanément une translation du tube suivant son axe longitudinal et une rotation dudit tube autour dudit axe longitudinal ;
- un élément de chauffe fixe par rapport à la plateforme motorisée et agencé pour augmenter localement la température du mélange contenu dans le tube jusqu'à la température de chauffe ;
- un élément de refroidissement fixe par rapport à la plateforme motorisée et agencé pour diminuer localement la température du mélange contenu dans le tube jusqu'à la température de refroidissement ; et
- un générateur de flux unidirectionnel disposé entre l'élément de chauffe et l'élément de refroidissement, et agencé pour soumettre localement les particules magnétiques à un flux magnétique unidirectionnel orthogonal à l'axe longitudinal du tube.
Selon une caractéristique particulière, l'élément de chauffe comprend un collier de chauffage agencé pour s'étendre autour d'un tronçon du tube.
De manière particulière, le collier de chauffage est de type résistif.
Selon une autre caractéristique particulière, l'élément de refroidissement comprend un collier de refroidissement agencé pour s'étendre autour d'un tronçon du tube.
De manière particulière, le collier de refroidissement est une bague en cuivre refroidie par circulation d'eau ou par pulvérisation d'un gaz en décompression.
Selon une autre caractéristique particulière, le générateur de flux magnétique unidirectionnel comprend un électro-aimant alimenté sélectivement par un courant électrique pour générer un champ magnétique, et un élément de canalisation agencé pour obtenir le flux magnétique unidirectionnel à partir du champ magnétique généré par 1'électro-aimant .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels :
[Fig. 1] la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un frein d'une roue d'aéronef ;
[Fig. 2] la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de mesure pour déterminer une usure de la pile de disques du frein illustré à la figure 1 ;
[Fig. 3] la figure 3 illustre un procédé de fabrication d'une tige du dispositif de mesure illustré à la figure 2 ;
[Fig. 4] la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un dispositif d'alignement magnétique pour la mise en œuvre du procédé de fabrication illustré à la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, l'invention est ici décrite en application à un frein, désigné en 1, d'une roue d'un aéronef A.
Le frein 1 comprend un tube de torsion sur lequel est enfilée, selon un axe X, une pile de disques 2 (appelé aussi puit de chaleur) comportant alternativement des disques stators 2a et des disques rotors 2b. Les disques stators 2a et les disques rotors 2b sont munis de garnitures de freinage et sont respectivement liés en rotation au tube de torsion et à une jante de la roue.
Le frein 1 comprend en outre une couronne hydraulique 3 fixée à une extrémité du tube de torsion 2. La couronne hydraulique 3 porte des pistons 4 agencés pour exercer un effort de freinage sur une plaque de poussée 5 qui est en appui axial sur la pile de disques 2 et qui répartit uniformément l'effort de freinage ainsi exercé sur une face frontale de la pile de disques 2.
Cet agencement bien connu du frein 1 ne sera pas décrit plus en détail. On notera que l'invention est également applicable à un dispositif de freinage électromécanique.
Le frein 1 est en outre équipé d'un dispositif de mesure 10 linéaire pour déterminer une usure des disques 2a, 2b de la pile de disques 2. En référence à la figure 2, le dispositif de mesure 10 comprend un corps 11 sensiblement cylindrique qui s'étend selon un axe Xn parallèle à l'axe X et qui est fixé sur une face externe 3.1 de la couronne hydraulique 3 sensiblement orthogonal à l'axe X.
Le dispositif de mesure 10 comprend également une tige 12 magnétique qui s'étend selon un axe X12 parallèle à l'axe X et qui est montée coulissante dans un alésage du corps 11, de sorte que l'axe X12 est sensiblement confondu avec l'axe Xn. La tige 12 comprend une première extrémité 12.1 qui est articulée à une face externe 5.1 de la plaque de poussée 5 via un pivot 13 d'axe sensiblement orthogonal à l'axe X, et une deuxième extrémité 12.2, opposée à la première extrémité 12.1, qui est libre. La tige 12 est ainsi solidaire en translation, selon l'axe X, de la face externe 5.1 de la plaque de poussée 5.
