FR2954835A1 - Dispositif de pilotage de vehicule a actionneur electromagnetique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne dispositif de pilotage comprenant un organe de pilotage (10) relié à au moins un organe de conduite du véhicule, un boîtier électromécanique de support comprenant pour chaque liaison pivot, au moins un moteur d'actionnement de l'organe (10) de pilotage constitué d'un actionneur électromagnétique comprenant une armature mobile solidaire de l'organe de pilotage et dotée d'au moins un aimant permanent (20a, 20b) présentant un moment magnétique parallèle à l'axe de ladite liaison pivot et un circuit électromagnétique comportant une armature fixe, agencée pour permettre des déplacements de l'armature mobile dans une zone d'entrefer, le moment magnétique de l'armature mobile balayant chaque portion de surface radiale, et au moins un enroulement (22, 42) de spires solidaire de l'armature fixe susceptible de générer un couple électromagnétique sur ladite armature mobile.

Description

i DISPOSITIF DE PILOTAGE DE VÉHICULE À ACTIONNEUR ÉLECTROMAGNÉTIQUE L'invention concerne un dispositif de pilotage d'un véhicule - -notamment un véhicule comprenant au moins une gouverne aérodynamique ou 5 hydrodynamique tel qu'un aéronef ou un navire-. Dans tout le texte, le terme « pilotage » et ses dérivés désignent, sauf indication contraire, la conduite d'un véhicule par un pilote humain manoeuvrant au moins un organe de pilotage tel qu'un manche, une manette, un palonnier, une pédale... 10 De façon traditionnelle, un dispositif de pilotage d'un véhicule comprend au moins un organe de pilotage relié à au moins un organe de conduite - notamment une gouverne- du véhicule pour en contrôler la position et/ou les déplacements. Un tel organe de pilotage peut être monté et guidé en rotation selon au moins une liaison pivot autour d'un axe par rapport à un boîtier électromécanique 15 de support. Dans le cas par exemple d'un mini-manche de pilotage d'aéronef, l'organe de pilotage est monté et guidé en rotation selon deux liaisons pivot d'axes orthogonaux et sécants (formant une liaison à point central). Lorsque le dispositif de pilotage est du type dit motorisé, pour chaque liaison pivot de l'organe de pilotage, le boîtier électromécanique de support 20 comprend au moins un moteur d'actionnement (en général plusieurs moteurs d'actionnement pour assurer la redondance dans le cas d'un aéronef). Un tel moteur d'actionnement permet notamment de transmettre à l'organe de pilotage des commandes d'un système informatique de pilotage automatique et/ou de simuler un comportement dynamique spécifique de l'organe de pilotage pour créer un rappel au 25 neutre et/ou des sensations appropriées (notamment sensations d'effort musculaire, simulations de frottements ou de retour de force, assistance aux déplacements, conjugaison de deux organes de pilotage sur un même véhicule (pilote et copilote...) permettant ou facilitant le pilotage par un pilote humain).

Dans les dispositifs de pilotage les plus courants tels que les mini-manches de pilotage d'aéronef, les moteurs d'actionnement sont constitués de moteurs électriques, notamment des moteurs couple, ou des moteurs sans balais triphasés rotatifs accouplés à l'organe de pilotage selon l'axe de la liaison pivot correspondante le plus souvent via une transmission de réduction à pignons. Des capteurs d'autocommutation doivent être prévus pour la commande de chaque phase de chaque moteur en fonction de la position de l'organe de pilotage. En outre, au moins un ressort de rappel est accouplé à l'organe de pilotage pour le rappeler en position neutre par rapport au boîtier. Eventuellement, un amortisseur est également prévu. Tous ces organes, qui doivent d'ailleurs être multipliés aux fins de redondance, sont complexes, sources de pannes (compte tenu notamment des nombreuses pièces en mouvement, en contact les unes avec les autres, présentant des frottements et/ou travaillant en fatigue), de jeux, et augmentent considérablement le coût, le poids et l'encombrement du dispositif de pilotage. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif de pilotage motorisé qui soit grandement simplifié, plus léger, de moindre encombrement, de moindre coût, tout en étant fiable, précis, et parfaitement ergonomique.

L'invention vise plus particulièrement à proposer un tel dispositif de pilotage dans lequel le nombre des pièces est considérablement réduit, et en particulier être exempt de moteur sans balais, de pignons de réduction, de ressort et d'amortisseur, et dans lequel le nombre de capteurs est réduit. En particulier, l'invention vise à réduire le nombre de pièces en contact et/ou en frottement dans un tel dispositif de pilotage. L'invention vise également à proposer un tel dispositif de pilotage qui de surcroît puisse présenter une grande précision, une grande sensibilité, et soit compatible avec son utilisation à bord de toutes sortes de véhicules, y compris les aéronefs tels que les avions ou les hélicoptères.

Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de pilotage d'un véhicule comprenant : û un organe de pilotage relié à au moins un organe de conduite du véhicule, û un boîtier électromécanique de support sur lequel ledit organe de pilotage est monté et guidé en rotation selon au moins une liaison pivot autour d'un axe -notamment selon deux liaisons pivots d'axes orthogonaux -, ledit boîtier électromécanique de support comprenant : û pour chaque liaison pivot de l'organe de pilotage par 10 rapport audit boîtier électromécanique de support, au moins un moteur d'actionnement de l'organe de pilotage, caractérisé en ce que pour au moins une liaison pivot de l'organe de pilotage par rapport audit boîtier électromécanique de support, chaque moteur d'actionnement est constitué d'un actionneur électromagnétique comprenant : 15 û une armature mobile dotée d'au moins un aimant permanent présentant un moment magnétique parallèle à l'axe de ladite liaison pivot et associé à l'organe de pilotage de façon à en être solidaire de ses mouvements autour de ladite liaison pivot, û un circuit électromagnétique comportant : û une armature, dite armature fixe, agencée pour permettre des déplacements de l'armature mobile dans une zone d'entrefer en regard d'au moins une portion de surface de l'armature fixe s'étendant radialement par rapport à l'axe de ladite liaison pivot, le moment magnétique de l'armature mobile balayant chaque portion de surface radiale, et û au moins un enroulement de spires solidaire de l'armature fixe, susceptible d'être relié à une source de courant électrique continu, ledit circuit électromagnétique étant agencé pour générer un couple électromagnétique sur ladite armature mobile par rapport à l'axe de ladite liaison pivot. Avantageusement le circuit électromagnétique est adapté pour générer un tel 20 25 couple au moins lorsque chaque enroulement est alimenté en courant électrique et/ou lorsque chaque enroulement est mis en court circuit et/ou relié à une résistance de charge de manière à être le siège de courants de Foucault formant un amortissement.

Un tel actionneur électromagnétique prévu pour au moins une liaison pivot -notamment pour chaque liaison pivot- de l'organe de pilotage présente de façon inattendue et malgré sa simplicité, de très nombreux avantages par rapport aux dispositifs antérieurs. Il se distingue en particulier d'un moteur électrique tel qu'un moteur couple ou un moteur synchrone, à rotor tournant autour de son axe dans un stator. Il est facile de réaliser la commande électrique d'un tel actionneur électromagnétique sous la forme d'un simple courant continu monophasé, sans nécessiter aucun capteur d'autocommutation, pour obtenir toutes les fonctions souhaitées de motorisation de l'organe de pilotage, selon les applications. En outre, aucune transmission mécanique à pignons ou autres pièces en mouvement relatif n'est à prévoir entre l'armature mobile et l'organe de pilotage. En particulier, avantageusement et selon l'invention ledit circuit électromagnétique est agencé pour générer un couple électromagnétique de rappel de ladite armature mobile par rapport à l'axe de ladite liaison pivot en une position neutre stable, en l'absence d'alimentation électrique de chaque enroulement. Avantageusement et selon l'invention, le circuit électromagnétique est adapté pour générer une première valeur de couple de rappel en position neutre stable en l'absence d'alimentation des enroulements (résultant de l'aimantation permanente de l'armature mobile), et une deuxième valeur (supérieure à la première valeur) de couple de rappel en position neutre stable en présence d'une alimentation électrique des enroulements. Un tel actionneur électromagnétique fait, par conception, office de « ressort magnétique », et ce même en cas de panne d'alimentation électrique des enroulements. Il peut aisément être commandé pour faire office d'amortisseur, de générateur de sensations d'efforts, d'assistance aux déplacements... Avantageusement et selon l'invention le circuit électromagnétique est adapté pour générer, lorsque chaque enroulement est alimenté en courant électrique, dans chaque zone d'entrefer, une induction magnétique globalement parallèle à l'axe de ladite liaison pivot. De la sorte, lors de l'alimentation en courant électrique de chaque enroulement, l'actionneur électromagnétique exerce un couple sur l'armature mobile généré par les forces de Laplace développées au sein de l'actionneur et selon le principe dit du flux maximal, le champ magnétique généré par un aimant de l'armature mobile tendant à s'aligner avec le champ magnétique généré dans la chaque zone d'entrefer. Un tel actionneur électromagnétique d'un dispositif selon l'invention peut faire l'objet de diverses variantes de réalisation.

