Brevet FR2623587A1 — publié le 19890526

La présente invention a pour objet un dis- positif motoréducteur comprenant un arbre d'entrée moteur, un accouplement de cet arbre avec un arbre de sortie, pourvu d'une vis sans fin et d'un réducteur entrainé par cette vis. Un tel dispositif est susceptible de rece- voir de nombreuses applications, notamment sur les véhicules automobiles pour entraîner des ouvrants (lève-vitres, toits coulissants etc....) par commande impulsionnelle (c'est-à-dire sans pression constante du doigt sur l'interrupteur). Celle-ci impose un contrôle de la position et de l'effort de transfert de l'ouvrant pendant toute la durée du transfert. Plusieurs solutions sont connues pour détec- ter la position de l'ouvrant: on peut ainsi procéder par un comptage du nombre de tours de l'arbre d'entrée du motoréducteur, soit par coopération d'un balai avec une lame électriquement conductrice fixée à cet arbre d'induit, soit à l'aide d'une photo-diode et d'un pho- to-transistor associés à une roue crénelée fixée à l'arbre d'induit, soit aussi au moyen d'un aimant fixé en bout d'arbre et coopérant avec une bobine d'un cir- cuit électrique. Or, il n'existe pas de relation entre l'ef- fort fourni et les paramètres moteur (variation de vi- tesse ou de courant) dans les régimes transitoires du fait de l'inertie des pièces en mouvement, ce qui constitue un inconvénient certain. En effet, si la valeur critique détectée avant l'arrivée de l'ouvrant en butée est dûe par exemple à la présence d'un corps étranger tel que tête ou main d'un passager du véhicule, le retard de détec- tion de cette situation anormale fait courir des ris- ques de blessure à la personne à laquelle appartient ce corps étranger. L'invention a donc pour but de réaliser un dispositif motoréducteur du type précité, qui permette de détecter une résistance anormale de l'ouvrant non affectée de la perte d'énergie cinétique et de donner au motoréducteur l'ordre d'arrêt, améliorant ainsi no- tablement la sécurité du dispositif. Suivant l'invention, le dispositif motoré- ducteur comporte un capteur d'un couple apparaissant en fonctionnement entre les arbres d'entrée et de sor- tie, durant lequel la rotation de l'arbre de sortie est retardée par rapport à celle de l'arbre d'entrée sous l'effet de la déformation de l'accouplement pro- voquée par l'effort qu'il transmet. Ainsi, en plaçant le capteur en aval du mo- teur, on intègre dans le paramètre mesuré la surcharge dûe à l'inertie du moteur. Suivant un mode de réalisation de l'inven- tion, dans lequel le réducteur comprend une roue de sortie accouplée à la vis, ainsi qu'un amortisseur de couple interposé entre la roue de sortie et l'arbre de sortie (ce qui est la configuration habituelle des mo- toréducteurs réservés à ces usages) et équipé d'un organe de sortie solidaire en rotation dudit arbre de sortie, le capteur comporte des pistes électriquement conductrices reliées entreelles et fixées respective- ment à la roue de sortie du réducteur et à la sortie de l'amortisseur, et un circuit électrique incluant ces pistes, pouvant émettre un signal périodique représentatif de la déformation de l'amortisseur, la fréquence de ce signal étant de l'ordre de la fré- quence de rotation de l'arbre de sortie. Un tel capteur de couple est adapté à une basse fréquence de contrôle, par exemple de quelques Herz. Dans d'autres cas, le cahier des charges peut imposer une fréquence de contrôle du couple plus éle- vée, l'invention prévoyant alors des moyens pour di- minuer la période du signal de mesure, comme décrit plus loin,en montant par exemple le capteur de couple sur un arbre à rotation rapide, tel que l'arbre d'in- duit du motoréducteur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui en illustrent plusieurs formes de réalisation à titres d'exemples non limitatifs: - la Figure 1 est une vue en perspective du principe d'un capteur de couple exercé sur un élément élastique intercalé dans une ligne