FR2945680A1 - Actionneur lineaire electromecanique pour turbomachine - Google Patents

Abstract

Actionneur linéaire électromécanique (10) pour turbomachine d'avion, comprenant deux moteurs électriques (18) dont les rotors sont formés par une douille cylindrique fixe (20) à l'intérieur de laquelle s'étend coaxialement la tige mobile (14) de l'actionneur, la douille déplaçant axialement en translation la tige mobile par l'intermédiaire d'une couronne à rouleaux satellites (22) logée à l'intérieur de la douille et immobilisée axialement sur une partie d'extrémité arrière de la tige mobile, les rouleaux satellites comprenant une denture hélicoïdale coopérant avec un filetage interne de la douille et avec un filetage externe de la partie d'extrémité arrière de la tige mobile.

Description

1 Actionneur linéaire électromécanique pour turbomachine

La présente invention concerne un actionneur linéaire électromécanique, en particulier pour turbomachine d'avion.

Une turbomachine d'avion comprend un ou plusieurs actionneurs destinés à commander des éléments tels que des volets de tuyère et des aubes à calage variable d'un compresseur de la turbomachine. Ces actionneurs sont choisis en fonction de leur fiabilité, de leur encombrement et de leur masse pour faciliter leur intégration dans la turbomachine et pour ne pas dégrader les performances de cette turbomachine, de leur puissance, de leur endurance en fonctionnement, etc. Les actionneurs traditionnellement utilisés dans une turbomachine sont du type hydraulique. Dans des moteurs récents, on a proposé d'utiliser des actionneurs électromécaniques linéaires qui comprennent en général un moteur électrique dont le rotor déplace en translation axiale un élément de sortie de l'actionneur par l'intermédiaire d'un réducteur à engrenages. II est nécessaire que ces actionneurs aient une fiabilité élevée, qu'ils soient électriquement redondants, compatibles avec l'environnement, qu'ils présentent l'endurance voulue pour un nombre déterminé de cycles de vol et qu'en cas de défauts électriques et notamment de court-circuit moteur, ils ne fonctionnement pas de façon dégradée. Cependant, les actionneurs électromécaniques connus présentent de nombreux inconvénients : - soit le rapport de réduction est élevé dans le but de réduire la masse du vérin, mais alors l'inertie correspondante devient tellement importante que le niveau de puissance requis rend le bilan massique global défavorable ; - soit le rapport de réduction est faible, mais alors le niveau de couple requis conduit à de gros moteurs et à des niveaux de dissipation en maintien d'effort tels que la masse du vérin et son encombrement deviennent vite rédhibitoires pour la plupart des applications ; - soit l'architecture choisie conduit à un encombrement axial et/ou radial trop important, rendant impossible son installation ; - soit la fiabilité mécanique est obtenue par une redondance conduisant à une masse et à un coût rédhibitoires ; - soit le vérin ne comporte pas toutes les redondances électriques 5 requises ; - soit le moteur électrique présente des caractéristiques telles que la puissance crête et la dissipation, en cas de court-circuit, rendent la solution inacceptable. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 10 efficace et économique aux problèmes de la technique actuelle. Elle a pour objet un actionneur électromécanique linéaire d'une grande compacité et à faible inertie qui est particulièrement adapté mais non exclusivement à un moteur de turbomachine, et qui est capable d'assurer sa fonction même en cas de court-circuit dans l'alimentation 15 électrique de l'actionneur. L'invention propose à cet effet un actionneur linéaire électromécanique, en particulier pour turbomachine d'avion, comprenant au moins un moteur électrique dont le stator est monté fixe dans un corps autour d'une douille cylindrique formant le rotor du moteur et à l'intérieur de 20 laquelle s'étend coaxialement une tige mobile formant l'élément de sortie de l'actionneur, la douille cylindrique étant fixe en translation et déplaçant axialement en translation la tige mobile par l'intermédiaire d'une couronne à rouleaux satellites montée autour de la tige mobile, caractérisé en ce que la couronne à rouleaux satellites est logée à l'intérieur de la douille 25 cylindrique, cette couronne étant portée par une partie d'extrémité arrière de la tige mobile et étant immobilisée axialement sur cette partie d'extrémité, et en ce que les rouleaux satellites comprennent chacun une denture hélicoïdale coopérant avec un filetage interne de la douille et avec un filetage externe de la partie d'extrémité arrière de la tige mobile. 30 Selon l'invention, la couronne à rouleaux satellites est logée à l'intérieur de la douille cylindrique et les rouleaux satellites comprennent des dentures hélicoïdales engrenées avec un filetage interne de la douille et un filetage externe de la partie arrière de la tige mobile. La douille formant le rotor du moteur électrique et la couronne à rouleaux satellites sont disposées coaxialement l'une autour de l'autre, ce qui permet de réduire la dimension axiale de l'actionneur. Par ailleurs, l'actionneur selon l'invention a un petit diamètre externe du fait des dimensions radiales relativement faibles de la douille, de la couronne et de la tige mobile. Le rapport de réduction du système d'engrenage est déterminé en fonction de l'application envisagée et peut varier en fonction de plusieurs paramètres tels que le dimensionnement et la configuration des dentures des rouleaux satellites et des filetages correspondants de la douille cylindrique et de la tige mobile. Ces paramètres sont par exemple déterminés de manière à ce que l'inertie du rotor soit faible pour un rapport de réduction relativement important.