En particulier, avantageusement et selon l'invention ladite armature mobile est en forme générale de plaque mince s'étendant, ainsi que la zone d'entrefer globalement orthogonalement à l'axe de ladite liaison pivot. De la sorte, chaque zone d'entrefer de l'armature fixe peut être de dimensions aussi réduites que possible, au bénéfice d'une efficacité améliorée. De préférence, chaque armature mobile en forme de plaque mince présente une forme générale courbe autour de l'axe de liaison pivot, notamment aussi proche que possible d'une portion de couronne. L'armature mobile d'un actionneur électromagnétique d'un dispositif selon l'invention peut présenter un seul aimant permanent, de préférence en forme de plaque, dont le moment magnétique est parallèle à l'axe de la liaison pivot, c'est-à-dire à son épaisseur. Avantageusement et selon l'invention ladite armature mobile comprend au moins deux aimants permanents juxtaposés transversalement par rapport à l'axe de ladite liaison pivot de façon à passer successivement en regard d'au moins une zone d'entrefer les moments magnétiques de deux aimants juxtaposés successifs étant orientés en sens contraires. Par ailleurs, la disposition de chaque enroulement rapport au boîtier et par rapport à l'armature fixe peut faire l'objet de diverses variantes. De préférence, avantageusement et selon l'invention chaque enroulement de spires est monté par rapport au boîtier de façon à présenter un axe d'enroulement parallèle à l'axe de ladite liaison pivot. En outre, avantageusement et selon l'invention, l'actionneur électromagnétique comprend, pour chaque liaison pivot, deux enroulements de spires alignés selon le même axe parallèle à l'axe de ladite liaison pivot, un de chaque côté de ladite armature mobile, et en ce que ladite armature fixe présente une zone d'entrefer ménagée axialement entre les deux enroulements. Cette disposition favorise en particulier l'obtention dans chaque zone d'entrefer de lignes de champ magnétique parallèles entre elles et à l'axe de la liaison pivot et orthogonales à l'armature mobile, c'est-à-dire parallèle aux moments magnétiques des aimants de cette dernière. Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention l'armature fixe dudit circuit électromagnétique comprend, pour chaque enroulement, une pièce polaire entourant cet enroulement, l'armature fixe étant agencée pour générer une induction magnétique en boucles. Une telle armature fixe permet de canaliser les lignes de champ de l'induction magnétique en minimisant les pertes. En outre, avantageusement et selon l'invention ledit circuit électromagnétique comprend des butées de fin de course de l'armature mobile dans un sens ou dans l'autre à partir de la position neutre stable, l'amplitude maximum de débattement angulaire de l'armature mobile autour de l'axe de ladite liaison pivot étant inférieure à 180°-notamment de l'ordre de 40°, en particulier plus ou moins 20° autour de la position neutre stable-. Ces butées de fin de course sont utiles fonctionnellement pour l'organe de pilotage, mais également pour assurer le bon fonctionnement de l'actionneur électromagnétique en garantissant que l'armature mobile aimantée reste sous l'influence magnétique du circuit électromagnétique. Par ailleurs, chaque actionneur électromagnétique peut avantageusement être intégré dans le boîtier électromécanique. Avantageusement et selon l'invention l'organe de pilotage présentant une poignée de manoeuvre s'étendant radialement d'un côté de chaque liaison pivot hors du boîtier électromécanique de support, ladite armature mobile s'étend dans le boîtier électromécanique de support à l'opposé de la poignée de manoeuvre par rapport à la liaison pivot. Ainsi, chaque actionneur électromagnétique ne perturbe pas la cinématique de fonctionnement de l'organe de pilotage, et le montage de l'ensemble est facilité. En outre, chaque armature mobile peut faire office de contrepoids favorisant l'ergonomie de fonctionnement et de manipulation de l'organe de pilotage. Dans un mode de réalisation préférentiel particulièrement avantageux un dispositif selon l'invention est aussi caractérisé en ce que ledit organe de pilotage est monté et guidé en rotation selon deux liaisons pivots d'axes orthogonaux par rapport au boîtier électromécanique de support, et en ce qu'il comporte au moins un premier actionneur électromagnétique associé à la première liaison pivot, et au moins un deuxième actionneur électromagnétique associé à la deuxième liaison pivot.

Dans une application avantageuse, l'organe de pilotage d'un dispositif de pilotage selon l'invention est un mini-manche de pilotage d'aéronef, monté sur le boîtier électromécanique selon une première liaison pivot de pilotage en tangage et selon une deuxième liaison pivot de pilotage en roulis. L'invention s'applique avantageusement en particulier à un aéronef tel qu'un avion ou un hélicoptère. L'invention s'étend donc également à un aéronef comprenant au moins un organe de pilotage relié à au moins une gouverne de l'aéronef pour en commander la position et les déplacements, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de pilotage selon l'invention pour la commande d'au moins une gouverne de cet aéronef. L'invention s'applique cependant également à d'autres types de véhicules, notamment les véhicules terrestres et les navires flottants ou sous-marins, par exemple pour la commande d'au moins une gouverne hydrodynamique de ces derniers. L'invention concerne également un dispositif de pilotage d'un 5 véhicule et un aéronef caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. D'autres buts, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un de ses modes de réalisation préférentielle donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et qui se réfère aux 10 figures annexées dans lesquelles : û la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de pilotage selon l'invention, û la figure 2 est un vue schématique en coupe selon un plan vertical longitudinal médian II-II du dispositif de la figure 1, avec arraché partiel 15 illustrant la forme d'un enroulement, û la figure 3 est une vue schématique en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, û la figure 4 est une vue schématique en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2, 20 û la figure 5 est un schéma en coupe par le même plan que la figure 4 du circuit électromagnétique d'actionnement selon l'axe en tangage, représentant les lignes de champ magnétique en l'absence de courant circulant dans les bobinages, l'armature mobile étant en position neutre, û les figures 6a et 6b sont des schémas similaires à la 25 figure 5 représentant les lignes du champ magnétique induit uniquement par le circuit électromagnétique alimenté en courant, respectivement dans chaque sens de circulation du courant dans les enroulements, en l'absence d'armature mobile, û la figure 7 est un schéma similaire à la figure 5 représentant les lignes du champ magnétique, en présence d'un courant circulant dans les bobinages, l'armature mobile étant en position neutre, û la figure 8 est un schéma similaire à la figure 7, le 5 courant circulant dans les bobinages étant en sens inverse, û la figure 9 est un schéma similaire à la figure 5, l'armature mobile étant en position déplacée par rapport à la position neutre, û la figure 10 et la figure 11 sont des schémas similaires aux figures 7 et 8, respectivement, l'armature mobile étant en position déplacée par 10 rapport à la position neutre, û la figure 12 est un schéma électronique représentant une variante de réalisation d'une unité d'alimentation électrique d'un actionneur électromagnétique d'un dispositif selon l'invention, û la figure 13 est un graphe représentant les variations de 15 l'effort imparti sur l'organe de pilotage en fonction de sa position angulaire en l'absence d'alimentation électrique des actionneurs électromagnétiques, û la figure 14 est un graphe représentant les variations de l'effort imparti sur l'organe de pilotage par l'actionneur électromagnétique en roulis en fonction de la position angulaire de l'organe de pilotage en présence d'une 20 alimentation électrique de l'actionneur électromagnétique en roulis. Le dispositif de pilotage représenté sur la figure 1 selon l'invention comprend un organe de pilotage qui dans l'exemple est un mini-manche 10 de pilotage d'aéronef articulé sur un boîtier électromécanique 11 selon deux liaisons pivots d'axes orthogonaux et sécants : un axe 12 en tangage et un axe 13 en 25 roulis. Un tel organe de pilotage est relié par une chaîne cinématique (pouvant être formée en tout ou partie par des organes de transmission et/ou d'actionnement, mécaniques et/ou hydrauliques et/ou pneumatiques et/ou électriques ou autres) à au moins un organe de conduite (non représenté) du véhicule, par exemple au moins une gouverne de l'aéronef.

