WO2015150439A2 - Dispositif de commande passif magnétique - Google Patents

Dispositif de commande passif magnétique Download PDF

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WO2015150439A2
WO2015150439A2 PCT/EP2015/057148 EP2015057148W WO2015150439A2 WO 2015150439 A2 WO2015150439 A2 WO 2015150439A2 EP 2015057148 W EP2015057148 W EP 2015057148W WO 2015150439 A2 WO2015150439 A2 WO 2015150439A2
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magnet
control device
magnets
control member
control
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PCT/EP2015/057148
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Dominique HARRIBEY
Jean-François ALLIAS
Jean-François LLIBRE
Carole HENAUX
Original Assignee
Institut National Polytechnique De Toulouse
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite Toulouse Ii - Le Mirail
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Publication date
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Publication of WO2015150439A3 publication Critical patent/WO2015150439A3/fr

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/05—Means for returning or tending to return controlling members to an inoperative or neutral position, e.g. by providing return springs or resilient end-stops
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/04—Controlling members for hand actuation by pivoting movement, e.g. levers
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks

Definitions

  • the invention relates to the field of control devices.
  • the invention relates, in particular, to the flight control sleeves of aircraft, but also, for example, devices for driving or driving various vehicles, and levers for controlling gear or games.
  • control devices comprising a manual control member
  • aeronautical applications such as flight control sleeves for aircraft or helicopters.
  • This type of control device is also observed in the automotive, computer or handling or lifting applications.
  • flight sleeves are passive.
  • passive hoses conventionally comprise a set of springs and mechanical dampers which make it possible to exert restoring forces on each of the axes of rotation of the stick (called roll axis and pitch axis) when the pilot actuates the stick, and to return the latter to neutral (or mid-point) when the pilot releases it (that is to say when the driver exerts no effort on the handle).
  • control sticks are equipped on the one hand with an active device and on the other hand, for security purposes, with a passive device as described above, which each make it possible to simulate a force feedback on the stick.
  • a disadvantage of such passive devices lies in the difficulty of sizing the mechanical parts according to the force feedback that one wishes to apply.
  • the invention does not present, at least, some of the disadvantages of the prior art.
  • the invention relates to a control device comprising a control member having at a first end a gripping portion, and further comprising a base on which said control member is rotatably mounted about an axis pivoting, between a rest position and at least one actuating position, said control member carrying first permanent magnets and said base bearing second permanent magnets, said first and second permanent magnets being arranged to oppose movements of said control member of the resistant forces.
  • control member has at a second end at least a third magnet, said base carrying at least one element of conductive non-magnetic material extending at least partly along the angular displacement zone of the third magnet.
  • the invention thus proposes a passive control device, such as an aircraft piloting device implementing a control stick, which is equipped with a magnetic system that is more compact than the solutions of the prior art (springs and dampers). , as reliable and less expensive.
  • the control device of the invention is based on the principle of attraction and magnetic repulsion of permanent magnets so as to oppose the movements of the handle resistant forces, according to a predetermined force law.
  • the control device of the invention also implements at least one third magnet capable of cooperating with a non-magnetic conductive material element (made of copper, for example), the latter having a high electrical conductivity greater than 5.10 7 S m 1 and being able to circulate induced currents of Foucault, so as to slow down the return of the control member, which carries the third magnet, from a position actuated to the rest position (when the user releases the control member), and so as to avoid the rebound phenomena of the control member around its rest position.
  • a non-magnetic conductive material element made of copper, for example
  • This effect of braking and passive damping is obtained in this case by the creation of induced eddy currents in the conductive nonmagnetic element (copper, for example) which cooperates with the third magnet.
  • the magnetic spring device of the invention thus gives the pilot the feeling of the effort he is applying to the control surfaces of the aircraft.
  • Such a device can be implemented alone, or in addition to an active system, such as a system based on electromagnetic actuators.
  • an active system such as a system based on electromagnetic actuators.
  • the magnetic passive device of the invention ensures redundancy.
  • said base carries at least a fourth magnet located substantially opposite said third magnet in the rest position of said control member.
  • the magnetic attraction force between the third and fourth magnets ensures the locking of the control member in the neutral position.
  • the fourth magnet is housed at least in part in said non-magnetic conductive material element (which is made of copper, for example).
  • the third and fourth magnets, and said non-magnetic conductive material element are arranged in the plane of rotation of said control member.
  • the first and second permanent magnets are arranged in the plane of rotation of said control member.
  • the control device according to the invention is free of return spring and damper, and has a reduced number of parts.
  • the use of magnets is advantageous in that they do not demagnetize or little, with certain limits however, to know if they operate under the demagnetization temperature of a magnet, which is of the order of 100 to 150 ° C depending on its quality. However, the outside temperature, that is to say that of the cockpit, does not generally exceed 70 ° C.
  • the use of magnets reduces mechanical friction and wear. As a result, the movements of the handle are reproducible without any change in the characteristic force / angular deflection.
  • control device comprises a pair of first permanent magnets mounted symmetrically with respect to the longitudinal axis of said control member in the rest position and a pair of second permanent magnets mounted symmetrically with respect to the longitudinal axis of said control member in the rest position.
  • each first permanent magnet is disposed in the vicinity of a corresponding second permanent magnet, the axial magnetization of a first magnet being inverted with respect to the axial magnetization of the corresponding second magnet.
  • the air gap between one of said first magnets and said second corresponding magnet is lower in an actuating position of said control member to the gap between these same magnets in the rest position of said control member.
  • the facing surfaces of one of said first magnets and said second corresponding magnet form an angle of between 0 and 90 °, preferably between 5 ° and 45 °, and still preferably between 10 and 20 °.
  • the first and second permanent magnets are each housed in a casing for channeling the magnetic flux.
  • the magnets are clad with a ferromagnetic metal shell, so that their magnetic field is channeled.
  • the axial magnetization of said third magnet is in the same sense as the axial magnetization of said fourth magnet in the rest position of said control member.
  • the control member is locked in the rest position because the magnetization direction of the third magnet carried by the control member is identical to the magnetization direction of the fourth magnet carried by the base.
  • said third magnet and the fourth magnet are arranged along the longitudinal axis of said control member in the rest position.
  • said element made of conductive non-magnetic material has a U-shaped section.
  • said element made of conductive non-magnetic material carries a plurality of magnets capable of cooperating with said third magnet.
  • control member has at a second end a fifth magnet and a sixth magnet adapted to cooperate with at least one corresponding magnet carried by said element of conductive non-magnetic material.
  • said control member comprises a portion of ferromagnetic material disposed between the first magnets.
  • the invention also relates to an aircraft comprising at least one control member connected to at least one rudder of the aircraft for controlling the position of said rudder, and comprising at least one control device as described above for the control of at least one rudder of the aircraft.
  • the invention thus proposes a control device which has a high accuracy, a high sensitivity, and is compatible with its use on board all kinds of vehicles, including aircraft such as airplanes or helicopters.
  • the control device is also greatly simplified, lighter, less space, lower cost, while being reliable and perfectly ergonomic.
  • Figure 1A is a perspective view of the control device according to a first embodiment of the invention, when the control member is in the rest position, or neutral;
  • Figure 1B is a side view of the control device of Figure 1A;
  • Figure 1C is a partial view of the control device according to a second embodiment of the invention, when the control member is in the rest position, or neutral;
  • Figure 1D is a schematic view of a particular arrangement of a portion of the magnets implemented in a control device according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of the device of Figures 1A and 1B when the control member is in an actuated inclined position
  • FIG. 3 illustrates a curve representing, for the control device of the preceding figures, a measurement of the force applied on the control member (the force being measured in grams) as a function of the angle of deflection (in degrees ) or angular position of the control member;
  • FIGS. 4A and 4B schematically illustrate alternative embodiments of the locking device in the neutral position of the control member
  • FIGS. 4C and 4D illustrate, schematically, another variant embodiment of the locking device in the neutral position of the control member
  • FIGS. 4E and 4F further illustrate, schematically, another alternative embodiment of the locking device in the neutral position of the control member
  • FIG. 5 illustrates, schematically, other types of magnets that can be implemented in the control device of the invention.