En fonctionnement, la douille cylindrique tourne à l'intérieur du corps de l'actionneur autour de son axe longitudinal, et entraîne les rouleaux satellites en rotation et en translation axiale le long de cet axe, ce qui se traduit par un déplacement en translation axiale de la tige mobile sur laquelle est immobilisée axialement la couronne à rouleaux satellites.

La course maximale de la tige mobile est fonction de la course maximale de déplacement axial de la couronne à rouleaux satellites à l'intérieur de la douille cylindrique. Pour une dimension axiale donnée des rouleaux satellites, il suffit donc d'augmenter la dimension axiale du filetage interne de la douille cylindrique formant le rotor du moteur électrique pour augmenter la course de la tige mobile. La dimension axiale de cette douille dépend de la longueur du corps de l'actionneur. La course maximale de l'élément de sortie de l'actionneur selon l'invention dépend donc de la longueur du corps fixe de l'actionneur et non pas de cet élément de sortie, ce comportement étant comparable à celui d'un actionneur hydraulique.

Pour assurer une redondance électrique, l'actionneur comprend deux moteurs électriques identiques dont les stators sont montés coaxialement l'un à côté de l'autre autour de la douille cylindrique, ces stators étant reliés à deux circuits d'alimentation électrique indépendants commandés par un calculateur. Les stators des moteurs électriques sont montés fixes l'un à côté de l'autre dans le corps de l'actionneur et leurs rotors sont formés par la douille cylindrique. Les stators sont reliés à deux circuits électriques indépendants commandés par un calculateur qui détermine et commande l'alimentation électrique de chaque moteur électrique en fonction de l'état de l'autre moteur électrique. Lorsqu'un premier moteur électrique est alimenté en électricité, le second moteur ne l'est pas, et inversement. En cas de court-circuit ou de défaillance dans l'alimentation d'un premier moteur électrique, l'alimentation de ce premier moteur est automatiquement désactivée et l'alimentation du second moteur électrique est simultanément activée. La redondance des moyens moteurs et de leurs circuits électriques permet à l'actionneur de pouvoir assurer sa fonction sans interruption. Préférentiellement, le ou chaque moteur électrique de l'actionneur est un moteur synchrone du type sans balais. Le stator du ou de chaque moteur électrique est par exemple porté par un boîtier avant sensiblement cylindrique, la douille cylindrique étant centrée et guidée en rotation dans ce boîtier avant par un roulement à aiguilles monté autour d'une partie d'extrémité avant de la douille. Ce roulement à aiguilles permet de reprendre une partie des efforts radiaux appliqués sur la tige mobile de l'actionneur et transmis par les rouleaux satellites à la douille.

L'actionneur peut également comporter un boîtier arrière sensiblement cylindrique fixé sur le boîtier avant, la douille cylindrique étant centrée et guidée en rotation dans le boîtier arrière par des roulements à contact oblique montés autour d'une partie d'extrémité arrière de la douille. Ces roulements à contact oblique permettent de renforcer la raideur axiale de l'actionneur et assure la reprise des efforts axiaux et radiaux générés par le rotor des moteurs électriques.

Le corps de l'actionneur est dans cet exemple formé d'un boîtier avant et d'un boîtier arrière ce qui permet de simplifier la fabrication et l'assemblage de l'actionneur. Ces boîtiers comportent avantageusement des ailettes de refroidissement formées sur les surfaces cylindriques extérieures des boîtiers afin de libérer au moins une partie de la chaleur générée par les moteurs électriques en fonctionnement. Le corps de l'actionneur peut comprendre un couvercle annulaire avant comportant un orifice central de sortie de la tige mobile, ce couvercle comportant des moyens de guidage en translation et de blocage en rotation de la tige mobile. Le couvercle avant comprend avantageusement une jupe sensiblement cylindrique définissant l'orifice de sortie de la tige mobile, cet orifice ayant en section une forme non circulaire qui est complémentaire de la forme en section de la partie intermédiaire de la tige pour empêcher la rotation de cette tige autour de son axe. La jupe cylindrique du couvercle peut comporter au moins une gorge annulaire interne de logement d'un joint annulaire ayant en position de montage une forme générale non circulaire complémentaire de la forme en section de la partie intermédiaire de la tige. La tige mobile a ainsi une partie d'extrémité arrière comportant un filetage externe sur laquelle est immobilisée axialement la couronne à rouleaux satellites et une partie intermédiaire ayant en section une forme non circulaire coopérant avec l'orifice de sortie d'un couvercle de l'actionneur pour empêcher la rotation de la tige autour de l'axe de l'actionneur. La douille cylindrique entraîne en rotation et en translation axiale les rouleaux satellites qui entraînent à leur tour seulement en translation axiale la tige mobile qui est immobilisée en rotation dans le corps de l'actionneur. Le couple s'opposant à la rotation de la tige mobile est supporté par le couvercle avant et est transmis au reste du corps externe de l'actionneur, ce couple pouvant alors être transmis au moteur de la turbomachine par l'intermédiaire des moyens de fixation de l'actionneur sur ce moteur. Par ailleurs, la tige mobile comprend seulement un filetage externe sur sa partie arrière, c'est-à-dire sur la partie de la tige où est immobilisée la couronne à rouleaux satellites, et il n'est pas nécessaire de prévoir un filetage externe sur le reste de la tige mobile. Ceci permet notamment d'améliorer l'étanchéité au niveau de l'orifice de sortie de la tige mobile car il est désormais possible de monter des moyens d'étanchéité entre la partie intermédiaire non filetée de la tige et l'orifice de sortie de cette tige. La partie intermédiaire de la tige mobile a par exemple en section une forme sensiblement triangulaire à côtés curvilignes. La tige mobile de l'actionneur porte par exemple un embout à rotule à son extrémité avant. Préférentiellement, l'actionneur comprend également deux résolveurs identiques qui sont montés coaxialement l'un à côté de l'autre dans le boîtier arrière et qui comprennent des stators portés par le boîtier arrière et des rotors portés par un prolongement arrière de la douille cylindrique. Ces résolveurs permettent de déterminer la position angulaire de la douille cylindrique, c'est-à-dire la position angulaire du rotor des moteurs électriques, par rapport à l'axe de l'actionneur. Les stators de ces résolveurs sont reliés à deux circuits d'alimentation électrique indépendants commandés par un calculateur qui peut être le même que celui utilisé pour commander l'alimentation électrique des moteurs électriques. Ce calculateur détermine et commande l'alimentation électrique de chaque résolveur en fonction de l'état de l'autre résolveur. En cas de court-circuit ou de défaillance dans l'alimentation d'un premier résolveur, l'alimentation de ce premier résolveur est automatiquement désactivée et l'alimentation du second résolveur est simultanément activée. La redondance des résolveurs et de leurs circuits d'alimentation permet de détecter la position angulaire de la douille cylindrique à tout moment, même en cas de défaillance dans l'alimentation électrique.