Io Pour ce faire, le mini-manche 10 est monté sur un berceau 14 présentant deux parois latérales longitudinales 16, par l'intermédiaire de deux roulements coaxiaux 15 solidaires des parties supérieures des parois latérales 16 de façon à former une liaison pivot en tangage selon l'axe 12 des roulements orthogonal aux parois latérales 16 du berceau 14. Le berceau 14 est creux et fait office de carter renfermant un actionneur électromagnétique 17 permettant d'actionner le mini-manche 10 selon la liaison pivot en tangage, c'est-à-dire d'exercer un couple électromagnétique d'entraînement sur le mini-manche 10 autour de l'axe 12, en fonction de conditions prédéterminées. Cet actionneur électromagnétique 17 en tangage comprend une armature, dite armature fixe 18, montée sur le boîtier 11 par l'intermédiaire du berceau 14, et comportant deux pièces polaires 18 fixées chacune respectivement à l'intérieur de chaque paroi latérale 16, et définissant entre elles un entrefer 19 dans lequel se déplace une armature mobile 20 solidaire du mini-manche 10, en fonction des mouvements de pivotement du mini-manche 10 autour de l'axe 12 en tangage. Les pièces polaires 18 sont en fer pur ou en alliage de fer (Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Si...) ou autre alliage magnétique doux. Elles sont massives, ou feuilletées (stratifiées) pour limiter les pertes par courants de Foucault. L'entrefer 19 est défini par des portions de surface parallèles l'une à l'autre et en regard l'une de l'autre, des deux pièces polaires 18, ces portions de surface s'étendant globalement transversalement par rapport à l'axe 12 en tangage, c'est-à-dire selon un plan orthogonal à cet axe 12 en tangage. L'armature mobile 20 est en forme générale de plaque et de portion de couronne autour de l'axe 12, s'étendant globalement, comme l'entrefer 19, dans un plan radial orthogonal à l'axe 12 en tangage et présentant deux aimants permanents 20a, 20b. Chaque aimant permanent 20a, 20b est globalement en forme générale de portion de couronne autour de l'axe 12 et s'étend sur un secteur angulaire adapté à la course souhaitée de l'armature mobile, notamment compris entre 20° et °, par exemple de l'ordre de 70°, et les deux aimants permanents 20a, 20b sont juxtaposés angulairement, en succession l'un de l'autre autour de l'axe 12, de façon à s'étendre sur un secteur angulaire total adapté à la course souhaitée de l'armature mobile, notamment compris entre 40° et 180°, par exemple de l'ordre de 140°.

L'extension angulaire formée par les aimants 20a, 20b de l'armature mobile 20 dépend de l'amplitude souhaitée de débattement angulaire pour le mini-manche 10 autour de l'axe 12 en tangage. Cette amplitude de débattement angulaire étant inférieure à 180°, il en va de même de l'extension angulaire totale de l'armature mobile 20 autour de l'axe 12 en tangage.

Chaque aimant permanent 20a, 20b présente un moment magnétique orienté au moins sensiblement parallèlement à l'axe 12 en tangage, mais, dans le mode de réalisation représenté et de préférence, les deux moments magnétiques des deux aimants permanents 20a, 20b sont en sens opposés l'un par rapport à l'autre. Lorsque l'organe de pilotage 10 est déplacé en rotation autour de l'axe 12, le moment magnétique des aimants permanents 20a, 20b balaye chaque portion de surface de l'armature fixe 18 en regard délimitant l'entrefer 19. Le moment magnétique des aimants permanents 20a, 20b est globalement orthogonal à chacune de ces portions de surface. De préférence, les deux aimants 20a, 20b sont identiques, et en particulier s'étendent angulairement selon une même valeur de secteur angulaire autour de l'axe 12, symétriquement de part et d'autre d'un plan transversal contenant l'axe 12 en tangage et l'axe 21 principal du mini-manche 10. Rien n'empêche cependant de prévoir des aimants successifs 20a, 20b de dimensions angulaires différentes, selon les caractéristiques du couple à exercer sur le mini-manche 10.