  • the general principle of the present technique is to provide a passive force feedback control device which allows: to eliminate, or at least to minimize failures, mechanical clearances, and drifts of precision due to wear of mechanical parts;
  • the control device of the invention does not implement mechanical springs, but permanent magnets. It is therefore a magnetic control device, and more specifically a magnetic spring device with a midpoint.
  • the magnets allow the creation of resistant forces when the user moves the control member from its midpoint, and are configured to allow quasi-linear forces, that is to say forces whose intensity is proportional to the angular position of the control member according to the axis of rotation considered.
  • the invention finds a preferred application for the flight control sleeves of aircraft.
  • the passive return stick can be implemented alone or in addition to an active return stick (it thus ensures redundancy in case of power failure).
  • Such a handle is relatively simple to manufacture, easy to integrate, robust (it is configured to support a torque corresponding to a force applied to the handle of a weight equivalent to 80 kg, for example), accurate, and relatively light.
  • the invention is however not limited to this embodiment. It may be the driving organs of various vehicles, gear control levers or joysticks, for example.
  • control member of the control device of the invention is movable in at least one degree of freedom, pivotally on an axis of rotation. This displacement can be combined with other displacements along other axes, acting on other commands.
  • Figures 1A and 1B are perspective and side views respectively of the control device according to one embodiment of the invention.
  • control device of the invention is subsequently described in the context of an aeronautical application, where it is used as a control device of an aircraft.
  • such a control device is connected by mechanical transmission means, and / or hydraulic, and / or electrical, and / or pneumatic to at least one rudder of the aircraft.
  • the control device 1 comprises a frame 2 (which can be closed in a sealed manner through side walls, not shown in the figures) comprising, in this example, a base 21 which is connected by four posts 22 to a plate of support 23.
  • a moving part in the form of a lever, or handle, 3, is pivotally mounted about an axis of rotation y on the support plate 23, by means of a pivot connection 32 mounted on the lower part of The support plate 23 will be called later axis z the longitudinal axis of the handle 3 when the latter is in its rest position, or neutral position. This z axis is perpendicular to the x, y plane.
  • a first end of the handle 3 comprises a gripping part, in this case a handle 31, intended to be handled by a user (the pilot of the aircraft).
  • An opening 231 formed in the support plate 23 allows the passage from the inside to the outside of the handle 3, the shape of the opening 231 being adapted to allow the pivoting or inclination of the handle 3 in the xz plane, around the axis of rotation y, in both directions represented by arrows, allowing the user to vary the pitch or the roll (rolling axis "roll” or pitch “pitch").
  • the handle 3 can also rotate about a second axis orthogonal to the y-axis through a second hinge not shown.
  • the control device has two output axes, one of these axes corresponding to the roll, while the other corresponds to the pitch.
  • a support portion 33 of substantially triangular and symmetrical shape is formed in the body of the support portion 33 in the example shown).
  • the handle 3 comprises biasing means, tending to bring the handle 3 in a central position, or neutral position, illustrated in Figures 1A and 1B, when no effort is applied to it.
  • the two inclined surfaces of the support portion 33 each carry a permanent magnet B and D respectively, which each generate a magnetic field.
  • the magnets B and D are preferably identical and arranged symmetrically on either side of the z axis.
  • the magnets B and D are, in this example, of annular shape (constant thickness) and their respective magnetization is directed from the support portion 33 towards the outside of the control device 1 as indicated by the arrows of FIG. 1B (c). that is to say perpendicular to their circular section).
  • the magnets B and D being mounted on the support portion 33 of the lever 3, they are therefore movable relative to the frame 2, and in particular with respect to the support plate 23.
  • Magnets A and C are, in this example, ring-shaped (constant thickness) and fixed. They are preferably identical and arranged symmetrically on either side of the z axis.
  • the magnetization of the fixed magnets A and C is directed towards the support portion 33 (i.e. towards the inside of the control device 1) as indicated by the arrows of FIG. 1B, and is therefore opposed to the magnetization of the moving magnets B and D respectively.
  • the four magnets A, B, C, D are each of cylindrical shape (they are in the form of a circular plate) and are encapsulated in a magnetic circuit, such as a metal casing based on material ferromagnetic, for channeling the magnetic flux and improving the magnetic coupling between the fixed magnets A, C and mobile B, D respectively.
  • the outer surfaces (which are flat and circular) facing the magnets A and B are separated by an angle of 15 ° in the neutral position of the handle 3. even for the magnets C and D.
  • the angular displacement of the handle 3 is of the order of 30 °.
  • the magnetization of the magnets B and D is substantially in the same direction (that is to say from left to right).
  • the magnetization of magnets A and C is oriented in the opposite direction (ie from right to left).
  • the magnetization of the magnets B and D is substantially in the same direction, from right to left.
  • the magnetization of the magnets A and C is oriented in the opposite direction, from left to right.
  • the support portion 33 is made of a non-magnetic material, but has a curved portion 331 of ferromagnetic material, which is located between the magnets B and D, for channeling the lines. of field.
  • Magnets A and C are carried by support elements 26 of non-magnetic material.
  • FIG. 2 illustrates the device of FIGS. 1A and 1B when a force is applied to the handle 3, the latter being in an inclined position relative to the z axis, the angle of inclination being denoted "a".
  • the magnets A and B are here in contact and vis-à-vis (the gap is zero), the inclination of the handle 3 is therefore maximum.
  • the distance separating the magnets C and D is greater than that in the rest position of the handle 3.
  • control device 1 makes it possible to oppose to the movements of the handle 3 efforts of a magnetic nature.
  • the pilot by moving the handle 3 of its neutral position, moves the moving magnets B and D.
  • a pivoting of the handle 3 reduces the distance between the magnets A and B on one side, and obviously increases the distance between the magnets C and D on the other side (and vice versa).
  • the fixed magnet A exerts a repulsive force on the moving magnet B (and thus on the handle 3) which tends to oppose the force manual exerted on the handle 3 (the driver feels an opposition to his action).
  • the dimensioning of the elements of the control device 1, in particular the positioning and size of the magnets, is chosen so as to obtain a predetermined force / deflection characteristic.
  • the forces resistant to the movements of the handle 3 are functions of the power of the magnets A, B, C, D and / or the gap between the pairs of magnets A, B and C, D.
  • a permanent magnet E is positioned at the lower end of the support portion 33.
  • the magnetization of this magnet E is aligned according to the axis z corresponding to the longitudinal axis of the handle 3 and directed towards the outside of the control device 1 (that is to say, the support 33 to the base 21).
  • This magnet E is, in this example, of parallelepiped shape without magnetic circuit.
  • a curved plate 25 of conductive non-magnetic material of predetermined thickness On a rod 24 of the base 21 placed in the extension of the longitudinal axis z of the handle 3 is disposed a curved plate 25 of conductive non-magnetic material of predetermined thickness.
  • the conductive nonmagnetic material which is copper in this example, has a high electrical conductivity greater than 5.10 7 S.m.sup.- 1 and is capable of circulating eddy-induced currents.
  • This copper plate 25 comprises a housing (a blind hole or through) in which is placed a permanent magnet F, visible in Figure 2.
  • the fixed magnet F (which is cylindrical and without magnetic circuit) is positioned in the neutral position of the handle 3 illustrated in Figure 1, vis-à-vis the movable magnet E.
  • the magnetization of the magnet F is aligned along (coincident with) the z axis and directed in the same direction as the magnetization of the magnet E in the neutral position of the handle 3, as represented by the arrows of FIGS. 2.