La tige mobile est préférentiellement tubulaire et guidée en coulissement sur un corps cylindrique fixe traversant axialement l'actionneur, au moins un joint annulaire étant monté entre le corps et la surface intérieure de la tige mobile. Le corps cylindrique s'étend le long de l'axe de l'actionneur et permet de centrer et guider la tige mobile lors de ses déplacements en translation axiale. Le joint d'amortissement peut être monté dans une gorge annulaire formée sur le corps ou sur la surface intérieure de la tige mobile. Avantageusement, l'actionneur comprend un capteur de détection de la position axiale de la tige mobile par rapport à la douille cylindrique, ce capteur étant par exemple du type LVDT (de l'anglais Linear Variable Differential Transformer). Ce capteur comporte un plongeur axial en matériau ferromagnétique fixé coaxialement à l'intérieur de la tige mobile et destiné à coulisser dans un alésage axial du corps cylindrique lors des déplacements en translation axiale de la tige mobile, le capteur comportant également des bobinages entourant le plongeur axial et intégrés dans le corps. Ce capteur est de préférence double et comprend deux jeux de bobinages disposés coaxialement l'un après l'autre, chaque jeu de bobinages comportant une bobine primaire et deux bobines secondaires situées de part et d'autre de la bobine primaire, ces jeux de bobinages étant indépendants l'un de l'autre et reliés à des circuits d'alimentation électrique indépendants commandés par un calculateur. Le calculateur peut être le même que celui utilisé pour commander l'alimentation électrique des moteurs électriques et des résolveurs de l'actionneur. Il détermine et commande l'alimentation électrique de chaque jeu de bobinages en fonction de l'état de l'autre jeu de bobinages. La redondance des jeux de bobinages et de leurs circuits d'alimentation électrique garantit la détection de la position axiale de la tige mobile à tout moment dans l'actionneur. La présente invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un actionneur tel que décrit ci-dessus.

L'invention concerne encore une tige mobile pour un actionneur linéaire électromécanique du type de celui décrit ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend un filetage externe sur une partie d'extrémité arrière et des moyens d'accrochage à son extrémité amont, la partie intermédiaire de la tige ayant en section une forme non circulaire qui est par exemple sensiblement triangulaire à côtés curvilignes et à sommets arrondis. L'invention concerne également un corps pour un actionneur linéaire électromécanique du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle annulaire avant comportant une jupe sensiblement cylindrique dont la surface interne a en section une forme non circulaire qui est par exemple sensiblement triangulaire à côtés curviligne et à sommets arrondis. La jupe peut comporter au moins une gorge annulaire interne de logement d'un joint annulaire ayant en position de montage une forme non circulaire.

L'invention concerne enfin un corps pour un actionneur linéaire électromécanique du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend deux boîtiers sensiblement cylindriques coaxiaux fixés l'un sur l'autre par des moyens du type vis-écrou, l'un des boîtiers comportant des moyens d'indexage coopérant avec des moyens correspondants de l'autre boîtier pour assurer un positionnement angulaire correct des boîtiers l'un par rapport à l'autre lors de leur assemblage, ces moyens d'indexage comprenant au moins une dent longitudinale portée par le boîtier et destinée à être engagée dans une encoche de forme sensiblement complémentaire de l'autre boîtier.

A titre d'exemple, la dent du boîtier peut avoir une forme générale trapézoïdale dont la petite base est formée par l'extrémité libre de la dent, et l'encoche correspondante de l'autre boîtier peut avoir une forme sensiblement en C ou semi-oblongue. Ces moyens d'indexage ont une masse et un encombrement réduits et assurent une bonne précision du calage angulaire des boîtiers, dont l'un est soumis en fonctionnement à un couple de torsion alterné permanent de fréquence 5Hz environ. Les bords latéraux inclinés des dents trapézoïdales du boîtier sont destinés à venir en appui sur les bords latéraux des encoches de l'autre boîtier, au serrage des vis de fixation des boîtiers, pour réaliser un emboîtement serré et éviter tout jeu résiduel circonférentiel entre les boîtiers. Le nombre de dents ou encoches de chaque boîtier est optimisé en fonction des niveaux d'efforts axiaux et radiaux supportés par les pièces à assembler.

