Brevet FR2769125A1 — publié le 19990402

*1 Commutateur rotatif économique pour tableau de commande L'invention concerne un dispositif de commutation, notamment pour tableau de commande de chauffage/ventilation ou de climatisation de véhicule, comprenant un stator et un rotor propre à occuper par rapport au stator au moins deux posi- tions angulaires de travail, lesdites positions de travail se déduisant les unes des autres par une rotation d'un angle prédéfini autour d'un axe, le rotor étant muni d'un organe de contact qui vient sélectivement en contact électrique, selon la position angulaire du rotor, avec des plages conductrices s'étendant sensiblement dans un plan perpendiculaire à l'axe pour définir un circuit électrique de configuration variable. Un tel dispositif peut être utilisé par exemple pour comman- der l'ouverture et la fermeture du circuit électrique, ou l'arrêt et le fonctionnement dans un sens et dans l'autre d'un moteur électrique. Le nombre de configurations du circuit est égal à 2 dans le premier cas et à 3 dans le second cas. Il peut également présenter d'autres valeurs. Le but de l'invention est de réaliser un tel dispositif de manière simple et économique, en lui conférant simplicité d'utilisation, compacité, précision et fiabilité. L'invention vise notamment un dispositif du genre défini en introduction, et prévoit que le rotor et le stator compren- nent respectivement des première et seconde pièces moulées munies chacune d'une première denture et d'une seconde denture disposées en couronne autour de l'axe, la première pièce moulée étant également mobile en translation parallèle- ment à l'axe, par rapport à la seconde pièce moulée, entre des première et seconde positions axiales, les premières dentures coopérant entre elles pour transformer un premier mouvement axial de la première pièce moulée de sa première position axiale à sa seconde position axiale en un mouvement angulaire d'une fraction dudit angle prédéfini à partir de l'une desdites positions de travail, et les secondes dentures coopérant entre elles pour transformer un second mouvement axial de la première pièce moulée de sa seconde position axiale à sa première position axiale en un mouvement angu- laire de la fraction complémentaire dudit angle prédéfini jusqu'à la position de travail suivante, la première pièce moulée étant sollicitée vers sa première position axiale par des moyens de rappel élastique. Le mouvement de translation du rotor est transformé en un mouvement de rotation entre deux positions de travail par la coopération de dentures appartenant à deux pièces moulées seulement, ce qui permet une fabrication simple et économi- que. L'absence de pièce intermédiaire assure une bonne précision des positions du rotor et une bonne fiabilité du dispositif. Enfin, il suffit à l'utilisateur, pour passer d'une position de travail à une autre, de presser un bouton poussoir situé par exemple sur un tableau de commande, puis de le relâcher pour permettre au stator d'effectuer son second mouvement axial sous l'action des moyens de rappel élastique. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Les dentures d'une première des deux paires formées respectivement par les premières dentures et par les secondes dentures font saillie axialement l'une vers l'autre de manière à entrer en contact mutuel au cours du mouvement axial correspondant. - Les dentures de ladite première paire sont les premières dentures. - La seconde pièce moulée présente la forme générale d'une coupelle dont le fond porte intérieurement une denture de ladite première paire. - Chacune des dentures de la seconde paire est constituée par une multiplicité de dents faisant saillie radialement vers l'extérieur pour une denture et vers l'intérieur pour l'autre denture, les dents de chaque denture étant suffisamment écartées les unes des autres dans la direction circonféren- tielle pour permettre le passage des dents de l'autre denture lors du mouvement purement axial précédant l'entrée en contact mutuel des dentures de la première paire. - Dans chaque position angulaire de travail, chaque dent de l'une des dentures de la seconde paire est encadrée et immobilisée dans