  • the magnets E and F When the magnets E and F are vis-à-vis, they attract and provide the central locking of the handle 3.
  • the outer surface of the magnet F is flush with the curved surface of the plate 25 and there is a small air gap (non-zero air gap) between the magnets E and F.
  • the magnet E is placed facing the copper plate 25, and that it is offset by an angle "a" by relative to the z axis (and to the magnetization axis of the magnet F).
  • the unlocking force of the handle 3 of its rest position is a function of the power of the magnets E, F and / or their gap.
  • the magnets A, B, C, D have, in the example illustrated in the figures, a diameter of 25 mm, the magnet E of parallelepiped shape having dimensions of 20 ⁇ 10 ⁇ 5 mm and the magnet F of cylindrical shape having a diameter of 8 mm and a height of 5 mm.
  • the distance between the upper end of the handle 3 and the axis of the pivot connection 32 is equal to 180 mm.
  • the distance between the axis of the pivot connection 32 and the axis of each of the magnets A and C is equal to 35.90 mm, and the radius of curvature of the copper plate is equal to 60.25 mm. .
  • two fixed magnets G and H are arranged in the copper plate 25 on either side of the fixed magnet F.
  • the moving magnet E has a greater volume than the volume of each of magnets G, F and H.
  • the magnets E and F make it possible to ensure a stable equilibrium of the handle 3, that is to say a magnetic locking, or blasting, central to the latter.
  • the magnets G and H allow with the magnet E, when the latter moves away from the central position illustrated in FIG. 1C, to generate a so-called "break out” force, corresponding to the amplitude C2 in FIG.
  • the magnitude of this amplitude C2 is a function of the orientation of the magnetization of the magnets G and H with respect to the longitudinal axis z.
  • the magnetization of the magnets G and H is inclined 45 ° towards the magnet E (this value can be between 0 and 80 °) relative to the vertical, that is to say say the z axis.
  • the magnitude of this amplitude is also a function of the height position of the magnets G, F and H in the copper plate.
  • the magnets G, F and H are located on the edge lower opposite of the copper plate 25, and are, therefore, further away from the magnet E.
  • the magnets G, F and H may be disposed between the upper surface and the lower surface of the copper plate.
  • the space between the movable magnet E and the copper plate 25 must be as small as possible to ensure optimum damping of the handle 3.
  • FIG. 3 illustrates a curve representing, for the control device 1 described above, a measurement of the force applied on the handle 3 (the force being measured in grams) as a function of the deflection angle "a" (in degrees) or angular position of the handle 3.
  • the amplitude of angular movement of the handle 3 is equal, in this example, to a value of the order of 30 °.
  • the measurement of the effort has been implemented in a conventional manner by means of a force sensor.
  • This curve comprises three substantially linear portions Ci, C 2 and C 3 .
  • the control device 1 of the invention is configured so that when the handle 3 moves away from the neutral point, the forces increase with the displacement.
  • the central magnets E and F provide the forces of the central portion C 2
  • the side magnets A, B, C, D provide the forces of the side portions Ci and C 3 of the curve.
  • the force applied on the handle 3 is substantially linear and increases with the angular movement in both directions.
  • the effort developed is 2daN.
  • the force developed is also 2daN (but of opposite sign).
  • a 0 °
  • the angle of inclination of the part C 2 is as small as possible.
  • control device 1 has actuating characteristics of the control member (sleeve 3) at least equal to those of the devices of the prior art, and allows:
  • the movements applied to the handle 3 by a user are detected by conventional processing means, which deliver position information of the handle 3 and apply movement to a rudder.
  • the control device 1 according to the invention can be connected to another device operating on the same principle so that the handle 3 can control the aircraft in roll and pitch.
  • control device of the invention is an aeronautical stick that can be implemented in civil aircraft, business aircraft and helicopters.
  • control device of the invention can be implemented in marine or land vehicles (automotive sector), in computing, in handling or lifting applications (haptic control of robots for all sectors of activities such as the medical field, industry, nuclear, ...), in games video and simulators (computer joysticks), in the teleoperation (military especially for the piloting of drones or robots), for example.
  • the invention may also be the subject of numerous variants with respect to the single embodiment shown in the figures.
  • the dimensions and shape of the copper plate can vary.
  • the copper element has a substantially U-shaped section, the magnet E moving between the two branches of the "U".
  • the magnetization direction of the magnets E and F is identical.
  • the plate 25 may be flat rather than curved.
  • the plate may be in a material other than copper, such as gold, silver, or any other non-magnetic conducting material having a high electrical conductivity greater than 5.10 7 S. m 1 and capable of circulating eddy currents.
  • the support portion 33 carries the magnet E and the copper element 25, which has a substantially U-shaped section, carries the magnets G, F and H.
  • the support portion 33 carries two magnets E 1 , E 2 which, in the rest position of the handle, are located facing two magnets Fi, F 2, respectively carried by an element copper 25 in the shape of "U".
  • the magnetization direction of the magnets Ei and Fi is identical, as is the magnetization direction of the magnets E 2 and F 2 .
  • the support portion 33 carries two magnets Ei, E 2 and the copper element 25 carries three magnets Gi, Fi, Hi on the side of the magnet Ei and three magnets G 2 , F 2 , H 2 on the magnet side E 2 .
  • the support portion 33 carries the magnets E, E 1 and E 2
  • the copper member 25 carries the magnets F, Fi and F 2 corresponding.
  • the two magnets Ei, E 2 are located opposite two magnets Fi, F 2 respectively and the magnet E is located opposite the magnet F.
  • the support portion 33 carries three movable magnets E, Ei, E 2 and the copper element carries the stationary magnets G, Gi, G 2 ⁇ F, Fi, F 2 , H, Hi, H 2 .
  • the support portion 33 carries three movable magnets E, Ei, E 2 and the copper element 25 carries the fixed magnets G, F, Fi, F 2 ⁇ H.
  • the shape of the magnets A, B, C, D may be different from a cylindrical shape. It may be magnets which, when the handle is in abutment (that is to say, inclined at most in one direction or another), allow to obtain a constant air gap between the two magnets.
  • the magnets C and D are configured and arranged on the support plate 23 and the support portion 33 respectively so as to obtain a constant air gap in abutment (the surfaces in look magnets C and D are flat).
  • the magnets C and D are here of variable thickness.
  • the magnets A, B, C and D are magnets with variable magnetization (progressive). Such an approach makes it possible to smooth the curve of the force as a function of the deflection.
  • C and D are replaced by several magnets juxtaposed and having a progressive magnetization.

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Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif de commande (1) comprenant un organe de commande (3) présentant à une première extrémité une partie de préhension (31), et un socle (2) sur lequel ledit organe de commande (3) est monté mobile en rotation, autour d'un axe (y) de pivotement, entre une position de repos et au moins une position d'actionnement, ledit organe de commande (3) portant des premiers aimants (B, D) permanents et ledit socle (2) portant des deuxièmes aimants (A, C) permanents, lesdits premiers et deuxièmes aimants (A, B, C, D) permanents étant agencés de manière à opposer aux mouvements dudit organe de commande (3) des efforts résistants. Selon l'invention, ledit dispositif de commande (1) étant caractérisé en ce que l'organe de commande (3) présente à une deuxième extrémité au moins un troisième aimant (E), ledit socle (2) portant au moins un élément (25) en matériau amagnétique conducteur s'étendant au moins en partie le long de la zone de déplacement angulaire du troisième aimant (E).

Description

Dispositif de commande passif magnétique
1. Domaine de l'invention
L'invention se rapporte au domaine des dispositifs de commande.
L'invention concerne, en particulier, les manches de pilotage des aéronefs, mais aussi, par exemple, les dispositifs de conduite ou de pilotage de véhicules divers, et les leviers de commande d'engins ou de jeux.