Avantageusement, l'armature mobile 20 est formée de deux pièces fixées l'une sur l'autre superposées selon l'axe 12 en tangage, chacune d'elles étant guidée par un roulement 15, et formant en particulier deux plaques superposées selon leur face principale intégrant les aimants permanents 20a, 20b.

Chaque pièce polaire 18 de l'armature fixe définit un logement de réception d'un enroulement de spires 22 d'un conducteur électrique isolé formant un bobinage électromagnétique susceptible d'être relié à une source de courant électrique continu d'une unité de commande et d'alimentation électrique via des connecteurs 23 d'alimentation du boîtier 11. En variante non représentée, les enroulements 22 sont en court circuit ou débitent dans une (ou plusieurs) résistance(s) de charge de manière à générer un amortissement passif (sans alimentation externe) par courants de Foucault. Les logements de réception des enroulements 22 sont refermés partiellement par des plaques 24 des pièces polaires 18, maintenant les enroulements 22 en place et formant entre elles l'entrefer 19. Les enroulements 22 sont coaxiaux enroulés selon un axe 26 d'enroulement parallèle à l'axe 12 en tangage, globalement centré par rapport au berceau 14 et en regard d'une ligne médiane 25 théorique des aimants 20a, 20b. Cet axe 26 correspond à un noyau central 27 de chaque pièce polaire 18. Les enroulements 22 sont en regard l'un de l'autre, parallèles l'un à l'autre (les spires d'un enroulement 22 étant globalement parallèles aux spires de l'autre enroulement 22) et sont aussi globalement parallèles à l'entrefer 19 et aux portions de surface de l'armature fixe 18 qui le délimitent. Les spires des enroulements 22 peuvent présenter diverses formes (circulaires, plus ou moins polygonales...). De préférence, les spires des enroulements 22 sont adaptées pour présenter, en regard de l'armature mobile 20, des portions, dites portions 28a, 28b efficaces (sur l'arraché figure 2) s'étendant au moins sensiblement radialement par rapport à l'axe 12. De la sorte, le flux magnétique généré par les aimants permanents 20a, 20b coupé par les portions 28a, 28b efficaces reste au moins sensiblement constant. En conséquence, dans ce mode de réalisation préférentiel, les spires des enroulements 22 présentent une forme globalement triangulaire telle que représentée figure 2. Les parois latérales 16 du berceau sont prolongées l'une vers l'autre à leurs extrémités longitudinales pour être fixées l'une sur l'autre en renfermant l'actionneur électromagnétique 17. En outre, les parois latérales 16 sont adaptées pour faire office de butées limitant les déplacements angulaires de l'armature mobile 20 dans un sens et dans l'autre autour de l'axe 12 en tangage. Le berceau 14 ainsi formée est lui-même monté rotatif sur le boîtier 11 selon l'axe 13 en roulis perpendiculaire à l'axe 12 en tangage, par deux roulements 35 coaxiaux dont l'un est solidaire de la partie supérieure d'une paroi 36 verticale transversale d'extrémité du boîtier 11, tandis que l'autre est solidaire d'une paroi 34 verticale transversale intermédiaire du boîtier 11. Le boîtier 11 forme par ailleurs un logement 33 entre la paroi 34 intermédiaire et une deuxième paroi 32 verticale transversale d'extrémité opposée à la paroi 36 d'extrémité portant l'un des roulements 35. Ce logement 33 renferme un actionneur électromagnétique 37 en roulis permettant d'actionner le mini-manche 10 selon la liaison pivot en roulis, c'est-à-dire d'exercer un couple électromagnétique d'entraînement sur le mini-manche 10 autour de l'axe 13, en fonction de conditions prédéterminées. Cet actionneur électromagnétique 37 en roulis comprend une armature fixe comportant deux pièces polaires 38 fixées chacune respectivement à l'intérieur de chaque paroi transversale 32, 34, et définissant entre elles un entrefer 39 dans lequel se déplace une armature mobile 40 comprenant deux aimants permanents 40a, 40b se succédant angulairement, cette armature mobile 40 étant solidaire du berceau 14 (et donc indirectement du mini-manche 10 pour ses mouvements en roulis), et se déplaçant en fonction des mouvements de pivotement du mini-manche 10 autour de l'axe 13 en roulis. Les pièces polaires 38 sont en fer pur ou en alliage de fer (Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Si...) ou autre alliage magnétique doux.