d'arbres; - la Figure 2 est un diagramme représentant, en fonction du temps, le signal de tension électrique obtenu par le capteur de couple selon la Figure 1; - la Figure 3 est une vue en élévation sim- plifiée d'un dispositif motoréducteur pourvu d'un cap- teur de couple selon une première forme de réalisation de l'invention; la Figure 4 est une vue en coupe axiale partielle d'une seconde forme de réalisation du dispo- sitif motoréducteur selon l'invention; - la Figure 5,est une vue en perspective, à échelle agrandie, d'une variante de réalisation du dispositif motoréducteur de la Figure 4; - la Figure 6 est une vue en élévation par- tielle simplifiée d'une troisième forme de réalisation du dispositif motoréducteur selon l'invention. On voit à la Figure 1 le principe d'un cap- teur de couple par mesure de la déformation d'un élé- ment élastique constitué par un ressort hélicoïdal 1 dont les extrémités sont fixées à deux flasques 2, 3, fixés respectivement aux extrémités d'un arbre d'en- trée 4 et d'un arbre de sortie 5. Les flasques 2, 3 sont chacun revêtus d'une piste 6, 7 électriquement conductrice s'étendant sur une portion de circonfé- rence du flasque support 2, 3, et associée à un con- tact électrique fixe 8, 9 relié à une connexion cor- respondante 11, 12 d'un circuit électrique de mesure. Les pistes 6, 7 sont reliées par une connexion 13. Lorsque les arbres 4 et 5 tournent à vide, le ressort 1 d'accouplement n'est pas déformé, les balais ou plots 8, 9 établissent à chaque tour et en phase le contact électrique avec les pistes 6, 7 qui sont dans la même position angulaire. La tension électrique obtenue (Figure 2) Vcc en fonction du temps t se présente sous la forme de créneaux successifs A. Lorsque le dispositif est en charge, l'arbre , qui entraîne une pièce non représentée, est retardé angulairement par rapport à l'arbre moteur 4, le res- sort 1 se déforme, la piste 7 se décale angulairement par rapport à la piste 6 d'un angle déterminé. De ce fait, les contacts 8, 9 sont en contact avec les pis- tes 6, 7, pour chaque tour d'arbre, pendant un temps inférieur au temps de fermeture de ces mêmes contacts lorsque le système fonctionne à vide. Il en résulte que les signaux B obtenus (Figure 2) ont une largeur inférieure à celles des signaux A. La largeur des signaux Vcc diminue donc lorsque le décalage angulaire cc entre les deux arbres 4, 5 augmente, consécutivement à- une résistance accrue exercé sur l'arbre 5, ce qui permet d'obtenir un signal électrique représentatif de la grandeur du couple exercé sur le ressort d'accou- plement 1. La Figure 3 illustre.un premier mode de réa- lisation possible d'un dispositif motoréducteur pourvu d'un capteur de couple selon l'invention. Ce dispositif comporte un moteur électrique 14 muni d'un arbre d'induit 15 terminé par une vis sans fin 16 accouplée à une roue de sortie 17 du ré- ducteur, un arbre de sortie 18 solidarisé en rotation avec un organe de sortie d'amortisseur non représenté, et, de façon connue en soi, des blocs amortisseurs 19 interposés entre des ailettes radiales 10 solidaires de la roue 17 et des ailettes radiales 30 solidaires de l'organe de sortie d'amortisseur et de l'arbre de sortie 18. Le capteur du couple exercé sur les blocs amortisseurs 19 comporte des pistes électriquement conductrices 21, 22 mécaniquement solidaires respec- tivement de l'arbre de sortie 18 et de la roue 17 du réducteur. Ces pistes sont reliées entre elles par une liaison électrique 23, et associées à des contacts fi- xes 24, 25 d'un circuit électrique dont on voit deux connexions respectives 26, 27. Des signaux carrés du type de ceux de la Figure 2 sont émis par le circuit électrique de con- trôle lorsque les interrupteurs 24, 21 et 25, 22 sont simultanément fermés sous l'action du couple exercé sur les blocs élastiques 19. Un tel capteur permet de mesurer le couple avec un fréquence de l'ordre de la fréquence de rotation de l'arbre de sortie 18 qui, dans le cas d'un ouvrant