2. Art antérieur
L'utilisation de dispositifs de commande comportant un organe manuel de commande est largement répandue notamment pour des applications aéronautiques, telles que les manches de pilotage d'avions ou d'hélicoptères. On observe aussi ce type de dispositif de commande dans l'automobile, l'informatique ou des applications de manutention ou de levage.
A l'heure actuelle, dans les aéronefs civils (avions, hélicoptères), les manches de pilotage sont passifs. De tels manches passifs comprennent classiquement un ensemble de ressorts et d'amortisseurs mécaniques qui permettent d'exercer des efforts de rappel sur chacun des axes de rotation du manche (appelés axe de roulis et axe de tangage) lorsque le pilote actionne le manche, et de ramener ce dernier en position neutre (ou au point milieu) lorsque le pilote le relâche (c'est-à-dire lorsque le pilote n'exerce aucun effort sur le manche).
Ainsi, la mise en œuvre d'éléments mécaniques (ressorts et amortisseurs) donne au pilote la sensation de l'effort qu'il est en train d'appliquer sur les gouvernes de l'aéronef, un tel effort étant proportionnel à la déviation du manche.
Certains manches de pilotage sont équipés d'une part d'un dispositif actif et d'autre part, à des fins de sécurité, d'un dispositif passif tels que décrit précédemment qui permettent chacun de simuler un retour d'effort sur le manche.
Un inconvénient de tels dispositifs passifs réside dans la difficulté de dimensionner les pièces mécaniques suivant le retour d'effort que l'on souhaite appliquer.
En outre, de tels dispositifs passifs peuvent présenter une dérive de la précision due à l'usure des pièces mécaniques (du fait des frottements notamment) et aux jeux mécaniques, principalement. Par ailleurs, ces éléments mécaniques sont sources de pannes et augmentent considérablement le coût, le poids et l'encombrement du dispositif de pilotage.
3. Résumé de l'invention
L'invention ne présente pas, au moins, certains des inconvénients de l'art antérieur.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un dispositif de commande comprenant un organe de commande présentant à une première extrémité une partie de préhension, et comprenant en outre un socle sur lequel ledit organe de commande est monté mobile en rotation autour d'un axe de pivotement, entre une position de repos et au moins une position d'actionnement, ledit organe de commande portant des premiers aimants permanents et ledit socle portant des deuxièmes aimants permanents, lesdits premiers et deuxièmes aimants permanents étant agencés de manière à opposer aux mouvements dudit organe de commande des efforts résistants.
Selon l'invention, l'organe de commande présente à une deuxième extrémité au moins un troisième aimant, ledit socle portant au moins un élément en matériau amagnétique conducteur s'étendant au moins en partie le long de la zone de déplacement angulaire du troisième aimant.
L'invention propose ainsi un dispositif de commande passif, tel un dispositif de pilotage d'aéronef mettant en œuvre un manche de pilotage, qui est équipé d'un système magnétique plus compact que les solutions de l'art antérieur (ressorts et amortisseurs), aussi fiable et moins onéreux.
Le dispositif de commande de l'invention est basé sur le principe d'attraction et répulsion magnétique d'aimants permanents de manière à opposer aux mouvements du manche des efforts résistants, conformément à une loi d'effort prédéterminée.
Ceci permet un comportement dynamique du manche de pilotage créant un rappel au neutre et une sensation d'effort résistant quand le pilote agit sur le manche de pilotage (c'est-à-dire quand il applique une force sur le manche).
Le dispositif de commande de l'invention met, par ailleurs, en œuvre au moins un troisième aimant apte à coopérer avec un élément en matériau amagnétique conducteur (en cuivre, par exemple), ce dernier possédant une conductivité électrique élevée supérieure à 5.107 S. m 1 et étant susceptible de faire circuler des courants induits de Foucault, de façon à freiner le retour de l'organe de commande, qui porte le troisième aimant, d'une position actionnée à la position de repos (lorsque l'utilisateur relâche l'organe de commande), et de façon à éviter les phénomènes de rebond de l'organe de commande autour de sa position de repos.
Cet effet de freinage et d'amortissement passif est obtenu en l'occurrence par la création de courants induits de Foucault dans l'élément amagnétique conducteur (en cuivre, par exemple) qui coopère avec le troisième aimant.
En d'autres termes, une telle approche permet d'assurer un amortissement du retour en position neutre/centrale de l'organe de commande (manche).
Le dispositif à ressort magnétique de l'invention donne ainsi au pilote la sensation de l'effort qu'il est en train d'appliquer sur les gouvernes de l'aéronef.
Un tel dispositif peut être mis en œuvre seul, ou en complément d'un système actif, tel un système à base d'actionneurs électromagnétiques. En cas de perte du système actif, due par exemple à une coupure de courant, le dispositif passif magnétique de l'invention permet d'assurer la redondance.
Selon une caractéristique particulière, ledit socle porte au moins un quatrième aimant situé sensiblement en regard dudit troisième aimant en position de repos dudit organe de commande.
La force magnétique d'attraction entre les troisième et quatrième aimants assure le verrouillage de l'organe de commande en position neutre.
Selon une caractéristique particulière, le quatrième aimant est logé au moins en partie dans ledit élément en matériau amagnétique conducteur (qui est en cuivre, par exemple).
Selon une caractéristique particulière, les troisième et quatrième aimants, et ledit élément en matériau amagnétique conducteur sont disposés dans le plan de rotation dudit organe de commande.
Selon une caractéristique particulière, les premiers et deuxièmes aimants permanents sont disposés dans le plan de rotation dudit organe de commande.
Le dispositif de commande selon l'invention est exempt de ressort de rappel et d'amortisseur, et présente un nombre réduit de pièces. La mise en œuvre d'aimants est avantageuse en ce sens qu'ils ne se démagnétisent pas ou peu, sous certaines limites toutefois, à savoir s'ils opèrent sous la température de désaimantation d'un aimant, qui est de l'ordre de 100 à 150°C suivant sa qualité. Or, la température extérieure, c'est-à-dire celle du cockpit, ne dépasse généralement pas 70°C. Par ailleurs, la mise en œuvre d'aimants permet de réduire les frottements mécaniques et l'usure. De ce fait, les mouvements du manche sont reproductibles sans évolution de la caractéristique effort/débattement angulaire.
Selon une caractéristique particulière, le dispositif de commande comprend une paire de premiers aimants permanents montés symétriques par rapport à l'axe longitudinal dudit organe de commande en position de repos et une paire de deuxièmes aimants permanents montés symétriques par rapport à l'axe longitudinal dudit organe de commande en position de repos.
Selon une caractéristique particulière, chaque premier aimant permanent est disposé au voisinage d'un deuxième aimant permanent correspondant, l'aimantation axiale d'un premier aimant étant inversée par rapport à l'aimantation axiale du deuxième aimant correspondant.
Selon une caractéristique particulière, l'entrefer entre un desdits premiers aimants et ledit deuxième aimant correspondant est inférieur dans une position d'actionnement dudit organe de commande à l'entrefer entre ces mêmes aimants dans la position de repos dudit organe de commande.
Selon une caractéristique particulière, dans la position de repos dudit organe de commande, les surfaces en regard d'un desdits premiers aimants et dudit deuxième aimant correspondant forment un angle compris entre 0 et 90°, de préférence entre 5° et 45°, et encore de préférence entre 10 et 20°.
Selon une caractéristique particulière, les premiers et deuxièmes aimants permanents sont chacun logés dans une enveloppe de canalisation du flux magnétique.
Les aimants sont habillés d'une enveloppe métallique à base de matériau ferromagnétique, de façon à ce que leur champ magnétique soit canalisé.
Selon une caractéristique particulière, l'aimantation axiale dudit troisième aimant est de même sens que l'aimantation axiale dudit quatrième aimant en position de repos dudit organe de commande. Ainsi, l'organe de commande est verrouillé en position de repos du fait que le sens d'aimantation du troisième aimant porté par l'organe de commande soit identique au sens d'aimantation du quatrième aimant porté par le socle.