la direction circonférentielle par deux dents voisines de l'autre denture. - Les dents d'une denture de la seconde paire font saillie radialement vers l'intérieur à partir de la paroi latérale de la coupelle. - Les plages conductrices sont définies par des lames métalliques fixées à un bord périphérique de la coupelle et délimitant avec celle-ci un volume dans lequel est emprisonné le rotor. - L'organe de contact est solidaire en translation de la première pièce moulée de manière à n'être en contact avec les plages conductrices que dans ladite première position axiale. - Ledit angle prédéfini est contenu un nombre entier de fois dans un tour. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont des vues en perspective éclatée d'un dispositif de commutation selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe axiale du dispositif; - la figure 4 est un schéma illustrant la coopération mutuelle des dents des différentes dentures; et - les figures 5 et 6 sont des schémas illustrant la coopéra- tion mutuelle de l'organe de contact et des plages conduc- trices. Dans la description ci-après, on adoptera par commodité la convention selon laquelle le dispositif est orienté dans l'espace comme représenté sur la figure 3, c'est-à-dire l'axe du rotor étant vertical et le premier mouvement axial étant dirigé de bas en haut. Dans la réalité, le dispositif peut fonctionner dans n'importe quelle orientation. En particu- lier, lorsqu'il fait partie d'un tableau de commande de chauffage ou de climatisation de véhicule automobile, l'axe est généralement à peu près horizontal et le premier mouve- ment axial du stator est orienté vers l'avant du véhicule. Le dispositif illustré comprend un stator 1 fixé par des moyens non représentés sur le tableau de commande non représenté d'une installation de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, et un rotor 2 mobile par rapport au stator 1 en rotation autour d'un axe A et en translation selon ce même axe. Le stator 1 comprend une pièce 3 en matière plastique moulée par injection, ayant la forme générale d'une coupelle présentant un fond 4 en forme de disque et une paroi latérale 5 généralement cylindrique de révolution, s'étendant vers le bas à partir de la périphérie du fond 4. Un appendice tubulaire 6 s'étend vers le haut à partir de la partie centrale du fond 4. Un alésage borgne 7, cylindrique de révolution autour de l'axe A, traverse le fond 4 et l'appendice 6 et est fermé à son extrémité supérieure par un second fond 8. La paroi latérale 5 se raccorde vers le bas à une bride annulaire 9 s'étendant radialement vers l'extérieur, et un rebord 10 tourné axialement vers le bas s'étend à partir de la périphérie de la bride 9. Le stator comprend également trois lames métalliques 11, 12 et 13, présentant dans leur ensemble, comme montré sur les figures 5 et 6, un contour circulaire dont le diamètre correspond au diamètre intérieur du rebord 10. Ces trois lames sont appliquées sur la face inférieure de la bride 9 et fixées par des ergots 14 formés sur cette face et rabattus à la manière de têtes de rivet sur la face inférieure des lames. Chacune des trois lames s'étend ainsi sur une fraction de la surface circulaire délimitée par le rebord 10. Le rotor 2 comprend une pièce 15 en matière plastique moulée par injection. La pièce 15 forme elle aussi une coupelle comportant un fond 16 orienté radialement et une paroi latérale 17 sensiblement cylindrique de révolution s'étendant vers le haut à partir de la périphérie du fond 16. La coupelle 16, 17 est logée dans le volume 18 délimité radiale- ment par la paroi latérale 5 de la pièce 3, vers le haut par le fond 4 de celle-ci et vers le bas par les lames 11-13. La pièce 15 comporte également une tige 19 faisant saillie selon l'axe A, vers le bas à partir du fond 16, et traversant un trou 20 de la lame 11. Une saillie tubulaire 21, ouverte à son extrémité supérieure, s'étend vers le haut, selon l'axe A, à partir du fond 16, et s'ajuste dans l'alésage 7. Le rotor comprend en outre un disque métallique 22 percé en son centre pour s'enfiler sur la tige 19 et fixé sur la face inférieure du fond 16 au moyen d'ergots 23 faisant saillie à