Lorsque les dents du boîtier sont engagées dans les encoches de l'autre boîtier, les orifices de passage des vis de fixation de ces boîtiers peuvent ne pas être parfaitement alignés axialement les uns avec les autres. Une légère précontrainte est alors appliquée aux brides de fixation des boîtiers pour aligner ces orifices et passer les vis de fixation dans ces orifices, ce qui permet de mieux répartir les contraintes entre les brides. Les dents et les encoches des boîtiers de l'actionneur peuvent être formées par fraisage. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective de l'actionneur linéaire électromécanique selon l'invention, vu de l'avant et de côté ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale de l'actionneur 25 de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 ; - les figures 4 et 5 sont d'autres vues schématiques en coupe axiale de l'actionneur selon l'invention, et illustrent deux positions axiales différentes de la tige mobile de l'actionneur ; 30 - les figures 6 à 8 sont des vues schématiques en perspective des boîtiers arrière et avant et du couvercle avant de l'actionneur de la figure 1 ; - la figure 9 est une vue schématique de la tige mobile et de la douille cylindrique entourant cette tige de l'actionneur de la figure 1 ; et - les figures 10 et 11 sont des vues schématiques en perspective de deux éléments de l'actionneur de la figure 1.

Dans les dessins, ce qui est à droite est à l'avant et ce qui est à gauche est à l'arrière. Les figures 1 à 5 représentent un actionneur électromécanique linéaire selon l'invention, destiné à être monté sur un moteur de turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion pour déplacer linéairement un élément tel qu'un anneau de commande d'aubes à calage variable ou un volet de tuyère de la turbomachine. L'actionneur 10 comprend un corps cylindrique 12 et un élément de sortie formé par une tige mobile 14 déplaçable en translation le long de l'axe longitudinal 16 de l'actionneur. Deux moteurs électriques 18 sont montés dans le corps 12 de l'actionneur, les rotors de ces moteurs étant portés par une douille cylindrique 20 qui entoure la tige mobile 14 et qui entraîne cette tige en translation axiale par l'intermédiaire d'une couronne à rouleaux planétaires ou satellites 22 logée dans la douille 20 et portée par la tige mobile 14. L'actionneur 10 comprend également des capteurs de détection de la position axiale de la tige mobile 14 et de la position angulaire des rotors des moteurs électriques 18, comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit. Le corps 12 de l'actionneur comprend un boîtier avant 24 et un boîtier arrière 26 sensiblement cylindriques comportant des alésages cylindriques axiaux qui débouchent aux deux extrémités des boîtiers, l'extrémité arrière du boîtier avant 24 étant emboîtée sur l'extrémité avant du boîtier arrière 26. Le boîtier avant 24 (figures 1 et 7) comprend à son extrémité arrière des pattes 28 qui s'étendent radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe de l'actionneur, et qui sont appui axial contre des pattes radiales 30 correspondantes formées sur l'extrémité avant du boîtier arrière 26 (figures 1 et 6). Ces pattes 28, 30 sont au nombre de quatre, régulièrement réparties autour de l'axe de l'actionneur, et comprennent des orifices axiaux 32 de montage de moyens de fixation du type vis-écrou ou analogues. Les pattes 28 et 30 forment des brides de fixation de forme sensiblement carrée.

Le boîtier avant 24 comprend également à son extrémité arrière des moyens d'indexage 110 qui coopèrent avec des moyens 112 conjugués prévus à l'extrémité avant du boîtier arrière 26 pour assurer le positionnement angulaire correct des boîtiers l'un par rapport à l'autre lors de leur assemblage.

Les moyens d'indexage 110 du boîtier avant 24 comprennent des dents qui s'étendent axialement vers l'arrière et qui ont chacune une forme trapézoïdale dont la petite base est formée par l'extrémité libre de la dent, ces dents étant au nombre de quatre dans l'exemple représenté et régulièrement réparties autour de l'axe de l'actionneur.

Ces dents 110 sont destinées à être engagées dans des encoches 112 du boîtier arrière 26, qui ont ici une forme générale semi-oblongue ou en C dont l'ouverture s'élargit axialement vers l'avant. Lors du serrage des vis de fixation des boîtiers 24, 26, les bords latéraux inclinés des dents 110 sont destinés à venir en appui sur les bords latéraux des encoches 112 pour assurer un positionnement angulaire précis des boîtiers, l'un par rapport à l'autre. Le boîtier avant 24 comprend deux parties cylindriques coaxiales qui sont situées l'une à côté de l'autre et reliées entre elles par une paroi annulaire radiale, la partie cylindrique de plus grand diamètre étant à l'arrière et la partie cylindrique de plus petit diamètre étant à l'avant. L'extrémité avant du boîtier 24 est fermée par un couvercle annulaire avant 34, mieux visible en figure 8, qui est engagé à étanchéité depuis l'avant dans l'alésage de la partie cylindrique avant du boîtier 24 et comprend un rebord annulaire 36 radialement externe qui est en appui axial contre l'extrémité avant du boîtier.

Ce rebord 36 comprend des moyens d'indexage 114 coopérant avec des moyens 116 correspondants de l'extrémité avant du boîtier avant (figure 7) pour assurer le positionnement angulaire correct du couvercle 34 vis-à-vis du boîtier 24. Ces moyens d'indexage 114 sont formés par des dents s'étendant axialement vers l'arrière depuis la périphérie externe du rebord 36 et destinées à être engagées dans des encoches radiales 116 de forme complémentaire formées à l'extrémité avant du boîtier 24. Les dents 114 (au nombre de quatre) et les encoches 116 ont chacune une forme sensiblement trapézoïdale dans l'exemple représenté.