Elles sont massives, ou feuilletées (stratifiées) pour limiter les pertes par courants de Foucault. L'actionneur électromagnétique 37 en roulis est similaire à l'actionneur électromagnétique 17 en tangage, et présente notamment également des enroulements de spires coaxiaux 42 d'un conducteur électrique isolé, un enroulement 42 étant solidaire de chaque pièce polaire 38 de l'armature fixe. Les enroulements 42 sont centrés sur un axe 46 d'enroulement parallèle à l'axe 13 en roulis, cet axe 46 des enroulements 42 étant en regard d'une ligne médiane de deux aimants permanents 40a, 40b de l'armature mobile 40. L'armature mobile 40 est en forme de plaque et de portion de couronne autour de l'axe 13, s'étend radialement par rapport à l'axe de 13 en roulis, et se déplace dans l'entrefer 39 en fonction des mouvements de pivotement du mini-manche 10 autour de l'axe 13 en roulis. Les enroulements 42 sont en regard l'un de l'autre, parallèles l'un à l'autre (les spires d'un enroulement 42 étant globalement parallèles aux spires de l'autre enroulement 42) et sont aussi globalement parallèles à l'entrefer 39. Les spires des enroulements 42 peuvent aussi présenter diverses formes (circulaires, plus ou moins polygonales...). De préférence, les spires des enroulements 42 sont adaptées pour présenter, en regard de l'armature mobile 40, des portions, dites portions efficaces s'étendant au moins sensiblement radialement par rapport à l'axe 13. De la sorte, le flux magnétique généré par les aimants permanents 40a, 40b coupé par les portions efficaces reste au moins sensiblement constant. En conséquence, dans ce mode de réalisation préférentiel, les spires des enroulements 42 présentent une forme globalement triangulaire. L'armature mobile 40 aimantée est montée rotative, solidaire en rotation du berceau 14 autour de l'axe de 13 en roulis par le roulement 35 porté par la paroi 34 transversale intermédiaire, et par un deuxième roulement 41 solidaire de la partie supérieure de la paroi 32 transversale d'extrémité. Là encore, l'amplitude de débattement angulaire de l'armature mobile 40 autour de l'axe 13 est inférieure à 180°. Le moment magnétique des aimants permanents 40a, 40b est parallèle à l'axe 13 en roulis et balaye, au cours des débattements angulaires du mini-manche 10 autour de l'axe 13 en roulis, des portions de surface de l'armature fixe 38 délimitant l'entrefer 39, ces portions de surface, l'entrefer 39 et l'armature mobile 40 s'étendant radialement par rapport à l'axe 13 en roulis.

Chaque enroulement 42 est également susceptible d'être relié à une source de courant électrique continu d'une unité de commande et d'alimentation électrique via des connecteurs 43 d'alimentation du boîtier 11. En variante non représentée, les enroulements 42 sont en court circuit ou débitent dans une (ou plusieurs) résistance(s) de manière à générer un amortissement passif (sans alimentation externe) par courants de Foucault. Les enroulements 42 de l'actionneur électromagnétique 37 en roulis sont alimentés et commandés indépendamment des enroulements 22 de l'actionneur électromagnétique 17 en tangage. La figure 12 représente un mode de réalisation d'une unité 50 d'alimentation des enroulements 22 ou 42 d'un actionneur électromagnétique 17 ou 37. Cette unité 50 reçoit une consigne 51 d'intensité du courant d'alimentation qui est comparée par un comparateur 52 à une valeur mesurée de l'intensité consommée par les enroulements. Le résultat de la comparaison est envoyé à un régulateur 58 de courant (par exemple du type PI, PID, RST ou autre) et la sortie de ce régulateur 58 est envoyée à un générateur de modulation de largeur d'impulsion 53 qui commande un circuit de commutation 54 à quatre transistors à effet de champ 55 montés en pont pour alimenter les deux enroulements en parallèle par hachage d'une source de tension continue 56 reliée au circuit de commutation 54. L'intensité consommée par les enroulements est mesurée par un capteur 57 interposé entre la source de tension 56 et le circuit de commutation 54. En variante non représentée, l'unité 50 d'alimentation peut être conçue pour incorporer une redondance, chaque enroulement d'une paire d'enroulements 22 ou 42 étant alimenté séparément par une branche d'alimentation qui lui est propre, qui reçoit une consigne d'intensité du courant d'alimentation de cet enroulement. Chaque branche d'alimentation comprend alors un comparateur, un régulateur de courant, un générateur de modulation de largeur d'impulsion, un circuit de commutation à transistors à effet de champ montés en pont, une source de tension continue alimentant ce circuit de commutation et un capteur de mesure de l'intensité du courant consommé entre la source de tension et le circuit de commutation, cette valeur mesurée étant fournie au comparateur. En variante non représentée, les enroulements 22 ou 42 sont en court circuit ou débitent dans une (ou plusieurs) résistance(s) de manière à générer un amortissement passif (sans alimentation externe) par courants de Foucault.

La figure 5 représente les lignes du champ magnétique induit par les aimants permanents 20a, 20b de l'armature mobile 20 lorsque le courant d'alimentation des enroulements 22 est nul. Comme on le voit, le champ magnétique est, dans l'entrefer 19, orthogonal à l'épaisseur de l'armature mobile 20, parallèle à l'axe 12 de rotation de l'armature mobile 20 et de l'organe de pilotage 10. Le champ magnétique Ba formé par le premier aimant 20a est en sens opposé au champ magnétique Bb formé par le deuxième aimant 20b. L'armature fixe canalise les lignes de champ. Lorsque l'armature mobile 20 est en place, centrée dans l'entrefer 19 comme représenté figure 5, elle est maintenue en place par le champ magnétique des aimants permanents 20a, 20b qui coopèrent avec l'armature fixe 18. Cette position correspond donc à une position neutre centrale stable de l'armature mobile 20, y compris en l'absence de courant d'alimentation dans les enroulements 22. Les figures 6a et 6b représentent les lignes du champ magnétique induit par les deux enroulements 22 lorsque ces derniers sont alimentés par un courant électrique, et en l'absence de l'armature mobile 20. Comme on le voit, le champ magnétique est maximum au voisinage de l'axe 26 des enroulements 22, et orthogonal à l'entrefer 19. Les figures 6a et 6b diffèrent l'une de l'autre uniquement par le sens du courant d'alimentation des enroulements 22. La figure 7 est une vue similaire à la figure 5 représentant les lignes du champ magnétique total induit par les aimants permanents 20a, 20b et par les enroulements 22 alimentés en courant électrique dans le sens indiqué sur cette figure. La répartition du champ magnétique dans l'armature fixe 18 génère un effort F1 de déplacement de l'armature mobile 20 dans l'entrefer 19, qui se traduit par un couple autour de l'axe 12 de rotation.