partir de cette dernière, traversant des encoches 24 formées à la périphérie du disque 22 et rabattus sur la face infé- rieure de celui-ci. Trois courtes fentes 26 ménagées dans le disque 22, à des distances mutuelles de 120 , s'étendant sensiblement circonférentiellement à faible distance du bord périphérique du disque, délimitent avec ce bord des bandes respectives 27 qui sont déformées vers le bas hors du plan du disque pour former des plots de contact 27 propres à venir en contact avec les lames 11-13. Un ressort hélicoïdal 28, logé dans l'alésage 7 et à l'intérieur du tube 21, prend appui vers le haut sur le fond 8 et vers le bas, par l'intermé- diaire d'une bille 29, sur le fond 16. Chacune des pièces 3 et 15 présente deux dentures disposées en couronne autour de l'axe A. Une première denture de la pièce 3 comprend douze dents 30 formées en saillie sur le fond 4, présentant des surfaces de travail 31 tournées axialement vers le bas et inclinées par rapport à un plan horizontal. Ces faces 31 sont disposées en vis-à-vis des faces supérieures 32 semblablement inclinées de quatre dents 33 formées sur la face supérieure du fond 16 de la pièce 15 et situées à des distances angulaires mutuelles de 90 o. La seconde denture de la pièce 3 comprend trois dents 34 faisant saillie radialement vers l'intérieur à partir de la paroi latérale 5 et situées à des distances angulaires mutuelles de . Chaque dent 34 présente une surface de travail 35 tournée axialement vers le haut et inclinée par rapport à un plan horizontal, en sens inverse de l'inclinaison des surfaces 31 et 32. La seconde denture de la pièce 15 est composée de douze dents 36 régulièrement réparties autour de l'axe A, faisant saillie radialement vers l'extérieur à partir de la paroi 17, et présentant chacune une surface de travail 37 inclinée de la même manière que les surfaces 35. Pour chacune des trois dents 34, une ouverture 38, ménagée dans le fond 4 et dans la paroi latérale 5, permet, lors du démoulage de la pièce 3, l'extraction d'un élément de moule nécessaire à la réalisation de la dent, ce qui permet de réaliser les dents 34 et 30 en une seule pièce moulée. La figure 3 montre le rotor dans une première position axiale ou position basse, dans laquelle il est maintenu par le ressort 28 de telle manière que les plots de contact 27 viennent en contact avec les lames métalliques 11-13. La figure 4 représente le développement partiel dans un plan de la projection radiale sur une surface cylindrique des profils des quatre dentures décrites ci-dessus. Contrairement aux douze dents 30, qui se succèdent sans interruption comme des dents de scie, les douze dents 36 sont écartées les unes des autres, d'une distance légèrement supérieure à la longueur circonférentielle des dents 34. Dans la première position axiale, comme on le voit sur la figure 4, chacune des dents 34 est interposée entre deux dents 36 consécutives, ce qui correspond à une position angulaire bien définie du stator. En même temps, l'arête saillante 40 délimitant vers le haut la surface de travail 32 de chaque dent 33 se trouve à un niveau légèrement plus bas, par exemple de 0,3 mm, que les arêtes saillantes 41 délimitant vers le bas les surfaces de travail 31 des dents 30, et l'arête 40 se trouve axiale- ment en regard d'un point 42 de la surface 31 de l'une des dents 30 proche de l'arête 41 de cette même dent. La tige 19 coopère, directement ou indirectement, avec un bouton poussoir monté sur le tableau de commande, permettant d'enfoncer la tige 19 pour déplacer le rotor vers le haut, le tube 21 coulissant dans l'alésage 7. Le mouvement du rotor est alors purement axial, par exemple sur une longueur de 0,6 mm, jusqu'à ce que l'arête 40 de chaque dent 33 vienne en contact avec la surface 31 de la dent 30 en vis-à-vis au point 42. Ensuite, la surface 32 de la dent 40 glisse sur la surface 31 de la dent 30, produisant un mouvement de rotation concomitant au mouvement axial, jusqu'à ce que l'arête 40 vienne coïncider avec l'arête rentrante 43 qui limite vers le haut la surface 31, comme représenté en trait interrompu sur la figure 4. La course axiale totale ainsi réalisée est par exemple de 2 mm. Les