La partie cylindrique avant du boîtier 24 comprend un filetage externe sur lequel est vissée depuis l'avant une bague cylindrique 38, cette bague 38 comprenant à son extrémité avant un rebord annulaire 40 radialement interne prenant appui axialement sur le rebord radial externe 36 du couvercle 34. Le serrage de la bague 36 sur la partie avant du boîtier 24 assure le serrage axial du rebord externe 36 du couvercle sur le boîtier 24. Le couvercle avant 34 comporte un orifice central 42 de passage de la tige mobile 14, qui est défini par une jupe cylindrique 44 destinée à centrer et guider en translation axiale la tige mobile, et à bloquer en rotation cette tige. Cette jupe 44 a une surface externe sensiblement cylindrique et une surface interne ayant en section une forme non circulaire qui est complémentaire de celle de la tige mobile 14 (figure 3), comme cela sera vu dans le détail dans ce qui suit. La jupe 44 comprend des gorges annulaires internes dans lesquelles sont montés des joints annulaires d'étanchéité 45 et un joint annulaire racleur 46 coopérant chacun avec la tige mobile 14. Les gorges de montage des joints 45, 46 ont également en section des formes non circulaires comparables à celle de la surface interne de la jupe, et les joints 45, 46 ont en position de montage dans ces gorges une forme générale non circulaire complémentaire de celle de la tige 14 (figure 3). Le joint racleur 46 est par exemple en PTFE chargé et empêche la sortie du lubrifiant situé dans le corps de l'actionneur et l'entrée de poussière à l'intérieur de ce corps. Le boîtier arrière 26 comprend également deux parties cylindriques coaxiales disposées l'une à côté de l'autre et reliées entre elles par une paroi annulaire radiale, la partie cylindrique de plus grand diamètre étant à l'avant et la partie cylindrique de plus petit diamètre étant à l'arrière. L'extrémité arrière du boîtier 26 est fermée par un couvercle annulaire arrière 48 qui est engagé à étanchéité depuis l'arrière dans l'alésage de la partie cylindrique arrière du boîtier 26. Cette partie arrière du boîtier comprend un filetage interne sur lequel est vissé depuis l'arrière un écrou 50, cet écrou prenant appui axialement sur une face radiale arrière du couvercle 48 pour le bloquer axialement dans le boîtier arrière. Le corps 12 de l'actionneur comprend donc deux boîtiers cylindriques 24, 26 et deux couvercles annulaires 44, 48, et est facilement démontable pour des opérations de maintenance sur les moteurs électriques par exemple. Le boîtier arrière 26 comprend des moyens de fixation et d'accrochage sur le moteur de la turbomachine, ces moyens comprenant deux tourillons cylindriques 52 diamétralement opposés s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la partie cylindrique avant de plus grand diamètre du boîtier 26. La figure 2 est une vue en coupe axiale de l'actionneur passant par ces tourillons de fixation 52. Les boîtiers avant 24 et arrière 26 comprennent des ailettes radialement externes 54 de refroidissement formées sur les surfaces extérieures de leurs parties cylindriques de plus grand diamètre. Les moteurs électriques 18 sont annulaires et logés dans l'alésage de la partie cylindrique arrière de plus grand diamètre du boîtier avant 24. Ces moteurs 18 sont identiques et sont disposés coaxialement l'un à côté de l'autre et à faible distance l'un de l'autre. Ces moteurs sont des moteurs synchrones du type sans balais et comprennent chacun un stator 56 constitué par un agencement annulaire de bobinages et un rotor 58 constitué par un agencement annulaire d'aimants permanents. Ces moteurs sont conçus pour avoir un faible courant de court-circuit en cas de défaillance dans l'alimentation électrique. Les stators 56 des moteurs sont fixés et immobilisés axialement dans le boîtier avant par des moyens appropriés. Dans l'exemple représenté, le stator du moteur 18 situé en avant est en appui à son extrémité avant contre la paroi radiale du boîtier avant 24, une cale annulaire 60 est interposée entre les stators 56 des deux moteurs, et le stator du moteur arrière est en appui à son extrémité arrière contre l'extrémité avant du boîtier arrière 26 qui est engagée dans le boîtier avant. Ces stators 56 sont reliés par deux plots de connexion 62 à deux circuits d'alimentation électrique indépendants commandés par un calculateur, dont le fonctionnement sera décrit plus en détail dans ce qui suit. Les plots de connexion 62 s'étendent radialement vers l'extérieur sur le boîtier avant 24, sensiblement au droit des moteurs électriques 18. Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques en coupe axiale de l'actionneur passant par ces deux plots de connexion 62. Les rotors 58 des moteurs électriques 18 sont montés autour d'un manchon cylindrique 64 et sont immobilisés axialement sur ce manchon par des moyens appropriés. Le manchon 64 est engagé axialement depuis l'avant sur la douille cylindrique 20 et comporte à son extrémité avant un rebord annulaire radialement interne 66 en appui axial contre un épaulement annulaire correspondant de la douille pour bloquer axialement le manchon vers l'arrière. Le manchon 64 comprend à son extrémité arrière un rebord annulaire radialement externe 68. Comme cela est mieux visible en figures 4 et 5, une bague cylindrique 70 est engagée axialement depuis l'avant autour du manchon 64 et comprend à son extrémité avant un rebord annulaire radialement interne prenant appui axialement sur le rebord externe 68 du manchon. La bague 70 est vissée sur un anneau 72 monté autour de la douille cylindrique, en arrière du manchon 64.