de véhicule est relativement basse (par exemple 1 Hz). La seconde forme de réalisation du capteur de couple équipant le dispositif motoréducteur selon l'invention, illustrée aux Figures 4 et 5, permet d'augmenter considérablement la fréquence de contrôle du couple par rapport à la fréquence de la réalisation de la Figure 3, ce qui peut être nécessaire dans cer- tains cas. En effet, dans les lève-glace de véhicule par exemple, la roue de sortie tourne à une vitesse relativement faible, d'environ 100 t/m, et la course de l'ouvrant est de l'ordre de 450 mm pour une montée complète, ce qui correspond, en fonction du rapport de réduction, à 4 à 10 tours de la roue de sortie. Un tour de la roue de sortie correspond donc par exemple à 90 mm de course de la vitre, de sorte qu'une mesure du couple à chaque tour de cette roue est tout à fait insuffisante, compte tenu du cahier des charges dans une application de ce type. Il faut donc augmenter la fréquence de comptage, et, pratiquement, exécuter un comptage à chaque millimètre de course de l'ouvrant, c'est-à-dire sensiblement à la vitesse de rotation de l'arbre d'induit, ce qui est possible avec le disposi- tif des Figures 4 et 5. Celui-ci comprend, de manière connue en soi, le moteur 14, l'arbre d'induit 15 portant la vis sans fin 16 qui engrène avec les dents 17a de la roue de sortie 17 du réducteur, laquelle est munie de cloisons radiales 20. Les blocs amortisseurs élastiques 19 sont placés entre celles-ci et d'autres cloisons; non re- présentées, solidaires d'un organe de sortie d'amor- tisseur constitué par une roue 28 coaxiale à la roue 17 ainsi qu'à l'arbre de sortie 18 et solidaire de ce dernier. Le capteur de couple comprend un système de pignons multiplicateurs et inverseurs 29 accouplés à l'organe de sortie 28 de l'amortisseur, comportant un arbre rotatif 31 parallèle à l'arbre de sortie 18, portant un collecteur 32 muni d'une lame 33 électri- quement conductrice. Le système 29 comporte de plus une roue dentée 34 également accouplée à l'organe de sortie 28, coaxiale à l'arbre 31 et munie d'une piste conductrice 35 associée à un balai fixe 36 d'une con- nexion électrique 37. Le capteur comprend par ailleurs une seconde roue dentée 38 coaxiale comme la roue 34 à l'arbre 31 et de même diamètre que la roue 34, accouplée à la roue de sortie 17 du réducteur et munie d'une piste circulaire 39 associée à un balai fixe 41 d'une conne- xion électrique 42, laquelle ainsi que la connexion 37 sont reliées à un circuit électrique non représenté. Les roues dentées 34 et 38 sont librement traversées par l'arbre 31 support du collecteur 32, les pistes circulaires 36, 39 étant placées sur des parties cy- lindriques 34a, 38a solidaires des roues respectives 34, 38 et coaxiales à celles-ci. Les pistes 35, 39 sont en contact périodique avec la lame 33, qui s'étend sur un secteur angulaire approprié du collec- teur 32, par l'intermédiaire de contacts frottants respectifs 34b et 38b intérieurs aux roues 34 et 38. Les extrémités de l'arbre 31 sont reçues dans la paroi d'un carter 46 qui contient l'ensemble des pièces précitées, sauf le moteur 14, et est tra- versé par l'arbre 18. Le système de pignons 29 n'est pas réalisé de la même manière aux Figures 4 et 5, qui en consti- tuent deux variantes possibles d'exécution. Dans le dispositif de la Figure 4, le systè- me de pignons comporte un petit pignon 47 qui engrène avec une denture 48 formée sur la roue 28 de sortie d'amortisseur, légèrement en retrait de la denture ex- térieure 49 de cette roue 28. Sur la Figure 5, le pe- tit pignon 47 engrène avec une denture 47a d'une roue 51 coaxiale et solidaire de la roue de sortie 28, le diamètre de cette roue 51 étant tel que le petit pi- gnon 47 peut prendre place entre sa denture 47a et la denture 49 de la roue 28. Dans les deux systèmes multiplicateurs in- verseurs, un grand pignon 52, solidaire d'un arbre 45 portant le petit pignon 47, engrène avec un troisième petit pignon 53 coaxial