dents 34 et 36 présentent des surfaces inclinées respectives 44 et 45 qui passent en regard et à distance les unes des autres pendant le mouvement hélicoïdal ci-dessus, dont l'amplitude angulaire correspond à la distance angulaire entre le point 42 et l'arête 43 de chaque dent 30, soit un peu moins d'un douzième de tour. Dans la position ainsi atteinte, les dents 36 sont à un niveau plus élevé que les dents 34, et la dent 36-1 qui se trouvait au départ à droite d'une dent 34, c'est-à- dire en amont de celle-ci par rapport au sens de rotation du rotor, est maintenant située de telle sorte que sa surface de travail 37 se trouve axialement en vis-à-vis de la surface de travail 35 de la dent 34. Lorsque l'utilisateur relâche le bouton- poussoir, le ressort 28 repousse le rotor vers le bas, selon un mouvement purement axial jusqu'à ce que les surfaces 35 et 37 viennent en contact mutuel. Ensuite, le mouvement axial s'accompagne d'un mouvement de rotation dans le même sens que le précédent, dû à la coopération de ces mêmes surfaces, jusqu'à ce que la dent 34 puisse pénétrer dans l'intervalle compris entre la dent 36-1 et la dent suivante de la même denture. Le rotor a alors tourné d'un douzième de tour, et conserve cette position angulaire jusqu'à son retour dans sa première position axiale. Les lames 11, 12 et 13 sont obtenues en éliminant la région périphérique d'un disque monobloc 50 représenté sur les figures 1 et 2, muni de languettes de connexion électrique 51, 52 et 53 qui restent rattachées respectivement aux lames 11, 12 et 13 et passent par des encoches 39 ménagées dans le rebord 10. La lame 11 comprend une région annulaire 54 entourant le trou central 20, et deux secteurs angulaires opposés 55 et 56, tous deux symétriques par rapport à un axe A1 situé dans le plan des lames et coupant l'axe A. Les lames 12 et 13, symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe A1, sont disposées respectivement dans les deux secteurs angulaires restants et sont séparées de la région 54 et des secteurs 55 et 56 par des intervalles formés par deux découpes intérieures 57 ménagées dans le disque 50. Les découpes 57 forment également des encoches respectives 58 dans les lames 12 et 13, en regard de la région annulaire 54, chacune des lames 12 et 13 présentant ainsi, de part et d'autre de l'encoche 58, dirigées radialement vers l'inté- rieur, une corne 59 proche du secteur 55 et une corne 60 proche du secteur 56. Il résulte de la description ci-dessus que le rotor peut occuper par rapport au stator douze positions de travail stables, se déduisant les unes des autres par des rotations d'un douzième de tour, c'est-à-dire 30 o, et dans lesquelles les plots 27 viennent en contact avec les lames 11-13. Chaque plot 27 peut donc occuper douze positions par rapport aux lames, ces douze positions étant les mêmes pour les trois plots qui sont disposés selon un pas de 120 , multiple de . Comme on le voit sur la figure 5, o les trois points de contact utilisés pour une position de travail particulière du rotor sont désignés par la référence 61 et les neuf autres par la référence 62, les douze points de contact des plots 27 sont symétriques deux à deux par rapport à l'axe A1. Parmi les six points de contact situés de chaque côté de cet axe, deux se trouvent sur le secteur 55, un sur la corne 59 de la lame 12 ou 13 placée sur ce côté, un au niveau de l'encoche 58, un sur la corne 60 et le dernier sur le secteur 56. Les trois points de contact 61 de la figure 5 sont celui des points de contact du secteur 55 le plus éloigné de l'axe A1 au-dessous de celui-ci, celui du secteur 56 également au- dessous de l'axe A1, et celui de la corne 59 au-dessus de l'axe. Pour une position de travail voisine de la précédente, les points de contact utilisés 61 sont ceux montrés sur la figure 6, respectivement le plus proche de l'axe A1, au- dessous de celui-ci, sur le secteur 55, sur la corne 60 au- dessous de l'axe et entre les cornes 59 et 60 au-dessus de l'axe. Dans la position de la figure 5, le disque de contact 22 relie électriquement la lame 12, représentée au-dessus de l'axe Ai, à la lame 11 et la lame 13 est hors circuit. Dans la position de la