Le manchon 64 comprend en outre sur sa surface cylindrique interne des moyens d'indexage 118 coopérant avec des moyens 120 correspondants de forme complémentaire prévus sur la surface cylindrique externe de la douille 20 pour assurer le positionnement angulaire correct du manchon sur la douille (figures 9 et 10). La douille cylindrique 20 s'étend à l'intérieur du boîtier avant 24 et de la partie de plus grand diamètre du boîtier arrière 26, et comprend un prolongement axial arrière 74 de plus petit diamètre qui s'étend à l'intérieur de la partie de plus petit diamètre du boîtier arrière 26.

La douille 20 est centrée et guidée en rotation dans les boîtiers 24, 26 au moyen de paliers à roulements montés aux extrémités avant et arrière de la douille. Dans l'exemple représenté, un roulement à aiguilles 76 est monté autour de la partie d'extrémité avant de la douille 20, dans l'alésage de la partie avant de plus petit diamètre du boîtier avant 24. Ce roulement 76 est en appui axial à son extrémité amont contre le couvercle avant 34. Des roulements à billes 78 et à contact oblique sont montés autour de la partie d'extrémité arrière de la douille 20, dans l'alésage de la partie avant de plus grand diamètre du boîtier arrière 26. Les roulements à billes 78 sont identiques et montés coaxialement l'un à côté de l'autre, de manière tête-bêche. Les cages externes de ces roulements 78 sont en appui axial l'une contre l'autre, la cage externe du roulement situé en arrière étant en appui axial contre un épaulement annulaire du boîtier arrière 26 et la cage externe du roulement avant étant en appui axial contre un écrou 80 à filetage externe vissé dans l'alésage du boîtier arrière 26. Les cages internes des roulements 78 sont en appui axial l'une contre l'autre, la cage interne du roulement avant étant en appui axial à son extrémité avant contre l'anneau 72 monté autour de la douille 20, et la cage interne du roulement arrière étant en appui axial à son extrémité arrière contre un écrou 82 vissé sur l'extrémité arrière de la douille 20.

La douille 20 comprend un filetage interne sur sensiblement toute sa dimension axiale qui coopère avec la couronne à rouleaux planétaires 22 fixée sur la tige mobile 14 pour déplacer en translation axiale cette tige le long de l'axe 16 de l'actionneur. La course maximale de sortie de la tige mobile est déterminée par la longueur du filetage interne de la douille 20. Les figures 4 et 5 représentent les positions axiales entièrement rétractée et déployée de la tige mobile 14, respectivement. La couronne à rouleaux satellites 22 est engagée axialement sur la partie d'extrémité arrière sensiblement cylindrique de la tige mobile 14 et est immobilisée axialement sur cette partie par des moyens appropriés. De façon connue, la couronne 22 comprend deux bagues, respectivement avant et arrière, entre lesquelles s'étendent parallèlement les rouleaux satellites. Ces rouleaux comprennent à leurs extrémités des pivots guidés en rotation dans des logements correspondants des bagues.

Les rouleaux satellites comprennent des dentures hélicoïdales coopérant avec le filetage interne de la douille 20 et un filetage externe de la partie d'extrémité arrière de la tige 14 pour déplacer la tige axialement. Plusieurs paramètres, tels que le dimensionnement et la configuration des filetages de la douille et de la tige mobile et des dentures des rouleaux satellites, peuvent varier pour déterminer le rapport de réduction de ce système d'entraînement. La partie intermédiaire de la tige mobile 14 a en section une forme non circulaire qui est complémentaire de la forme de l'orifice central 42 défini par la jupe 44 du couvercle avant 34 pour empêcher la rotation de la tige mobile 14 autour de son axe. Dans l'exemple représenté, la tige mobile 14 a en section une forme sensiblement triangulaire à côtés curvilignes et à sommets arrondis (voir figure 3). Un embout à rotule 43 est vissé à l'extrémité avant de la tige mobile 14 et permet d'accrocher cette tige sur l'élément de la turbomachine à 30 déplacer.

La tige mobile 14 comprend un alésage cylindrique axial qui débouche sur l'extrémité arrière de la tige et s'étend sur sensiblement toute sa dimension axiale. La tige 14 est guidée en coulissement axial par la jupe 44 et les rouleaux satellites.