La figure 8 est une vue similaire à la figure 7 représentant les lignes du champ magnétique lorsque les enroulements 22 sont alimentés en courant électrique dans le sens contraire à celui de la figure 7, comme indiqué sur cette figure. La répartition du champ magnétique dans l'armature fixe 18 génère un effort ûF 1 de déplacement de l'armature mobile 20 dans l'entrefer 19, en sens opposé à celui de la figure 7, qui se traduit également par un couple autour de sa l'axe 12 de rotation, en sens opposé à celui de la figure 7. La figure 9 représente la situation dans laquelle l'armature mobile 20 est déplacée d'un côté, les enroulements 22 n'étant pas alimentés en courant électrique. La coopération des aimants permanents 20a, 20b avec l'armature fixe 18 génère un effort F2 de déplacement de l'armature mobile 20 dans l'entrefer 19, qui se traduit par un couple autour de l'axe 12 de rotation tendant à rappeler l'armature mobile 20 en position neutre stable correspondant à celle de la figure 5. La figure 10 représente une situation similaire à celle de la figure 9, en supposant que les enroulements 22 sont alimentés en courant électrique dans le sens indiqué sur cette figure. Le champ induit par les enroulements 22 rajoute un effort F3 de déplacement de l'armature mobile 20 dans l'entrefer 19, dans le même sens que l'effort F2 généré par les aimants permanents 20a, 20b. La figure 11 représente une situation similaire à celle de la figure 10, en supposant que les enroulements 22 sont alimentés en courant électrique dans le sens indiqué sur cette figure, contraire à celui de la figure 10. Le champ induit par les enroulements 22 crée un effort -F3 qui s'oppose à l'effort F2 généré par les aimants permanents 20a, 20b, et qui se traduit par un couple autour de l'axe 12 de rotation tendant à écarter encore plus l'armature mobile 20 de la position neutre stable si IIF3II > IIF2II• La figure 13 représente les résultats de mesures d'efforts sur un exemple de mini-manche 10 conforme à l'invention, en fonction de la position angulaire du mini-manche 10 lorsque le courant d'alimentation des enroulements 22, 42 des deux actionneurs électromagnétiques est nul. La courbe Cl représente les variations de l'effort selon l'axe 12 de tangage, et la courbe C2 représente les variations de l'effort selon l'axe 13 de roulis. Comme on le voit, les actionneurs électromagnétiques 17, 37, même en l'absence de courant d'alimentation des enroulements, créent un effort de rappel qui est sensiblement proportionnel à l'amplitude angulaire de déplacement, à la façon d'un ressort élastique. La figure 14 représente les résultats de mesures des efforts sur l'axe 13 en roulis, d'une part en l'absence de courant d'alimentation de l'actionneur électromagnétique 37 (courbe C2), d'autre part avec un courant d'alimentation d'intensité maximum dans un premier sens correspondant à la figure 10 dans lequel les couples induits par les aimants permanents et par les enroulements s'additionnent (courbe C3), et enfin avec un courant d'alimentation d'intensité maximum dans le sens contraire correspondant à la figure 11 dans lequel les couples induits par les aimants permanents et par les enroulements s'opposent (courbe C4). Comme on le voit, le dispositif de pilotage selon l'invention est exempt de ressort de rappel et d'amortisseur, présente un nombre de pièces - notamment un nombre de pièces en contact et/ou en frottement- extrêmement réduit, et présente des caractéristiques d'actionnement de l'organe de pilotage similaires à celles pouvant être obtenues antérieurement. Un tel dispositif de pilotage peut faire l'objet de nombreuses applications et peut permettre par exemple de générer des sensations de rappel en position neutre et/ou d'efforts variables sur le mini-manche, d'appliquer des commandes d'un pilote automatique... Le dispositif de pilotage selon l'invention est par ailleurs équipé de différents autres organes accessoires permettant son fonctionnement et son intégration à bord d'un aéronef : capteurs de position, capteurs de vitesse, capteurs d'accélération, capteurs d'efforts, unités de surveillance de fonctionnement... L'invention peut faire également l'objet de nombreuses variantes de réalisation par rapport au seul mode de réalisation représenté sur les figures. En particulier, il est à noter que chaque actionneur électromagnétique peut être doté d'un seul enroulement tel que 22 ou 42. Chaque armature mobile 20, 40 peut être dotée d'un nombre d'aimants permanents différent. En outre, les armatures fixes et/ou le berceau 14 et/ou les parois du boîtier 11 sont avantageusement agencés de façon à faire office de butée limitant le débattement angulaire de l'organe de pilotage 10 autour de chaque axe de rotation dans un sens ou dans l'autre afin notamment d'assurer que l'armature mobile et l'armature fixe ainsi que les enroulements restent en influence magnétique mutuelle.