La tige 12 est agencée pour émettre un champ magnétique C12 radial comprenant un pôle nord et un pôle sud qui sont disposés de part et d'autre de l'axe X12 et qui s'étendent chacun le long d'une hélice 12N, 12S autour de l'axe X12, ici selon un angle de 360 degrés entre la première extrémité 12.1 et la deuxième extrémité 12.2. Ainsi, l'orientation du champ magnétique varie, dans un plan perpendiculaire à l'axe X12, de façon continue en fonction d'une distance séparant ce plan de la première extrémité 12.1 de la tige 12.
Le dispositif de mesure 10 comprend également un premier capteur 14.1 magnétique et un deuxième capteur 14.2 magnétique, tous deux de type à effet Hall. Le premier capteur 14.1 et le deuxième capteur 14.2 sont disposés sur une face libre du corps 11, dans un même plan de mesure sensiblement orthogonal à l'axe Xn, de manière à ce que le deuxième capteur 14.2 corresponde à une image du premier capteur 14.1 selon une rotation d'axe Xn et d'amplitude égale à 90 degrés. Le premier capteur 14.1 est agencé pour délivrer un premier signal représentatif de l'intensité du champ magnétique émis par la tige 12 selon une première direction D14.1 qui est comprise dans le plan de mesure Pm et qui est sensiblement orthogonale à l'axe X12. Le deuxième capteur 14.2 est agencé pour délivrer un deuxième signal représentatif de l'intensité du champ magnétique émis par la tige 12 selon une deuxième direction D14.2 qui est comprise dans le plan de mesure et qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe X12 et à la première direction D14.1.
Le premier capteur 14.1 et le deuxième capteur 14.2 sont reliés à une unité de contrôle UC de l'aéronef A. L'unité de contrôle UC comprend un module de mémoire, un processeur formant un module de traitement, et un afficheur. Le module de mémoire contient des programmes informatiques dont l'exécution par le module de traitement permet le fonctionnement de l'unité de contrôle UC. Le module de mémoire contient en outre une base de données qui associe des couples de mesure d'intensité du champ magnétique émis par ladite tige 12 selon la première direction D14.1 et la deuxième direction D14.2 avec une orientation angulaire dudit champ magnétique autour de l'axe X12 et donc avec une position de ladite tige 12 le long dudit axe X12, par rapport au corps 11.
Lorsque l'on souhaite déterminer l'état d'usure des garnitures de la pile de disques 2, on commande une sortie des pistons 4 de la couronne hydraulique 3 de manière à ce que la plaque de poussée 5 se déplace selon l'axe X et comprime la pile de disques 2. De par sa liaison avec la plaque de poussée 5, la tige 12 se déplace alors selon l'axe X12. Le premier signal et le deuxième signal délivrés respectivement par le premier capteur 14.1 et le deuxième capteur 14.2 constituent un couple de mesures d'intensité représentatives de l'orientation angulaire du champ magnétique émis par la tige 12 autour de l'axe X12. A l'aide de la base de données, le module de traitement de l'unité de contrôle UC détermine l'orientation angulaire de la tige 12 associée au couple de mesures d'intensité délivrées par le premier capteur 14.1 et le deuxième capteur 14.2. Le module de traitement en déduit alors une position de la tige 12 par rapport au corps 11 et donc une valeur d'usure des garnitures de freinage de la pile de disques 2.
Le dispositif de mesure 10 permet ainsi d'obtenir une mesure fiable, précise et rapide d'un état d'usure des garnitures de freinage de la pile de disques 2 sans qu'il soit nécessaire de réaliser une intervention manuelle sur le frein 1.
En référence aux figures 3 et 4, un procédé de fabrication de la tige 12 va maintenant être détaillé.
Un tube T12 cylindrique d'axe X12 est préalablement rempli d'un mélange M12, appelé aussi « feedstock », comprenant des particules magnétiques et un mélange de polymères composé de thermoplastiques, de fluidifiants et de mouillants. Le mélange de polymères forme un liant visqueux. Le tube T12 est réalisé en acier inoxydable (par exemple en acier 316L, 304L ou équivalent) et forme un conformateur ayant ici un diamètre externe sensiblement compris entre 7 et 8 millimètres et une longueur sensiblement comprise entre 5 et 8 centimètres. Les particules magnétiques se présentent sous la forme d'une poudre d'aimants permanents comme par exemple : une poudre de particules en un alliage de samarium et cobalt (SmCo) ; une poudre de particules en un alliage de néodyme, fer et bore (NdFeB) ; une poudre de particules en ferrite...Le taux de charge volumique des particules magnétiques dans le mélange M12 est ici sensiblement égal à 40%. Le mélange M12 est inséré sous pression dans le tube T12 via une presse d'injection (non représentée) qui permet de forcer l'introduction dudit mélange M12 dans un moule dans lequel le tube T12 est préalablement reçu.