Selon une caractéristique particulière, ledit troisième aimant et le quatrième aimant sont disposés le long de l'axe longitudinal dudit organe de commande en position de repos.
Selon une caractéristique particulière, ledit élément en matériau amagnétique conducteur présente une section en U.
Selon une caractéristique particulière, ledit élément en matériau amagnétique conducteur porte plusieurs aimants aptes à coopérer avec ledit troisième aimant.
Selon une caractéristique particulière, l'organe de commande présente à une deuxième extrémité un cinquième aimant et un sixième aimant aptes à coopérer avec au moins un aimant correspondant porté par ledit élément en matériau amagnétique conducteur.
Selon une caractéristique particulière, ledit organe de commande comprend une portion en matériau ferromagnétique disposée entre les premiers aimants.
L'invention concerne par ailleurs un aéronef comprenant au moins un organe de commande relié à au moins une gouverne de l'aéronef pour commander la position de ladite gouverne, et comprenant au moins un dispositif de commande tel que décrit précédemment pour la commande d'au moins une gouverne de l'aéronef.
L'invention propose ainsi un dispositif de commande qui présente une grande précision, une grande sensibilité, et est compatible avec son utilisation à bord de toutes sortes de véhicules, y compris les aéronefs tels que les avions ou les hélicoptères.
Le dispositif de commande est de surcroit grandement simplifié, plus léger, de moindre encombrement, de moindre coût, tout en étant fiable et parfaitement ergonomique.
4. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de la technique décrite apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1A est une vue en perspective du dispositif de commande selon un premier mode de réalisation de l'invention, lorsque l'organe de commande est en position de repos, ou neutre ;
la figure 1B est une vue de côté du dispositif de commande de la figure 1A ;
la figure 1C est une vue partielle du dispositif de commande selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, lorsque l'organe de commande est en position de repos, ou neutre ;
la figure 1D est une vue schématique d'un agencement particulier d'une partie des aimants mis en œuvre dans un dispositif de commande conforme à l'invention ; la figure 2 est une vue en perspective du dispositif des figures 1A et 1B lorsque l'organe de commande est en position inclinée d'actionnement ;
la figure 3 illustre une courbe représentant, pour le dispositif de commande des figures précédentes, une mesure de l'effort appliqué sur l'organe de commande (l'effort étant mesuré en grammes) en fonction de l'angle de débattement (en degrés) ou position angulaire de l'organe de commande ;
les figures 4A et 4B illustrent, de façon schématique, des variantes de réalisation du dispositif de verrouillage en position neutre de l'organe de commande ;
les figures 4C et 4D illustrent, de façon schématique, une autre variante de réalisation du dispositif de verrouillage en position neutre de l'organe de commande ;
les figures 4E et 4F illustrent encore, de façon schématique, une autre variante de réalisation du dispositif de verrouillage en position neutre de l'organe de commande ;
la figure 5 illustre, de façon schématique, d'autres types d'aimants pouvant être mis en œuvre dans le dispositif de commande de l'invention.
5. Description
5.1. Principe
Le principe général de la présente technique est de fournir un dispositif de commande passif à retour d'effort qui permet : de supprimer, ou à tout le moins de minimiser les pannes, les jeux mécaniques, et les dérives de la précision due à l'usure des pièces mécaniques ;
de limiter le nombre de pièces en mouvement, et
- de diminuer considérablement les coûts, le poids et l'encombrement de tels dispositifs.
Le dispositif de commande de l'invention ne met pas en œuvre de ressorts mécaniques, mais des aimants permanents. I l s'agit donc d'un dispositif de commande magnétique, et plus précisément d'un dispositif à ressort magnétique à point milieu.
Les aimants permettent la création d'efforts résistants lorsque l'utilisateur déplace l'organe de commande de son point milieu, et sont configurés pour permettre des efforts quasi linéaires, c'est-à-dire des efforts dont l'intensité est proportionnelle à la position angulaire de l'organe de commande selon l'axe de rotation considéré.
L'invention trouve une application privilégiée pour les manches de pilotage des aéronefs.
A ce titre, le manche à retour passif peut être mis en œuvre seul ou en complément d'un manche à retour actif (il assure ainsi la redondance en cas de coupure de courant).
Un tel manche est relativement simple à fabriquer, facile à intégrer, robuste (il est configuré pour supporter un couple correspondant à un effort appliqué sur le manche d'un poids équivalent à 80 kg, par exemple), précis, et relativement léger.
Il offre, par ailleurs, une précision et un ressenti améliorés à l'utilisation.
L'invention n'est toutefois pas limitée à cet exemple de réalisation. Il peut s'agir des organes de conduite de véhicules divers, des leviers de commande d'engins ou de manettes de jeux, par exemple.
Il est à noter que l'organe de commande du dispositif de commande de l'invention est mobile suivant au moins un degré de liberté, en pivotement sur un axe de rotation. Ce déplacement peut se combiner avec d'autres déplacements selon d'autres axes, agissant sur d'autres commandes.
5.2. Description d'un mode de réalisation Les figures 1A et 1B sont des vues en perspective et de côté respectivement du dispositif de commande selon un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif de commande de l'invention est décrit par la suite dans le cadre d'une application aéronautique, où il est utilisé comme dispositif de pilotage d'un aéronef.
Bien que ceci ne soit pas illustré sur les figures, un tel dispositif de commande est relié par des moyens de transmission mécaniques, et/ou hydrauliques, et/ou électriques, et/ou pneumatiques à au moins une gouverne de l'aéronef.
Le dispositif de commande 1 comprend un bâti 2 (qui peut être fermé de façon étanche par le biais de parois latérales, non représentées sur les figures) comprenant, dans cet exemple, un socle 21 qui est relié par quatre montants 22 à une plaque de support 23.
Une partie mobile, sous la forme d'un levier, ou manche, 3, est montée pivotante autour d'un axe de rotation y sur la plaque de support 23, par le biais d'une liaison pivot 32 montée sur la partie inférieure de la plaque de support 23. On appellera par la suite axe z l'axe longitudinal du manche 3 lorsque ce dernier est dans sa position de repos, ou position neutre. Cet axe z est perpendiculaire au plan x, y.
Une première extrémité du manche 3 comprend une partie préhensible, en l'occurrence une poignée 31, destinée à être manipulée par un utilisateur (le pilote de l'aéronef).
Une ouverture 231 ménagée dans la plaque de support 23 permet le passage de l'intérieur vers l'extérieur du manche 3, la forme de l'ouverture 231 étant adaptée pour permettre le pivotement ou l'inclinaison du manche 3 dans le plan xz, autour de l'axe de rotation y, dans les deux directions représentées par des flèches, permettant à l'utilisateur de faire varier le tangage ou le roulis (axe de roulis « roll » ou tangage « pitch »).
Il est entendu qu'on s'intéresse ici à la rotation autour d'un seul axe y. Le manche 3 peut aussi pivoter autour d'un second axe orthogonal à l'axe y grâce à une seconde articulation non représentée. Dans ce cas, le dispositif de commande présente deux axes de sortie, l'un de ces axes correspondant au roulis, tandis que l'autre correspond au tangage. A l'autre extrémité du manche 3 est disposée une partie de support 33 de forme sensiblement triangulaire et symétrique (des évidements de forme circulaire et semi- circulaire sont ménagés dans le corps de la partie de support 33 dans l'exemple illustré).
Manche en position neutre/de repos
Le manche 3 comprend des moyens de rappel, tendant à ramener le manche 3 dans une position centrale, ou position neutre, illustrée sur les figures 1A et 1B, lorsque aucun effort n'est appliqué sur celui-ci.
