Brevet FR2714135A1 — publié le 19950623

MOTOREWCTEUR PLAT La présente invention ooncerne les motoréducteurs, c 'est-à-dire des actionneurs oomprenant un moteur et un système de réduction dans un même boitier, et en particulier un motoréducteur de faible encombrement. La figure 1 représente schimatiquement et partiellement un motoréducteur de faible enoombrement classique, tel que décrit dans le brevet américain 3 153 158. Ce motoréducteur comprend un châssis ou boîtier 10 duquel est solidaire le stator 12 d'un moteur électrique. Le rotor 14 du moteur est concentri- que au stator 12 et est solidaire d'un arbre 16. L'arbre 16 est guidé en rotation dans le châssis 10 par deux roulements à billes 18 et 19 disposés aux deux extrémités respectivement de 1 'arbre 16. Un arbre de sortie 21 est couplé à 1 'arbre 16 par l'intermédiaire d'un système réducteur 23. La particularité de ce motoréducteur, oe qui le rend d'encombrement particulièrement réduit, est que l'arbre 16 est creux et traversé par l'arbre de sortie 21. Le système réducteur 23 comprend une roue dentée 21-1 solidaire d'une extrémité de 1 'arbre 21 (1 'autre extrémité de cet arbre servant de prise de force), une roue dentée 16-1 solidaire d'une extrémité de l'arbre creux 16, du même oeté que la roue dentée 21-1, et un arbre déporté 25 muni de deux pignons 25-1 et 25-2 engrènant respectivement avec les roues dentées des arbres 16 et 21. L'arbre de sortie 21 est guidé en rotation sur le châssis 10 par deux roulements à billes 27 et 28 disposés respectivement aux deux extrémités de 1 'arbre 21, en dehors de 1 'arbre creux 16. L' arbre déporté 25 est également guidé en rotation sur le châssis 10, ce qui a été représenté par un roulement à billes 30. Un objet de la présente invention est de prévoir un motoréducteur d'encombrement axial particulièrement faible. Cet objet est atteint grâce à un motoréducteur oompre- nant un arbre creux entrai né directement par le rotor d'un moteur et un arbre de sortie disposé à l'intérieur de 1' arbre creux. Un système de réduction couple 1' arbre de sortie à 1 'arbre creux. Le moteur est à flux axial et 1 'arbre creux est en un matériau à faible coefficient de frottement qui porte directement sur 1 'arbre de sortie. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le stator du moteur comprend une plaque métallique servant de flasque de fermeture du motoréducteur, cette plaque étant revêtue, sur au moins sa face interne, d'un film isolant comportant des pistes oenductrices, sur lequel sont montés des circuits de commande du moteur et les bobines du stator du moteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système de réduction est un réducteur épicycloidal. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système de réduction est un réducteur à excentrique. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif à l'aide des figures jointes parmi lesquelles la figure 1, précédemment décrite, représente un motoréducteur classique de faible encombrement; et les figures 2A et 2B représentent une vue de oeté en coupe, selon une ligne A-A, et une vue de dessus en coupe, selon une ligne B-B, d'un mode de réalisation de motoréducteur de faible encombrement selon la présente invention. Dans les figures 2A et 2B, des éléments similaires à ceux de la figure 1 sont désignés par des mêmes références. Le motoréducteur des figures 2A et 2B oençrend, lemme celui de la figure 1, un arbre de sortie 21 guidé sur un boitier 10 par deux roulements à billes écartés 27 et 28. De même, un moteur entraine un arbre creux 16 traversé par l'arbre de sortie 21. Selon un aspect de l'invention, le moteur est un moteur à flux axial, par opposition au moteur de la figure 1, qui est à flux radial. Ce moteur comprend un rotor formé d'une couronne ferromagnétique 32 solidaire de l'arbre 16 et perpendiculaire à celui-ci. L'une des faces de cette couronne 32, la face inférieure sur les figures, est munie d'un aimant permanent annulaire 34 émettant un flux magnétique axial, c'est-à-dire parallèle