Une fois rempli du mélange M12, le tube T12 est prêt à être inséré dans un dispositif d'alignement magnétique 20 permettant d'orienter les particules magnétiques du mélange M12 selon une direction D12 qui s'étend dans un plan de magnétisation PM perpendiculaire à l'axe X12 du tube T12 et qui varie de façon continue en fonction de la distance séparant le plan de magnétisation PM d'une extrémité libre du tube T12.
En référence à la figure 4, le dispositif d'alignement magnétique 20 comprend une plateforme motorisée 21, un élément de chauffe 22, un élément de refroidissement 23 et un générateur de flux magnétique unidirectionnel 24.
La plateforme motorisée 21 est montée mobile sur un bâti et agencée pour assurer simultanément une translation du tube T12 suivant son axe X12 longitudinal et une rotation dudit tube T12 autour dudit axe X12. La vitesse de translation et la vitesse de rotation du tube T12 sont contrôlables indépendamment l'une de l'autre. La plateforme motorisée 21 comprend par exemple un chariot entraîné en translation le long d'un rail par un premier moteur pourvu d'un barillet qui est entrainé en rotation autour d'un axe horizontal par un deuxième moteur et qui est pourvu de moyens de serrage d'une extrémité de tube Ti2. On peut également prévoir un unique moteur et un dispositif de synchronisation des mouvements, par exemple un jeu d'engrenages.
L'élément de chauffe 22 est fixe par rapport au bâti et est agencé pour augmenter localement la température du mélange M12 contenu dans le tube T12 jusqu'à une température de chauffe prédéterminée. La température de chauffe est comprise entre la température de transition vitreuse (Tg) du liant au-dessous de laquelle ledit liant est dit vitreux et présente le comportement d'un corps solide élastique, et la température de Curie des particules magnétiques de la poudre au-dessus de laquelle lesdites particules magnétiques perdent leurs propriétés ferromagnétiques. La température de chauffe est choisie de façon à ce qu'à cette température, le liant utilisé soit à la fois suffisamment liquide pour permettre une orientation des particules magnétiques via le générateur de flux magnétique unidirectionnel 24, et suffisamment solide pour empêcher tout mouvement des particules magnétiques dû au déplacement et à la rotation du tube T12 via la plateforme motorisée
21. L'élément de chauffe 22 comprend ici un collier de chauffage agencé pour s'étendre autour d'un tronçon du tube T12 et pour parcourir la totalité du tube T12 au fur et à mesure que ledit tube T12 se déplace suivant son axe X12 via la plateforme motorisée 21. Le collier de chauffage est par exemple de type résistif.
L'élément de refroidissement 23 est fixe par rapport au bâti et est agencé pour diminuer localement la température du mélange M12 chauffé par l'élément de chauffe
22, jusqu'à une température de refroidissement prédéterminée. La température de refroidissement est inférieure à la température de transition vitreuse (Tg) du liant et est choisie de manière à ce qu'à ladite température de refroidissement, le liant utilisé soit suffisamment solide ou visqueux pour empêcher tout mouvement des particules magnétiques. L'élément de refroidissement 23 comprend ici un collier de refroidissement agencé pour s'étendre autour d'un tronçon du tube Ti2 et pour parcourir la totalité du tube T12 au fur et à mesure que ledit tube T12 se déplace suivant son axe X12 via la plateforme motorisée 21. Le collier de refroidissement est par exemple une bague en cuivre refroidie par circulation d'eau ou par pulvérisation d'un gaz en décompression.