Pour ce faire, différents aimants A, B, C, D, E, F sont mis en œuvre dans le dispositif de commande 1, différentes flèches indiquant le sens d'aimantation de ces aimants.
Les deux surfaces inclinées de la partie de support 33 portent chacune un aimant permanent B et D respectivement, qui génèrent chacun un champ magnétique.
Les aimants B et D sont, de préférence, identiques et disposés symétriquement de part et d'autre de l'axe z.
Les aimants B et D sont, dans cet exemple, de forme annulaire (épaisseur constante) et leur aimantation respective est dirigée de la partie de support 33 vers l'extérieur du dispositif de commande 1 comme indiqué par les flèches de la figure 1B (c'est-à-dire perpendiculairement à leur section circulaire).
Les aimants B et D étant montés sur la partie de support 33 du levier 3, ils sont donc mobiles par rapport au bâti 2, et notamment par rapport à la plaque de support 23.
Sur la surface inférieure de cette dernière, de chaque côté de la liaison pivot 32 et au voisinage des aimants B et D, sont disposés des aimants permanents A et C respectivement.
Les aimants A et C sont, dans cet exemple, de forme annulaire (épaisseur constante) et fixes. Ils sont, de préférence, identiques et disposés symétriquement de part et d'autre de l'axe z.
L'aimantation des aimants fixes A et C est dirigée vers la partie de support 33 (c'est-à-dire vers l'intérieur du dispositif de commande 1) comme indiqué par les flèches de la figure 1B, et est donc opposée à l'aimantation des aimants mobiles B et D respectivement. Dans ce mode de réalisation, les quatre aimants A, B, C, D sont chacun de forme cylindrique (ils se présentent sous la forme d'une plaque circulaire) et sont encapsulés dans un circuit magnétique, tel une enveloppe métallique à base de matériau ferromagnétique, destiné à canaliser le flux magnétique et à améliorer le couplage magnétique entre les aimants fixes A, C et mobiles B, D respectivement.
On note qu'en position neutre du manche 3 (manche au centre) illustrée sur les figures 1A et 1B, les aimants mobiles B et D ne sont pas exactement en vis-à-vis (ou en regard) des aimants fixes A et C respectivement. L'entrefer entre chaque paire d'aimants n'est donc pas constant. Toutefois, leurs champs magnétiques se chevauchent.
A titre d'exemple, sur les figures 1A et 1B, les surfaces extérieures (qui sont planes et circulaires) en regard des aimants A et B sont séparées d'un angle de 15° en position neutre du manche 3. Il en est de même pour les aimants C et D. De ce fait, le débattement angulaire du manche 3 est de l'ordre de 30°.
Dans une variante de réalisation, illustrée sur la vue partielle de la figure 1C, l'aimantation des aimants B et D est sensiblement dans le même sens (c'est-à-dire de la gauche vers la droite). De ce fait, l'aimantation des aimants A et C est orientée dans le sens contraire (c'est-à-dire de la droite vers la gauche).
Dans une autre variante de réalisation, non illustrée, l'aimantation des aimants B et D est sensiblement dans le même sens, de la droite vers la gauche. L'aimantation des aimants A et C est orientée dans le sens contraire, de la gauche vers la droite.
Sur la figure 1C, plutôt que d'encapsuler les aimants, la partie de support 33 est réalisée dans un matériau amagnétique, mais présente une portion 331 incurvée en matériau ferromagnétique, qui est située entre les aimants B et D, destinée à canaliser les lignes de champ.
Les aimants A et C sont portés par des éléments de support 26 en matériau amagnétique.
Manche en position inclinée/actionnée
La figure 2 illustre le dispositif des figures 1A et 1B lorsque une force est appliquée sur le manche 3, ce dernier étant en position inclinée par rapport à l'axe z, l'angle d'inclinaison étant noté « a ». Les aimants A et B sont ici en contact et en vis-à-vis (l'entrefer est nul), l'inclinaison du manche 3 étant de ce fait maximale. La distance séparant les aimants C et D est supérieure à celle dans la position de repos du manche 3.
Il ressort de la structure précédemment décrite que le dispositif de commande 1 permet d'opposer aux mouvements du manche 3 des efforts de nature magnétique.
Le pilote, en déplaçant le manche 3 de sa position neutre, déplace les aimants mobiles B et D. Un pivotement du manche 3 réduit la distance entre les aimants A et B d'un côté, et augmente bien évidemment la distance entre les aimants C et D de l'autre côté (et inversement).
Lorsqu'un aimant mobile B ou D s'approche de l'aimant fixe A ou C respectivement (ceci est le cas lorsque le pilote incline le manche 3 dans un sens ou dans l'autre), l'aimant mobile B ou D subit une force de répulsion qui croît au fur et à mesure que l'entrefer diminue avec l'aimant fixe A ou C correspondant (c'est-à-dire au fur et à mesure que les aimants A ou C et B ou D se rapprochent).
En d'autres termes, dans le cas de figure illustré sur la figure 2, l'aimant fixe A exerce une force de répulsion sur l'aimant mobile B (et donc sur le manche 3) qui tend à s'opposer à la force manuelle exercée sur le manche 3 (le pilote ressent de ce fait une opposition à son action).
On note que le dimensionnement des éléments du dispositif de commande 1, notamment le positionnement et la taille des aimants, est choisi de façon à obtenir une caractéristique effort/débattement prédéterminée.
On note, par ailleurs, que les efforts résistants aux mouvements du manche 3 sont fonctions de la puissance des aimants A, B, C, D et/ou de l'entrefer entre les paires d'aimants A, B et C, D.
Verrouillage central du manche et amortissement du retour en position neutre
Pour assurer le verrouillage central du manche 3, un aimant E permanent est positionné à l'extrémité inférieure de la partie de support 33. Dans la position neutre du manche 3 des figures 1A et 1B, l'aimantation de cet aimant E est alignée selon l'axe z correspondant à l'axe longitudinal du manche 3 et dirigée vers l'extérieur du dispositif de commande 1 (c'est-à-dire du support 33 vers le socle 21). Cet aimant E est, dans cet exemple, de forme parallélépipédique sans circuit magnétique.
Sur une tige 24 du socle 21 placée dans le prolongement de l'axe longitudinal z du manche 3 est disposée une plaque 25 incurvée en matériau amagnétique conducteur d'épaisseur prédéterminée. Le matériau amagnétique conducteur, qui est du cuivre dans cet exemple, possède une conductivité électrique élevée supérieure à 5.107 S. m 1 et est susceptible de faire circuler des courants induits de Foucault.
Cette plaque 25 en cuivre comprend un logement (un trou borgne ou traversant) dans lequel est placé un aimant F permanent, visible sur la figure 2.
L'aimant F fixe (qui est cylindrique et sans circuit magnétique) est positionné, dans la position neutre du manche 3 illustrée sur la figure 1, en vis-à-vis de l'aimant mobile E.
L'aimantation de l'aimant F est alignée selon (confondu avec) l'axe z et dirigée dans le même sens que l'aimantation de l'aimant E en position neutre du manche 3, comme représenté par les flèches des figures 1B et 2.
Ainsi, dans la position neutre du manche 3, les deux aimants E et F s'attirent, créant ainsi un verrouillage magnétique du manche 3 en position centrale (appelé "billage central" également). Il est nécessaire d'appliquer un effort dit de « breakout » sur le manche 3 pour déverrouiller le manche 3 de sa position centrale.
Par ailleurs, lorsqu'à partir de la position inclinée du manche 3 illustrée sur la figure 2, le pilote relâche le manche 3, le retour à la position centrale/neutre est amorti par la coopération de l'aimant mobile E et de la plaque 25 en cuivre. En effet, lorsque l'aimant mobile E se déplace face à (ou devant) la plaque 25 en cuivre, il génère des courants induits de Foucault dans la plaque 25 en cuivre dont le champ est dirigé de façon à s'opposer au mouvement qui leur a donné naissance. L'interaction entre ces courants induits et le champ de l'aimant mobile E freinent (le mouvement de) l'aimant mobile E, et freinent donc le manche 3 portant l'aimant E, créant ainsi un amortissement passif.