à l'axe du moteur, ce flux étant alternativement dans un sens ou dans le sens opposé au fur et à mesure que l'on effectue le tour de l'aimant annulaire 34. En dessous de l'aimant 34, sur la face interne d'un flasque 10-1 de fermeture du motoréducteur, sont disposées, autour de 1' arbre 16 et en correspondance avec l'aimant annulaire 34, des bobines plates 36 d'axes parallèles à l'axe du moteur. Le flasque 10-1 est ferromagnétique et forme, avec les bobines 36, le stator du moteur. Ce flasque est solidaire à sa périphérie du boitier 10 et supporte, en son centre, le roulement à billes 28. Un moteur à flux axial a la particularité d'être très plat par rapport à un moteur à flux radial de caractéristiques similaires. Le choix selon l'invention d'un moteur à flux axial constitue une première étape dans la réduction de 1 'ercombrement axial du motoréducteur. Un autre aspect de l'invention est de constater qu'en utilisant un moteur à flux axial, il est peu utile de prévoir un guidage précis (par exemple par roulements à billes) de 1' arbre creux 16. Dans tout moteur électrique, à flux axial ou à flux radial, il est néoessaire au bon fonctionnement du moteur que l'entrefer entre le rotor et le stator soit faible et maintenu avec précision. Pour oela, dans un moteur à flux radial, tel que celui de la figure 1, on a généralement recours à un guidage de l'arbre du rotor (16) par des roulements à billes (18, 19). Ces roulements à billes sont généralement d'un encombrement tel qu'il faut allonger 1' arbre qu'ils guident afin de pouvoir les monter. Par contre, dans un moteur à flux axial, un faible jeu radial du rotor ne modifie pratiquement pas l'entrefer ; il est donc inutile de prévoir un guidage précis de 1' arbre 16 du rotor. Comme cela est représenté à la figure 2A, 1' arbre creux 16 porte directement sur 1' arbre de sortie 21. Il en résulte que l'encombrement axial du motoréducteur est réduit d'au moins la hauteur de deux roulements qui auraient été néoessaires dans un motoréducteur classique pour guider l'arbre creux 16. Comme l'arbre 16 porte directement sur l'arbre 21, il convient que l'un de ces arbres soit en un matériau à faible coefficient de frottement. L'arbre 21 est celui qui transmet le plus de couple et il est pour cela généralement choisi en acier. C'est l'arbre 16, qui transmet un couple faible, qui est choisi en un matériau à faible coefficient de frottement sur l'acier, par exemple en matière plastique, en bronze, etc. La couronne 32, qui doit être ferromagnétique, est en un matériau différent. Cette couronne est rendue solidaire de l'arbre 16 à l'aide d'un quelconque moyen classique, par exemple par surmoulage. Bien entendu, il est nécessaire de maintenir avec une précision axiale suffisante l'entrefer du moteur. Pour cela, les deux extrémités de 1' arbre creux 16 sont arrêtées avec un faible jeu, comme cela apparaitra ci-après. L'arrêt axial de l'arbre 16 est effectué sans précaution particulière car l'arbre 16 n'est soumis qu'à de très faibles efforts axiaux ; les extrémités de l'arbre 16 peuvent directement frotter sur des butées, en interposant éventuellement des rondelles à faible coefficient de frottement. Le couplage entre 1' arbre creux 16 et 1' arbre de sortie 21 peut être effectué par tout type de réducteur classique. Toutefois, on préférera un système de réduction à encombrement axial réduit, tel qu'un train épicycîdidal, représenté, ou un système de réduction à excentrique, bien connus de la technique. De tels systèmes de réduction permettent d'éviter l'emploi de paliers de guidage d'arbres déportés (25 dans la figure 1). L'encombrement axial du motoréducteur est donc encore réduit de la hauteur de ces paliers. Le système de réduction représenté aux figures 2A et 2B est un train épicycloidal. Il oomprend une roue dentée 16-1 solidaire de l'extrémité supérieure de l'arbre creux 16, qui engrène avec des pignons satellites 38. Ces pignons satellites sont généralement au nombre de 3, régulièrement répartis autour de la roue dentée 