Le générateur de flux magnétique unidirectionnel 24 est disposé entre l'élément de chauffe 22 et l'élément de refroidissement 23, et est agencé pour soumettre localement le mélange M12 chauffé par l'élément de chauffe 22 à un flux magnétique unidirectionnel. Ce flux magnétique unidirectionnel est orthogonal à l'axe X12 du tube T12 et a une intensité suffisante pour orienter, suivant la direction du flux magnétique, les particules magnétiques du mélange M12 chauffé par l'élément de chauffe 22. Il comprend ici un électro-aimant 24.1 alimenté sélectivement par un courant électrique, et un élément de canalisation 24.2 agencé pour obtenir le flux magnétique unidirectionnel à partir du champ magnétique généré par l'électro-aimant. L'élément de canalisation 24.2 est par exemple réalisé par un entrefer.
Le tube T12 contenant le mélange M12 est ainsi inséré dans le dispositif d'alignement magnétique 20. Alors que la plateforme motorisée 21 entraîne une translation et une rotation du tube T12 autour de son axe X12, chaque tronçon dudit tube T12 est successivement soumis :
- à l'élément de chauffe 22 afin de chauffer localement le mélange M12 jusqu'à ce qu'il atteigne la température de chauffe et ainsi permettre une modification de l'orientation des particules magnétiques contenues dans ledit mélange M12 ;
- au dispositif d'alignement magnétique 24 afin d'orienter les particules magnétiques selon la direction D12 qui s'étend dans un plan orthogonal à l'axe X12 du tube T12 et qui varie de façon continue en fonction de la distance séparant ce plan à une extrémité du tube T12 ;
- à l'élément de refroidissement afin de refroidir localement le mélange M12 chauffé jusqu'à ce qu'il atteigne la température de refroidissement et ainsi figer l'orientation des particules magnétiques liés par le liant.
On obtient ainsi, en sortie du dispositif d'alignement magnétique 20, un tube T12 contenant une poudre d'aimants liés émettant un champ magnétique de forme hélicoïdale. Ce champ magnétique comprend un pôle nord et un pôle sud qui sont disposés de part et d'autre de l'axe X12 et qui s'étendent chacun autour de l'axe X12, le long de l'hélice 12N, 12S. Le pas de l'hélice 12N, 12S dépend de la vitesse de translation et de la vitesse de rotation à laquelle est soumis le tube T12 via la plateforme motorisée 12. Dans le cas où la vitesse de translation et la vitesse de rotation sont constantes, le pas de l'hélice 12N, 12sest constant. Les aimants liés, seuls ou entourés du tube T12, forment ainsi la tige 12.
Afin de renforcer le champ magnétique émis par les aimants permanents, il est possible d'insérer à nouveau le tube T12 dans le dispositif d'alignement magnétique 20 afin de soumettre une nouvelle fois lesdits aimants permanents au flux magnétique unidirectionnel émis par le générateur 24, mais en désactivant l'élément de chauffe 22 et l'élément de refroidissement 23.
Dans le même but, il est également possible d'augmenter la densité relative d'aimants permanents à l'intérieur du tube T12 en effectuant un déliantage puis une densification par frittage du mélange M12. Le déliantage, autrement dit l'élimination du liant présent à l'intérieur du tube T12, pourra par exemple être réalisé en plaçant verticalement le tube T12 dans un four sous pression partielle d'argon en ayant préalablement visser un bouchon à l'extrémité inférieure du tube ou pincer ladite extrémité inférieure. Un tel déliantage permet d'obtenir une densité relative d'aimants permanents supérieure à 90%. Si une densité relative égale à 100% est nécessaire, l'extrémité du tube T12 restée ouverte sera à son tour fermée puis le tube T12 sera inséré dans une enceinte HIP (de l'anglais « Hot Isostatic Pressing ») pour subir un compactage isostatique à chaud. Une fois le frittage réalisé, on obtient alors un tube T12 contenant un aimant massif émettant un champ magnétique de forme hélicoïdale.
On notera que le liant devra avoir des propriétés compatibles avec la mise en œuvre du procédé de fabrication de la tige 12, mais aussi l'application dans laquelle ladite tige 12 est utilisée. Il devra ainsi avoir une rhéologie adaptée aux opérations d'injection, mais aussi, si nécessaire, aux opérations de déliantage et de frittage (taux d'impureté résiduelle de la poudre d'aimants permanents faible, notamment le taux de carbone résiduel) : les mélanges de polymères composés de polyéthylène (PE), d'acide stéarique (AS), de polyéthylène glycol (PEG), de paraffine (PW), de polyméthacrylate de méthyle (PMMA)...