à l'arbre 31 et solidaire de celui-ci. Le fonctionnement du dispositif motoréduc- teur et du capteur de couple des Figures 4 et 5 est le suivant: La vis sans fin 16 entraînée par l'arbre d'entrée 15 entraîne en rotation la roue 17 et l'arbre de sortie 18, par l'intermédiaire des blocs 19 et de la roue 28 de sortie d'amortisseur. La roue 17 entraî- ne la roue 38 et son contact 38b frottant sur la lame 33, et la roue 28 entraîne la roue 34 ainsi que son contact 34b frottant également sur la lame 33. Les pignons 47 et 52 sont entraînés par la denture 48 (Figure 4) ou la denture 47a (Figure 5) en sens inverse de la roue 28, et le pignon 52 entraîne le pignon terminal 53, qui tourne donc dans le même sens que la roue 28, ainsi que le collecteur 32. Ce dernier tourne donc en sens inverse des roues dentées 34, 38 et de leurs pistes 35, 39, qui en effet tournent dans le sens opposé à celui des roues respectives d'entraî- nement 28 et 17. Le système de pignons 29 assure donc à la fois une multiplication et une inversion de la vitesse de rotation du collecteur 32 par rapport à la roue dentée 28, qui permet d'accroître la fréquence du comptage du couple au niveau des contacts 34b, 38b et de la lame conductrice 33, et ce en fonction du rapport de multiplication des pignons 47, 52 et 53. Dans la troisième forme de réalisation de la Figure 6, le capteur de couple 55 est un accouplement élastique entre deux parties 15a, 15b de l'arbre mo- teur, la seconde partie 15b portant la vis sans fin 16. L'accouplement 55 comprend deux flasques 2, 3 rigidement liés aux parties terminales en visà-vis des sections d'arbre 15a et 15b, ainsi qu'un bloc élastique 56 dont les faces sont fixées aux faces en vis-à-vis des flasques 2, 3. Ces derniers portent une piste respective 6, 7 reliées par une connexion 13, s'étendant sur un secteur circulaire déterminé, et pouvant établir le contact avec un balai respectif fixe 8, 9 ainsi que des connexions correspondantes 11, 12 du circuit électrique de contrôle du couple. Cette disposition est donc similaire à celle décrite dans son principe à la Figure 1. Ce mode de réalisation permet, comme celui des Figures 4 et 5, de contrôler le couple de déformation de l'accouplement à une fréquence très élevée, puisque cette fréquen- ce est celle de la rotation de l'arbre d'induit 15a. Pratiquement, on peut considérer qu'à un tour de l'ar- bre d'induit 15, 15a, correspond une course d'environ 1 mm de l'ouvrant, ce qui permet de mesurer le couple suffisamment souvent, et par conséquent de déclencher l'arrêt immédiat du moteur, si la présence d'un corps étranger s'oppose à la fermeture de l'ouvrant. La Figure 2 montre les signaux carrés va- riables de la tension continue Vcc pouvant également être obtenus avec le capteur de la Figure 6, de période T et de largeur 1. D'une manière générale, pour les différents modes de réalisation du capteur de -couple décrits ci- dessus, la période T permet à un circuit électronique approprié, connu en soi, comprenant un micro-proces- seur programmé de manière convenable, de déterminer la vitesse et la position de l'ouvrant. Le rapport 1/T permet de calculer le couple, le circuit électronique pouvant donner le cas échéant l'ordre d'arrêt immé- diat au moteur 14 lorsqu'une valeur critique prédé- terminée du couple est atteinte. L'invention est susceptible de nombreuses applications, les ouvrants de véhicule automobile n'étant que des utilisations possibles fournies à titre d'exemples non limitatifs. 1 1 REVENDICATIONS 1 - Dispositif motoréducteur comprenant un arbre d'entrée moteur (4, 15), un accouplement de cet arbre avec un arbre de sortie (5, 18), pourvu d'une vis sans fin (16) et d'un réducteur entraîné par cette vis, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (19, 21, 22; 19, 29, 34, 35, 32; 55) d'un couple apparais- sant en fonctionnement entre les arbres d'entrée (4. ) et de sortie (5, 18) durant lequel la rotation de l'arbre de sortie est retardée par rapport à celle de l'arbre d'entrée et provoque une déformation de l'ac- couplement. 