L'actionneur comprend un capteur double du type LVDT qui permet de connaître la position axiale de la tige mobile 14 par rapport au corps de l'actionneur. Ce capteur comporte un plongeur axial 90 en matériau ferromagnétique qui est engagé axialement depuis l'avant à l'intérieur de la tige mobile. Le plongeur 90 a une dimension axiale supérieure à celle de la tige 14 et l'extrémité avant du plongeur 90 est fixée sur l'extrémité avant de la tige 14. Ce capteur comprend en outre un corps cylindrique fixe 84 qui traverse axialement les boîtiers avant 24 et arrière 26 de l'actionneur. L'extrémité avant de ce corps 84 est située à l'intérieur de la jupe cylindrique 44 du couvercle avant 34, et son extrémité arrière passe à travers un orifice central du couvercle arrière 48 et comprend un rebord annulaire radialement externe 86 qui est serré axialement sur une face radiale arrière de ce couvercle 48. Le corps cylindrique 84 comprend un alésage cylindrique axial dans lequel est destiné à coulisser le plongeur 90, l'alésage axial du corps 84 débouchant à l'extrémité avant du corps et s'étendant sur sensiblement toute la dimension axiale de ce corps. Deux jeux de bobinages (non représentés) sont intégrés dans le corps 84, ces jeux de bobinages étant disposés coaxialement l'un après l'autre et comportant chacun une bobine primaire et deux bobines secondaires situées de part et d'autre de la bobine primaire. Ces jeux de bobinages sont indépendants l'un de l'autre et sont reliées par des plots de connexion 92 à des circuits d'alimentation électrique indépendants qui sont commandés par le calculateur précité. Les plots de connexion 92 sont formés sur le boîtier arrière 26 et s'étendent transversalement l'un à côté de l'autre. Les bobinages du capteur LVDT sont reliés à ces plots 92 par l'intermédiaire de conducteurs (non visibles) qui traversent axialement le corps cylindrique 84 jusqu'à son extrémité arrière et passent à travers un canal oblique 94 formé dans le couvercle arrière (figures 4 et 5). Le corps 84 comprend à son extrémité avant une gorge annulaire externe dans lequel est monté un joint annulaire 88 coopérant avec la surface cylindrique intérieure de l'alésage de la tige 14. La tige 14 comporte en outre à son extrémité arrière une gorge annulaire interne 89 dans lequel est logé un segment annulaire coopérant avec la surface cylindrique extérieure du corps 84. Le joint 88 et le segment permettent d'amortir les vibrations auxquelles est soumis le capteur LVDT en fonctionnement.

L'actionneur comprend également deux capteurs du type résolveur qui permettent de déterminer la position angulaire de la douille 20 dans l'actionneur. Les deux résolveurs 96 sont identiques et disposés coaxialement l'un à côté de l'autre dans le boîtier arrière. Ces résolveurs sont annulaires et entourent le prolongement axial arrière 74 de la douille 20. De façon connue, ces résolveurs déterminent la position angulaire d'un rotor par une fonction (sinus - cosinus). Les stators des résolveurs 96 sont fixés sur un élément cylindrique 98 logé dans l'alésage de la partie de plus petit diamètre du boîtier arrière 48, cet élément 98 étant en appui axial à son extrémité avant contre un rebord radial interne du boîtier arrière et à son extrémité arrière contre le couvercle arrière 48. L'extrémité avant de l'élément 98 comprend des moyens d'indexage 122 coopérant avec des moyens correspondants (non visibles) du boîtier arrière 26 pour assurer le positionnement angulaire correct de l'élément 98 vis-à-vis du boîtier arrière (figure 11).

Les rotors des résolveurs sont fixés sur un autre élément cylindrique 100 qui est en appui axial à son extrémité avant contre un épaulement cylindrique du prolongement arrière de la douille et à son extrémité arrière contre un écrou 102 vissé sur une partie d'extrémité arrière filetée du prolongement arrière de la douille. L'extrémité avant de cet élément 100 comprend en outre des moyens d'indexage 124 coopérant avec des moyens 126 complémentaires de la douille 20 pour assurer le positionnement angulaire correct de l'élément 100 vis-à-vis de la douille (figures 9 et 11). Les stators des résolveurs sont reliés par les deux plots de connexion 92 à deux circuits d'alimentation électrique indépendants commandés par le calculateur précité. Ces plots de connexion 92 s'étendent sensiblement au droit des résolveurs. Les moyens d'indexage précités prévus sur les boîtiers 24, 26 et le couvercle avant 34 de l'actionneur ainsi que sur le manchon 64, la douille 20 et les éléments 98, 100 assurent notamment un calage angulaire précis des rotors et des stators des résolveurs 96 vis-à-vis des rotors et des stators des moteurs électriques 18. Les éléments électriques de l'actionneur, à savoir les moteurs électriques et les capteurs du type LVDT et du type résolveur, sont tous en deux exemplaires pour assurer la redondance électrique de l'actionneur.

Ces éléments sont reliés par l'intermédiaire des plots 62 et 92 à des moyens d'alimentation électrique commandés par un ou plusieurs calculateurs. En cas de court-circuit ou de défaillance dans l'alimentation d'un premier élément électrique, le calculateur désactive l'alimentation de cet élément et active simultanément l'alimentation de l'autre élément électrique correspondant. Ce calculateur commande aussi le déploiement de la tige mobile en fonction d'un ordre de commande. L'actionneur selon l'invention fonctionne de la manière suivante : L'actionneur 10 est fixé par les tourillons latéraux 52 sur le moteur de la turbomachine et l'embout 43 prévu à l'extrémité avant de la tige mobile 14 est fixé sur un élément à déplacer de cette turbomachine. Un ordre de commande est envoyé au calculateur qui commande l'activation d'un des moteurs électriques 18. Le rotor de ce moteur entraîne en rotation la douille cylindrique 20 qui entraîne à son tour en translation axiale la tige mobile 14 par l'intermédiaire de la couronne à rouleaux satellites 22. La tige mobile est bloquée en rotation autour de son axe par le couvercle avant 42 du corps de l'actionneur. La tige mobile déplace en translation l'élément de la turbomachine sur une course déterminée dans un sens ou dans l'autre. La position axiale de la tige mobile 14 peut être détectée par le capteur LVDT et la position angulaire de la douille peut être détectée par un des résolveurs 96. En cas de défaillance de l'un des éléments électriques, le calculateur désactive l'alimentation électrique de cet élément et active simultanément l'alimentation électrique de l'autre élément correspondant. L'actionneur représenté sur les dessins a par exemple un diamètre externe de 100mm environ, une masse de 5kg environ, une puissance de crête inférieure à 2kW et une dissipation inférieure à 50W. 15