Cette approche permet donc d'éviter les phénomènes de rebond du manche 3 autour de sa position centrale.
Lorsque les aimants E et F sont en vis-à-vis, ils s'attirent et assurent le verrouillage central du manche 3. Dans cet exemple, la surface extérieure de l'aimant F est affleurante avec la surface incurvée de la plaque 25 et il est prévu un faible espace d'air (entrefer non nul) entre les aimants E et F.
On note, en outre, que dans la position inclinée maximale du manche 3 illustrée sur la figure 2, l'aimant E est placé en regard de la plaque 25 de cuivre, et qu'il est décalé d'un angle « a » par rapport à l'axe z (et à l'axe d'aimantation de l'aimant F).
On note, par ailleurs, que la force de déverrouillage du manche 3 de sa position de repos est fonction de la puissance des aimants E, F et/ou de leur entrefer.
Les aimants A, B, C, D présentent, dans l'exemple illustré sur les figures, un diamètre de 25mm, l'aimant E de forme parallélépipédique présentant des dimensions de 20x10x5 mm et l'aimant F de forme cylindrique présentant un diamètre de 8 mm et une hauteur de 5 mm. La distance entre l'extrémité supérieure du manche 3 et l'axe de la liaison pivot 32, est égale à 180 mm. Par ailleurs, la distance entre l'axe de la liaison pivot 32 et l'axe de chacun des aimants A et C est égale à 35,90mm, et le rayon de courbure de la plaque 25 de cuivre est égal à 60,25 mm.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1C, deux aimants fixes G et H sont disposés dans la plaque 25 en cuivre de part et d'autre de l'aimant fixe F. L'aimant mobile E présente un volume plus important que le volume de chacun des aimants G, F et H.
Les aimants E et F permettent d'assurer un équilibre stable du manche 3, c'est-à- dire un verrouillage magnétique, ou billage, central de ce dernier.
Les aimants G et H permettent avec l'aimant E, lorsque ce dernier s'éloigne de la position centrale illustrée sur la figure 1C, de générer un effort dit de "break out", correspondant à l'amplitude C2 sur la figure 3.
La grandeur de cette amplitude C2 est fonction de l'orientation de l'aimantation des aimants G et H par rapport à l'axe longitudinal z. Dans l'exemple de la figure 1C, l'aimantation des aimants G et H est inclinée de 45° vers l'aimant E (cette valeur peut être comprise entre 0 et 80°) par rapport à la verticale, c'est-à-dire l'axe z.
La grandeur de cette amplitude est fonction, en outre, de la position en hauteur des aimants G, F et H dans la plaque 25 en cuivre. Sur la vue schématique partielle de la figure 1D du manche en positon de repos, les aimants G, F et H sont situés sur le bord opposé inférieur de la plaque 25 en cuivre, et sont, par conséquent, plus éloignés de l'aimant E.
Bien évidemment, les aimants G, F et H peuvent être disposés entre la surface supérieure et la surface inférieure de la plaque 25 en cuivre.
II est donc possible de choisir une valeur d'amplitude C2 en jouant sur l'orientation de l'aimantation des aimants G et H par rapport à l'axe longitudinal et/ou la position en hauteur des aimants G, F et H dans la plaque 25 en cuivre.
Il est à noter que l'espace entre l'aimant mobile E et la plaque 25 de cuivre doit être le plus faible possible pour assurer un amortissement optimal du manche 3.
Caractéristique effort-débattement
La figure 3 illustre une courbe représentant, pour le dispositif de commande 1 décrit précédemment, une mesure de l'effort appliqué sur le manche 3 (l'effort étant mesuré en grammes) en fonction de l'angle de débattement « a » (en degrés) ou position angulaire du manche 3. L'amplitude de débattement angulaire du manche 3 est égale, dans cet exemple, à une valeur de l'ordre de 30°. La mesure de l'effort a été mise en œuvre de façon classique par le biais d'un capteur de force.
Cette courbe comprend trois parties Ci, C2, C3 sensiblement linéaires.
Le dispositif de commande 1 de l'invention est configuré de sorte que lorsque le manche 3 s'éloigne du point neutre, les efforts augmentent avec le débattement.
Les aimants centraux E et F assurent les efforts de la partie centrale C2, et les aimants latéraux A, B, C, D assurent les efforts des parties latérales Ci et C3 de la courbe.
On note que l'effort appliqué sur le manche 3 est sensiblement linéaire et croissant avec le débattement angulaire, dans les deux sens.
Pour un angle a égal à 15°, par exemple, l'effort développé est de 2daN. Pour un angle a égal à -15°, l'effort développé est également de 2daN (mais de signe opposé).
Un effort de "break-out" de + ou - 0.2 daN est fourni au point milieu (a = 0°) pour assurer un verrouillage central du manche 3. En d'autres termes, à partir de son point milieu, il est nécessaire de fournir un effort supérieur à 0.2 daN pour incliner le manche 3 (l'utilisateur ressent ainsi une résistance au déplacement à partir du point milieu). Bien évidemment, on peut tolérer une inclinaison de la partie rectiligne centrale C2, mais il est préférable que l'angle d'inclinaison de la partie C2 soit le plus réduit possible.
On comprend, par ailleurs, qu'il est possible d'obtenir d'autres valeurs d'effort en fonction de l'angle de débattement du manche et d'autres valeurs de l'effort de break- out (0.4 daN par exemple) en modifiant l'aimantation des aimants.
En résumé, le dispositif de commande 1 présente des caractéristiques d'actionnement de l'organe de commande (manche 3) au moins égales à celles des dispositifs de l'art antérieur, et permet de :
- conserver une sensation d'effort du manche en cas de coupure du courant ; avoir un système plus compact que les systèmes passifs mettant en œuvre des ressorts/amortisseurs ;
avoir une compatibilité avec un système actif intégré dans le manche ; avoir un effort proportionnel à la déviation (effort/débattement) ; - avoir un retour amorti au point milieu ;
avoir un verrouillage du point neutre (« break-out »).
Autres aspects et variantes
Bien que ceci ne soit pas représenté sur les figures, les mouvements appliqués au manche 3 par un utilisateur sont détectés par des moyens de traitement classiques, qui délivrent une information de position du manche 3 et appliquent un mouvement à une gouverne.
Le dispositif de commande 1 selon l'invention peut être relié à un autre dispositif fonctionnant sur le même principe de façon à ce que le manche 3 puisse commander l'aéronef en roulis et en tangage.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le dispositif de commande de l'invention est un manche aéronautique qui peut être mis en œuvre dans les avions civils, les avions d'affaires et les hélicoptères.
Plus généralement, le dispositif de commande de l'invention peut être mis en œuvre dans les véhicules marins ou terrestres (secteur automobile), dans l'informatique, dans les applications de manutention ou de levage (pilotage haptique de robots pour tous secteurs d'activités comme le domaine médical, l'industrie, le nucléaire,...), dans les jeux vidéo et simulateurs (joysticks informatiques), dans la téléopération (militaire notamment pour le pilotage de drones ou de robots), par exemple.
L'invention peut également faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation par rapport au seul mode de réalisation représenté sur les figures.
Les dimensions et la forme de la plaque 25 en cuivre peuvent varier.
On note à ce titre que plus l'élément en cuivre est épais (et conducteur), plus l'effet de freinage est important. De la même façon, plus l'aimantation de l'aimant E est forte, plus l'effet de freinage est important. Dans ce dernier cas, l'effort de « break-out » se trouve augmenté, et la caractéristique effort déplacement pour les faibles déviations du manche est déformée.