16-1, comme cela est représenté à la figure 2B. En outre, les pignons satellites 38 engrènent avec une couronne 40 à denture interne, solidaire du boîtier 10. La roue dentée 16-1, les pignons satellites 38 et la couronne 40 sont dans un même plan. Les pignons satellites 38 sont montés sur des axes 42-1 s'détendant de la faoe inférieure d'un porte-satellites 42 solidaire de 1 'arbre de sortie 21. Le porte-satellites 42 est en forme de disque, ou d'étoile dont les branches comportent les axes 42-1 à leurs extrémités distales. Le fonctionnement d'un train épicycloidal est visible à la figure 2B. Si l'arbre 16 est entraîné dans le sens antihoraire, les pignons satellites 38 tournent dans le sens horaire autour de leurs axes 42-1 et se déplacent dans le sens antihoraire autour de l'arbre 21. Ainsi, les axes 42-1 du porte satellites 42 se déplacent dans le sens anti-horaire en entrainant 1' arbre 21 dans le sens anti-horaire. On peut, avec un tel réducteur, atteindre des rapports de réduction de l'ordre de 1000 par le choix des diamètres des pignons satellites 38 et de la roue dentée 16-1. Un tel système de réduction présente en outre l'avantage de répartir les fores autour de la roue dentée 16-1 de manière qu'il ne subsiste aucune composante radiale sur oette roue dentée et donc sur l'arbre 16. Par oonséquent, les efforts de frottement et l'usure sont réduits entre les arbres 16 et 21. Canme cela est représenté à la figure 2A, l'extrémité supérieure de 1 'arbre 16 est arrêtée par le porte-satellites 42 et l'extrémité inférieure par le roulement à billes 28. Pour réduire les frottements au niveau de oes extrémités, on prévoit éventuellement des rondelles à faible ooefficient de frottement (rondelles en téflon), et on prévoit, comme cela est représenté, des épaulements pour réduire les surfaces en frottement. L'épaulement au niveau de la partie inférieure de l'arbre 16 permet en outre de faire porter 1' arbre 16 sur seulement la bague interne du roulement 28, qui est oelle dont la vitesse de rotation est la plus faible par rapport à oelle de l'arbre 16. Un moteur à flux axial du type représenté est généralement associé à des capteurs et à un circuit électronique de canmande. Canme cela est représenté, le flasque 10-1 est revêtu sur sa face interne d'un film de circuit imprimé 44 sur lequel sont soudés les bobines 36 et des circuits de commande 46, tels que des capteurs à effet Hall et des circuits d'exploitation de ces capteurs pour alimenter les bobines 36. Si 1 on manque de place pour disposer les circuits 46, la face externe du flasque 10-1 est également revêtue, comme cela est représenté, d'un film de circuit imprimé 44 sur lequel on soude d'autres circuits 46. De nombreuses variantes et modifications de la présente invention apparaîtront à 1' homme du métier, notamment en ce qui concerne les solutions de montage classiques des divers éléments constituant le motoréducteur. REVENDICATIONS 1. Motoréducteur comprenant: - un arbre creux (16) entrainé directement par le rotor (32, 34) d'un moteur - un arbre de sortie (21) disposé à l'intérieur de l'arbre creux ; et - un système de réduction (16-1, 38, 40, 42) couplant l'arbre de sortie à l'arbre creux caractérisé en oe que le moteur est à flux axial et en ce que 1' arbre creux est en un matériau à faible ooefficient de frottement et porte directement sur 1 'arbre de sortie. 2. Motoréducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (10-1, 36) du moteur comprend une plaque métallique (10-1) servant de flasque de fermeture du motoréducteur, cette plaque étant revêtue d'un film isolant (44) oomportant des pistes conductrioes sur au moins sa faoe interne, sur lequel sont montés des circuits de canmande (46) du moteur et les bobines (36) du stator du moteur. 3. Motoréducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de réduction (16-1, 38, 40, 42) est un réducteur épicycloidal. 4. Motoréducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de réduction (16-1, 38, 40, 42) est un réducteur à excentrique.