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Actionneur linéaire électromécanique (10), en particulier pour turbomachine d'avion, comprenant au moins un moteur électrique (18) dont le stator (56) est monté fixe dans un corps (12) autour d'une douille cylindrique (20) formant le rotor du moteur et à l'intérieur de laquelle s'étend coaxialement une tige mobile (14) formant l'élément de sortie de l'actionneur, la douille cylindrique étant fixe en translation et déplaçant axialement en translation la tige mobile par l'intermédiaire d'une couronne à rouleaux satellites (22) montée autour de la tige mobile, caractérisé en ce que la couronne à rouleaux satellites est logée à l'intérieur de la douille cylindrique, cette couronne étant portée par une partie d'extrémité arrière de la tige mobile et étant immobilisée axialement sur cette partie d'extrémité, et en ce que les rouleaux satellites comprennent chacun une denture hélicoïdale coopérant avec un filetage interne de la douille et avec un filetage externe de la partie d'extrémité arrière de la tige mobile.
2. 2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux moteurs électriques (18) identiques dont les stators (56) sont montés coaxialement l'un à côté de l'autre autour de la douille cylindrique (20), ces stators étant reliés à deux circuits d'alimentation électrique indépendants commandés par un calculateur.
3. 3. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle annulaire avant (34) comportant un orifice central (42) de sortie de la tige mobile (14), ce couvercle comportant des moyens de guidage en translation et de blocage en rotation de la tige mobile.
4. 4. Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le couvercle avant (34) comprend une jupe (44) sensiblement cylindrique définissant l'orifice de sortie de la tige (14), cet orifice ayant en section une forme non circulaire qui est complémentaire de la forme en section de la partie intermédiaire de la tige pour empêcher la rotation de la tige autour deson axe.
5. 5. Actionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie intermédiaire de la tige mobile (14) a en section une forme sensiblement triangulaire à côtés curvilignes et à sommets arrondis.
6. 6. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator (56) du ou de chaque moteur électrique (18) est porté par un boîtier avant (24) sensiblement cylindrique, la douille cylindrique (20) étant centrée et guidée en rotation dans ce boîtier avant par un roulement à aiguilles (76) monté autour d'une partie d'extrémité avant de la douille.
7. 7. Actionneur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier arrière (26) sensiblement cylindrique fixé sur le boîtier avant (24), la douille cylindrique (20) étant centrée et guidée en rotation dans le boîtier arrière par des roulements à contact oblique (78) montés autour d'une partie d'extrémité arrière de la douille.
8. 8. Actionneur selon la revendication 7, caractérisé en ce que deux résolveurs (96) identiques sont montés coaxialement l'un à côté de l'autre dans le boîtier arrière (26) et comprennent des stators portés par le boîtier arrière et des rotors portés par un prolongement arrière (74) de la douille cylindrique (20).
9. 9. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige mobile (14) est tubulaire et est guidée en coulissement sur un corps cylindrique (84) fixe traversant axialement l'actionneur, au moins un joint annulaire (88) étant monté entre le corps et la surface intérieure de la tige mobile.
10. 10. Actionneur selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comprend un capteur du type LVDT, ce capteur comportant un plongeur axial (90) en matériau ferromagnétique fixé coaxialement à l'intérieur de la tige mobile (14) et destiné à coulisser dans un alésage axial du corps cylindrique (84) lors des déplacements en translation axiale de la tige mobile, ce capteur comportant également des bobinages entourant le plongeur axial et intégrés dans le corps cylindrique.
11. 11. Actionneur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le capteur du type LVDT comprend deux jeux de bobinages disposés coaxialement l'un après l'autre, chaque jeu de bobinages comportant une bobine primaire et deux bobines secondaires situées de part et d'autre de la bobine primaire, ces jeux de bobinages étant indépendants l'un de l'autre et reliés à des circuits d'alimentation électrique indépendants commandés par un calculateur.
12. 12. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un actionneur (10) 10 selon l'une des revendications précédentes.
13. 13. Tige mobile pour un actionneur linéaire électromécanique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle comprend un filetage externe sur une partie d'extrémité arrière et des moyens d'accrochage (43) à son extrémité amont, la partie intermédiaire de la tige 15 ayant en section une forme non circulaire qui est par exemple sensiblement triangulaire à côtés curvilignes et à sommets arrondis.
14. 14. Corps pour un actionneur linéaire électromécanique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend deux boîtiers (24, 26) sensiblement cylindriques coaxiaux fixés l'un sur l'autre par des 20 moyens du type vis-écrou, l'un des boîtiers (24) comportant des moyens d'indexage (110) coopérant avec des moyens (112) correspondants de l'autre boîtier (26) pour assurer un positionnement angulaire correct des boîtiers l'un par rapport à l'autre lors de leur assemblage, ces moyens d'indexage comprenant au moins une dent longitudinale portée par le 25 boîtier et destinée à être engagée dans une encoche de forme sensiblement complémentaire de l'autre boîtier.
15. 15. Corps selon la revendication 14, caractérisé en ce que la dent (110) du boîtier (24) a une forme générale trapézoïdale dont la petite base est formée par l'extrémité libre de la dent, et l'encoche (112) correspondante 30 de l'autre boîtier (26) a une forme sensiblement en C ou semi-oblongue.