Dans une variante de réalisation illustrée sur la figure 4A, l'élément en cuivre présente une section sensiblement en « U », l'aimant E se déplaçant entre les deux branches du « U ». Le sens d'aimantation des aimants E et F est identique.
Par ailleurs, la plaque 25 peut être plane plutôt qu'incurvée.
La plaque peut être dans un autre matériau que le cuivre, tel qu'en or, en argent, ou tout autre matériau amagnétique conducteur possédant une conductivité électrique élevée supérieure à 5.107 S. m 1 et susceptible de faire circuler des courants de Foucault.
Dans une variante de réalisation illustrée sur les figures 4C et 4D, la partie de support 33 porte l'aimant E et l'élément 25 en cuivre, qui présente une section sensiblement en « U », porte les aimants G, F et H.
Dans une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 4B, la partie de support 33 porte deux aimants Ei, E2 qui, en position de repos du manche, sont situés en regard de deux aimants Fi, F2 respectivement portés par un élément en cuivre 25 en forme de « U ». Le sens d'aimantation des aimants Ei et Fi est identique, de même que le sens d'aimantation des aimants E2 et F2.
Une telle solution permet un amortissement optimisé.
Dans une variante de réalisation illustrée sur les figures 4E et 4F, la partie de support 33 porte deux aimants Ei, E2 et l'élément en cuivre 25 porte trois aimants Gi, Fi, Hi du côté de l'aimant Ei et trois aimants G2, F2, H2 du côté de l'aimant E2. Dans un mode de réalisation particulier, qui est une combinaison des modes de réalisation des figures 4A et 4B, la partie de support 33 porte les aimants E, Ei et E2, et l'élément en cuivre 25 porte les aimants F, Fi et F2 correspondants.
Ainsi, en position de repos du manche, les deux aimants Ei, E2 sont situés en regard de deux aimants Fi, F2 respectivement et l'aimant E est situé en regard de l'aimant F.
Dans un autre mode de réalisation particulier, qui est une combinaison des modes de réalisation des figures 4C et 4E, la partie de support 33 porte trois aimants E, Ei, E2 mobiles et l'élément en cuivre 25 porte les aimants fixes G, Gi, G2< F, Fi, F2, H, Hi, H2.
Encore dans un autre mode de réalisation particulier, la partie de support 33 porte trois aimants E, Ei, E2 mobiles et l'élément en cuivre 25 porte les aimants fixes G, F, Fi, F2 < H.
Par ailleurs, la forme des aimants A, B, C, D peut être différente d'une forme cylindrique. I l peut s'agir d'aimants qui, lorsque le manche est en butée (c'est-à-dire incliné au maximum dans une direction ou une autre), permettent d'obtenir un entrefer constant entre les deux aimants.
Par exemple, comme illustré sur le mode de réalisation de la figure 5, les aimants C et D sont configurés et disposés sur la plaque de support 23 et la partie de support 33 respectivement de façon à obtenir un entrefer constant en butée (les surfaces en regard des aimants C et D sont planes).
Les aimants C et D sont ici d'épaisseur variable.
Dans un autre mode de réalisation non illustré, les aimants A, B, C et D sont des aimants à aimantation variable (progressive). Une telle approche permet de lisser la courbe de l'effort en fonction du débattement.
Dans un autre mode de réalisation, et pour le même objectif, chaque aimant A, B,
C et D est remplacé par plusieurs aimants juxtaposés et présentant une aimantation progressive.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif de commande (1) comprenant un organe de commande (3) présentant à une première extrémité une partie de préhension (31), et un socle (2) sur lequel ledit organe de commande (3) est monté mobile en rotation, autour d'un axe (y) de pivotement, entre une position de repos et au moins une position d'actionnement,
ledit organe de commande (3) portant des premiers aimants (B, D) permanents et ledit socle (2) portant des deuxièmes aimants (A, C) permanents, lesdits premiers et deuxièmes aimants (A, B, C, D) permanents étant agencés de manière à opposer aux mouvements dudit organe de commande (3) des efforts résistants,
ledit dispositif de commande (1) étant caractérisé en ce que l'organe de commande (3) présente à une deuxième extrémité au moins un troisième aimant (E), ledit socle (2) portant au moins un élément (25) en matériau amagnétique conducteur s'étendant au moins en partie le long de la zone de déplacement angulaire du troisième aimant (E).
Dispositif de commande (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit socle (2) porte au moins un quatrième aimant (F) situé sensiblement en regard dudit troisième aimant (E) en position de repos dudit organe de commande (3). Dispositif de commande (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le quatrième aimant (F) est logé au moins en partie dans ledit élément (25) en matériau amagnétique conducteur.
Dispositif de commande (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les troisième et quatrième aimants (E, F), et ledit élément (25) en matériau amagnétique conducteur sont disposés dans le plan de rotation dudit organe de commande (3).
Dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premiers et deuxièmes aimants (A, B, C, D) permanents sont disposés dans le plan de rotation dudit organe de commande (3).
Dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de premiers aimants (B, D) permanents montés symétriques par rapport à l'axe longitudinal (z) dudit organe de commande (3) en position de repos et une paire de deuxièmes aimants (A, C) permanents montés symétriques par rapport à l'axe longitudinal (z) dudit organe de commande (3) en position de repos.
Dispositif de commande (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque premier aimant (B, D) permanent est disposé au voisinage d'un deuxième aimant (A, C) permanent correspondant, l'aimantation axiale d'un premier aimant (B, D) étant inversée par rapport à l'aimantation axiale du deuxième aimant (A, C) correspondant.
Dispositif de commande (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'entrefer entre un desdits premiers aimants (D) et ledit deuxième aimant correspondant (C) est inférieur dans une position d'actionnement dudit organe de commande (3) à l'entrefer entre ces mêmes aimants (C, D) dans la position de repos dudit organe de commande (3).
Dispositif de commande (1) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que dans la position de repos dudit organe de commande (3), les surfaces en regard d'un desdits premiers aimants (B, D) et dudit deuxième aimant (A, C) correspondant forment un angle compris entre 0 et 90°.
Dispositif de commande (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les surfaces en regard d'un desdits premiers aimants (B, D) et dudit deuxième aimant (A, C) correspondant forment un angle compris entre 5°et 45°.
Dispositif de commande (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les surfaces en regard d'un desdits premiers aimants (B, D) et dudit deuxième aimant (A, C) correspondant forment un angle compris 10° et 20°.
Dispositif de commande (1) selon l'une des revendication 1 à 11, caractérisé en ce que les premiers et deuxièmes aimants (A, B, C, D) sont chacun logés dans une enveloppe de canalisation du flux magnétique.
Dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que l'aimantation axiale dudit troisième aimant (E) est de même sens que l'aimantation axiale dudit quatrième aimant (F) en position de repos dudit organe de commande (3). Dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que ledit troisième aimant (E) et le quatrième aimant ( F) sont disposés le long de l'axe longitudinal (z) dudit organe de commande (3) en position de repos.
Dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit élément (25) en matériau amagnétique conducteur présente une section en U.
Dispositif de commande (1) selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit élément (25) en matériau amagnétique conducteur porte plusieurs aimants (G, F, H) aptes à coopérer avec ledit troisième aimant (E).
Dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'organe de commande (3) présente à une deuxième extrémité un cinquième aimant (Ei) et un sixième aimant (E2) aptes à coopérer avec au moins un aimant (Fi, F2) correspondant porté par ledit élément (25) en matériau amagnétique conducteur.
Dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que ledit organe de commande (3) comprend une portion (331) en matériau ferromagnétique disposée entre les premiers aimants (B, D).
Dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que l'organe de commande (3) est un manche de pilotage d'aéronef.
Aéronef comprenant au moins un organe de commande relié à au moins une gouverne de l'aéronef pour commander la position de ladite gouverne, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 19 pour la commande d'au moins une gouverne de l'aéronef.
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