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1/ - Dispositif de pilotage d'un véhicule comprenant : û un organe de pilotage (10), relié à au moins un organe de conduite du véhicule, û un boîtier (11) électromécanique de support sur lequel ledit organe de pilotage est monté et guidé en rotation selon au moins une liaison pivot autour d'un axe -notamment selon deux liaisons pivots d'axes (12, 13) orthogonaux -, ledit boîtier (11) électromécanique de support comprenant : û pour chaque liaison pivot de l'organe (10) de pilotage par rapport audit boîtier (11) électromécanique de support, au moins un moteur d'actionnement de l'organe (10) de pilotage, caractérisé en ce que pour au moins une liaison pivot de l'organe (10) de pilotage par rapport audit boîtier (11) électromécanique de support, chaque moteur d'actionnement est constitué d'un actionneur (17, 37) électromagnétique comprenant û une armature (20, 40) mobile dotée d'au moins un aimant permanent présentant un moment magnétique parallèle à l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot et associé à l'organe de pilotage (10) de façon à en être solidaire de ses mouvements autour de ladite liaison pivot, - un circuit électromagnétique (18, 38, 22, 42) comportant : û une armature, dite armature (18, 38) fixe, agencée pour permettre des déplacements de l'armature (20, 40) mobile dans une zone d'entrefer (19, 39) en regard d'au moins une portion de surface de l'armature fixe (18, 38) s'étendant radialement par rapport à l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot, le moment magnétique de l'armature mobile balayant chaque portion de surface radiale, et û au moins un enroulement (22, 42) de spires solidaire de l'armature (18, 38) fixe, susceptible d'être relié à une source de courantélectrique continu, ledit circuit électromagnétique étant agencé pour générer un couple électromagnétique sur ladite armature (20, 40) mobile par rapport à l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot. 2/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit électromagnétique est agencé pour générer un couple électromagnétique de rappel de ladite armature (20, 40) mobile par rapport à l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot en une position neutre stable en l'absence d'alimentation électrique de chaque enroulement (22, 42). 3/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit électromagnétique est adapté pour générer, lorsque chaque enroulement (22, 42) est alimenté en courant électrique, dans chaque zone d'entrefer (19, 39), une induction magnétique globalement parallèle à l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot. 4/ - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite armature (20, 40) mobile est en forme générale de plaque mince s'étendant, ainsi que la zone d'entrefer (19, 39), globalement orthogonalement à l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot. 5/ - Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite armature (20, 40) mobile comprend au moins deux aimants (20a, 20b, 40a, 40b) permanents juxtaposés transversalement par rapport à l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot de façon à passer successivement en regard d'au moins une zone d'entrefer (19, 39) les moments magnétiques de deux aimants (20a, 20b, 40a, 40b) juxtaposés successifs étant orientés en sens contraires. 6/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque enroulement (22, 42) de spires est monté par rapport au boîtier de façon à présenter un axe (26, 46) d'enroulement parallèle à l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot. 7/ - Dispositif selon les revendications 4 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque liaison pivot, deux enroulements (22,42) de spires alignés selon le même axe (26, 46) parallèle à l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot, un de chaque côté de ladite armature (20, 40) mobile, et en ce que ladite armature (18, 38) fixe présente une zone d'entrefer (19, 39) ménagée axialement entre les deux enroulements (22, 42). 8/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'armature (18, 38) fixe dudit circuit électromagnétique comprend, pour chaque enroulement (22, 42), une pièce polaire entourant cet enroulement (22, 42), l'armature fixe étant agencée pour générer une induction magnétique en boucles. 9/ - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit circuit électromagnétique comprend des butées de fin de course de l'armature (20, 40) mobile dans un sens ou dans l'autre à partir de la position neutre stable, l'amplitude maximum de débattement angulaire de l'armature (20, 40) mobile autour de l'axe (12, 13) de ladite liaison pivot étant inférieure à 180°-notamment de l'ordre de 40°-. 10/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'organe (10) de pilotage présentant une poignée de manoeuvre s'étendant radialement d'un côté de chaque liaison pivot hors du boîtier (11) électromécanique de support, ladite armature (20, 40) mobile s'étend dans le boîtier (11) électromécanique de support à l'opposé de la poignée de manoeuvre par rapport à la liaison pivot. 11/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit organe (10) de pilotage est monté et guidé en rotation selon deux liaisons pivots d'axes (12, 13) orthogonaux par rapport au boîtier (11) électromécanique de support, et en ce qu'il comporte au moins un premier actionneur (17) électromagnétique associé à la première liaison pivot, et au moins un deuxième actionneur (37) électromagnétique associé à la deuxième liaison pivot.12/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'organe (10) de pilotage est un mini-manche de pilotage d'aéronef. 13/ - Aéronef comprenant au moins un organe de pilotage (10) relié à au moins une gouverne de l'aéronef pour en commander la position et les déplacements, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de pilotage selon l'une des revendications 1 à 12 pour la commande d'au moins une gouverne de l'aéronef.