On notera également qu'un tel procédé de fabrication et un tel dispositif d'alignement magnétique 20 permettent la fabrication d'une tige 12 ayant une longueur allant de dix millimètres à plusieurs mètres, et cela sans modification dudit dispositif d'alignement magnétique.
On notera en outre que le tube T12 peut être débité en tronçons. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications .
Bien que le pas de l'hélice 12N, 12s soit ici constant, il peut aussi être variable en faisant par exemple varier la vitesse de translation et/ou la vitesse de rotation du tube Ti2 contenant le mélange M12. Le dispositif d'alignement magnétique 20 permet ainsi de fabriquer une tige 12 présentant une aimantation hélicoïdale à pas variable, mais aussi de fabriquer des tiges présentant des aimantations hélicoïdales ayant des pas constants différents.
Pour réaliser les opérations de déliantage et de frittage, il peut être envisagé de retirer le tube T12 et/ou d'en mettre un nouveau.
Bien que la tige 12 soit ici utilisée dans un dispositif de mesure pour déterminer une usure des disques d'une roue freinée d'aéronef, elle peut aussi être utilisée dans d'autres types de capteurs de position linéaire, comme par exemple les capteurs électriques passifs de type LVDT (de l'anglais « Linear Variable Differential Transformer ») ou les capteurs électriques actifs de type RVDT (de l'anglais « Rotary Variable Differential Transformer »).
Les dimensions et la forme du tube T12 peuvent être différentes de celles décrites.
Bien que le liant comprenne ici un mélange de polymères composé de thermoplastiques, de fluidifiants et de mouillants, il peut aussi comprendre un mélange composé d'un unique polymère.
La viscosité finale du mélange M12 sera adaptée en fonction du liant, de la taille et de la géométrie des particules magnétiques, de la géométrie du conformateur...

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une tige (12) à aimantation hélicoïdale, comprenant les étapes suivantes :
- injection dans un tube (T12) cylindrique d'un mélange (M12) comprenant des particules magnétiques et au moins un polymère formant un liant ;
- chauffage du mélange à une température de chauffe comprise entre la température de transition vitreuse du liant et la température de Curie des particules magnétiques ;
- alignement des particules magnétiques de manière à leur affecter une orientation magnétique ayant une direction qui s'étend dans un plan orthogonal à l'axe (X12) longitudinal du tube et qui varie de façon continue en fonction de la distance séparant le plan et une extrémité du tube ; et
- refroidissement du mélange jusqu'à une température de refroidissement inférieure à la température de transition vitreuse du liant.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre un déliantage et un frittage du mélange (M12).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un renforcement du champ magnétique émis par les particules magnétiques.
4. Dispositif d'alignement magnétique pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconques des revendication 1 à 3, comprenant :
- une plateforme motorisée (21) agencée pour assurer simultanément une translation du tube (T12) suivant son axe (X12) longitudinal et une rotation dudit tube autour dudit axe longitudinal ;
- un élément de chauffe (22) fixe par rapport à la plateforme motorisée et agencé pour augmenter localement la température du mélange (M12) contenu dans le tube jusqu'à la température de chauffe ;
- un élément de refroidissement (23) fixe par rapport à la plateforme motorisée et agencé pour diminuer localement la température du mélange (M12) contenu dans le tube jusqu'à la température de refroidissement ; et
- un générateur de flux unidirectionnel (24) disposé entre l'élément de chauffe (22) et l'élément de refroidissement (23) et agencé pour soumettre localement les particules magnétiques à un flux magnétique unidirectionnel orthogonal à l'axe longitudinal du tube.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel l'élément de chauffe (22) comprend un collier de chauffage agencé pour s'étendre autour d'un tronçon du tube (T12).
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le collier de chauffage est de type résistif.
7. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel l'élément de refroidissement (23) comprend un collier de refroidissement agencé pour s'étendre autour d'un tronçon du tube (T12).
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le collier de refroidissement est une bague en cuivre refroidie par circulation d'eau ou par pulvérisation d'un gaz en décompression.
9. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le générateur de flux magnétique unidirectionnel (24) comprend un électro-aimant (24.1) alimenté sélectivement par un courant électrique pour générer un champ magnétique, et un élément de canalisation (24.2) agencé pour obtenir le flux magnétique unidirectionnel à partir du champ magnétique généré par l'électro-aimant.
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