La généralisation de l’électricité en tant que source d’énergie primaire dans les systèmes embarqués à haute performance soulève de nombreuses questions scientifiques et verrous technologiques associés.
Ces questions touchent notamment à la miniaturisation des systèmes électroactifs (prothèses médicales…), à la nécessité d’intégrer dans un volume réduit différentes fonctions de générateurs, moteurs, actionneurs, capteurs et dispositifs de contrôle-commande associés (interface homme-machine optimisées), ou encore à l’intégration de plus en plus poussée de composants mécaniques et électromagnétiques au sein de dispositifs de transformation électromécanique de l’énergie à haut rendement et grande compacité (actionneurs de commande de vol pour l’avion « plus électrique »).
Il s’agit en outre le plus souvent de satisfaire à des contraintes sévères en termes d’environnement, de fiabilité, de sécurité de fonctionnement tout en favorisant une équation économique propice à l’industrialisation future de ce ces produits innovants.
Face à cette problématique, NOVATEM a identifié 3 sous-thèmes de recherche complémentaires visant à :
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L’intégration multifonctionnelle de composants mécaniques et électromécaniques au sein d’un objet optimisé en termes de rapport force/masse ou puissance/masse :
Il s’agit plus particulièrement de démontrer la faisabilité d’objets électromécaniques combinant au sein d’un même volume des fonctions de moteurs, de réducteurs et de freins fortement intégrées, capables d’assurer pour une masse réduite des fonctions électromécaniques relativement évoluées. Ces fonctions sont assurées jusqu’à présent par des dispositifs indépendants accouplés les uns aux autres ; Le domaine d’application essentiellement concerné a trait aux actionneurs pour l’aéronautique, dans le cadre des recherches menées autour de « l’avion plus électrique ».
Par exemple, les activités réalisées sur ce sous-thème concerne plus particulièrement :
– les études de faisabilité et le prototypage d’un ensemble muti-fonctionnel relativement complexe intégrant, au sein d’un même volume, un moteur à double bobinage, deux ensembles de freins électromagnétiques, un ensemble de capteurs électromagnétiques de pilotage et de surveillance des différentes fonctions ; ce démonstrateur constitue la première étape de validation d’un nouveau concept d’actionnement de plan horizontal réglable pour les futures générations d’avion de la gamme AIRBUS (GENOME) ;
– l’analyse thermo-mécanique des contraintes d’intégration au sein d’un environnement biologique d’un moteur de prothèse d’assistance circulatoire ;
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L’intégration structurelle des modules électroniques d’alimentation et de commande au sein d’un convertisseur mécatronique à haut niveau de puissance spécifique :
Résultant directement des recherches menées par NOVATEM autour de systèmes de motorisation regroupant en un même volume les éléments électromagnétiques du moteur et ses organes de pilotage électronique. Le sous-thème considéré ici vise au développement d’une solution de motorisation optimisée d’un point de vue technico-économique grâce à une approche multi-modulaire de sa conception (brevet E-MOD). Ce nouveau concept de moteur pourrait à terme intéresser le domaine automobile, ou tout autre secteur sensible aux avantages propres à la solution explorée, à savoir une compacité accrue, une maintenabilité simplifiée, un coût réduit de par la standardisation des modules constituant le moteur.
Parallèlement aux recherches menées dans le domaine des moteurs de forte puissance, le développement d’un nouveau concept de moteur miniaturisé destiné à une application d’assistance circulatoire électrique a été initié. Parmi les difficultés à surmonter, l’intégration d’une fonction de captation de position intégrée au stator constitue un verrou technologique décisif pour réduire les dimensions longitudinales de la prothèse. Dans ce contexte, NOVATEM a mis à l’étude une nouvelle architecture de stator mécatronique innovant offrant potentiellement un gain de 20 à 30 % sur le volume complet de la fonction. Un brevet a été déposé sur ce sujet.
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La conception de fonctions motrices sensitives à haute qualité de force ou de couple pour l’activation d’interface homme-machine à retour d’effort :
Le domaine des interfaces homme-machine constitue un secteur d’application justifiant fortement le recours à des objets mécatroniques innovants fortement intégrés.
Ces objets doivent non seulement être capables de produire, dans un encombrement réduit, une action mécanique de haute qualité (faible vibration…) à partir d’une consigne donnée par l’opérateur, mais également de restituer le plus fidèlement possible une sensation résultant de l’action produite. Tel est le cas des futures générations de manches de pilotage à retour d’effort (hélicoptère), ou encore celui des instruments à clavier à toucher sensitif.
Sur ce dernier thème, NOVATEM ses recherches sur la définition et la mise au point d’un système de transmission électromagnétique à retour d’effort innovant pour orgue à tuyaux. Les travaux ont plus particulièrement portés sur l’instrumentation progressive d’une maquette d’instrument à clavier permettant à terme de valider et d’optimiser les stratégies d’actionnement des soupapes de sommier et de toucher sensitif.