2 - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le réducteur comprend (Figure 3) une roue de sortie (17) accouplée à la vis (16) ainsi qu'un amortisseur de couple (19) interposé entre la roue de sortie (17) et l'arbre de sortie (18) et équipé d'un organe de sortie solidaire en rotation dudit arbre de sortie (18), caractérisé en ce que le capteur comporte des pistes électriquement conductrices (22, 21) re- liées entre elles et fixées respectivement à la roue de sortie (17) du réducteur et à l'organe de sortie de l'amortisseur, et un circuit électrique incluant ces pistes, pouvant émettre un signal périodique (Vcc) représentatif de la déformation de l'amortisseur, la fréquence de ce signal étant de l'ordre de la fréquen- ce de rotation de l'arbre de sortie (18). 3 - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le réducteur comprend une roue (17) accou- plée à la vis (16) ainsi qu'un amortisseur (19) de couple interposé entre la roue de sortie (17) et l'ar- bre de sortie (18) et équipé d'un organe de sortie (28) solidaire en rotation dudit arbre de sortie (18), caractérisé en ce que le capteur comprend un système de pignons multiplicateurs et inverseurs (29) accouplé à l'organe de sortie (28) de l'amortisseur (19), com- portant un arbre rotatif (31) portant un collecteur (32) pourvu d'une lame électriquement conductrice (33), une roue dentée (34) accouplée également à l'or- gane de sortie (28) de l'amortisseur, coaxiale à l'ar- bre (31) portant le collecteur (32) et munie d'une piste conductrice (35) reliée à la lame (33) par l'in- termédiaire d'un contact frottant 34b, et associée à une connexion (36, 37), et une roue dentée (38) accou- plée à la roue de sortie (17) du réducteur, coaxiale à l'arbre (31) portant le collecteur (32), munie d'une piste (39) conductrice reliée à la lame (33) par l'in- termédiaire d'un contact frottant 38b, et associée à une seconde connexion (41, 42) d'un circuit électronique de calcul et de contrôle du couple, pouvant émettre un signal (Vcc) périodique représentatif d'une déformation de l'amortisseur et du déphasage corrélatif entre les vitesses de rotation des deux roues dentées (34, 38). 4 - Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les deux roues dentées (34, 38) sont librement traversées par l'arbre (32) portant le collecteur (32) et ont le même diamètre. 5 - Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le système de pignons (29) comporte un petit pignon (47) et un grand pignon (52) solidaires d'un même arbre (45), le petit pignon (47) engrenant avec une roue dentée (48, 51) faisant partie de l'organe de sortie (28) de l'amortisseur (19), et un troisième petit pignon (53) engrenant avec le grand pignon (52) et solidaire en rotation de l'arbre (31) portant le collecteur (32), de telle sorte que ce der- nier tourne dans le même sens que la roue de sortie (17) du réducteur et l'organe de sortie (28) de l'amortisseur et en sens inverse des deux roues (34, 38) entrainées par ces deux roues de sortie (28, 17). 6 - Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le capteur de couple est un accou- plement élastique (55) entre deux parties (15a, 15b) de l'arbre moteur d'entrée, et cet accouplement com- prend deux extrémités (2, 3) rigidement liées aux deux parties terminales (15a, 15b) en vis-à-vis de l'arbre d'entrée, ainsi qu'entre elles par un bloc élastique (56), et ces deux extrémités portent chacune une piste électrique (6, 7) reliées entre elles et associées à un balai fixe (8, 9) et à une connexion respectifs (11, 12) d'un circuit électronique apte à déterminer un signal périodique (Vcc) représentatif d'un couple de déformation en torsion du bloc élastique (56) et à calculer ce couple. 7 - Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 pour l'entraînement par son arbre de sortie (18) d'ouvrants de véhicules automo- biles tels que lève-glace et toit coulissant.