figure 6, c'est la lame 12 qui est hors circuit et la lame 13 reliée à la lame 11. En continuant de tourner dans le même sens, on atteint ensuite une position o les points de contact sont symétriques de ceux de la figure 6 par rapport à l'axe A1, ce qui correspond à la même configuration du circuit que la position de la figure 5, puis une position o les points de contact sont symétriques de ceux de la figure 5, correspondant à la même configuration que la position de la figure 6. On retrouve ensuite la disposition de la figure 5, chaque plots ayant tourné de , et ainsi de suite. Ainsi, pour les positions de travail successives, le disque 22 met alternativement la lame 12 et la lame 13 en liaison avec la lame 11. Pour toutes les positions angulaires intermédiaires du rotor, les trois plots 27 sont éloignés des lames 11-13 en raison du mouvement axial du rotor, ce qui évite tout contact électrique parasite. Le dispositif peut être utilisé comme simple interrupteur, notamment pour la mise en service et hors service d'un compresseur de fluide réfrigérant, l'une des languettes 52 et 53 n'étant pas reliée au circuit électrique, ou comme inverseur, par exemple pour alimenter dans un sens et dans l'autre le moteur d'entraînement d'un volet d'entrée d'entrée d'air. Il permet également, en adaptant le nombre et la forme des plages conductrices, de réaliser un nombre plus élevé de configurations du circuit électrique. Inversement, les deux configurations recherchées dans l'exemple décrit pourraient être obtenues avec moins de douze positions de travail du rotor. Ce nombre a été choisi ici de manière à concilier une inclinaison des surfaces de travail des dents assez forte (de l'ordre de 45 o) pour assurer l'entraînement du rotor en rotation, une course axiale réduite et un diamètre des dentures suffisant pour permettre leur fabrication. il Revendications 1. Dispositif de commutation, notamment pour tableau de commande de chauffage/ventilation ou de climatisation de véhicule, comprenant un stator (1) et un rotor (2) propre à occuper par rapport au stator au moins deux positions angulaires de travail, lesdites positions de travail se déduisant les unes des autres par une rotation d'un angle prédéfini autour d'un axe (A), le rotor étant muni d'un organe de contact (22) qui vient sélectivement en contact électrique, selon la position angulaire du rotor, avec des plages conductrices (11-13) s'étendant sensiblement dans un plan perpendiculaire à l'axe pour définir un circuit électri- que de configuration variable, caractérisé en ce que le rotor et le stator comprennent respectivement des première et seconde pièces moulées (3, 15) munies chacune d'une première denture et d'une seconde denture disposées en couronne autour de l'axe, la première pièce moulée étant également mobile en translation parallèlement à l'axe, par rapport à la seconde pièce moulée, entre des première et seconde positions axiales, les premières dentures (30, 33) coopérant entre elles pour transformer un premier mouvement axial de la première pièce moulée de sa première position axiale à sa seconde position axiale en un mouvement angulaire d'une fraction dudit angle prédéfini à partir de l'une desdites positions de travail, et les secondes dentures (34, 36) coopérant entre elles pour transformer un second mouvement axial de la première pièce moulée de sa seconde position axiale à sa première position axiale en un mouvement angu- laire de la fraction complémentaire dudit angle prédéfini jusqu'à la position de travail suivante, la première pièce moulée étant sollicitée vers sa première position axiale par des moyens de rappel élastique (28). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dentures (30, 33) d'une première des deux paires formées respectivement par les premières dentures et par les secondes dentures font saillie axialement l'une vers l'autre de manière à entrer en contact mutuel au cours du mouvement axial correspondant. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dentures de ladite première paire sont les premières dentures. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde pièce moulée présente la forme générale d'une coupelle dont le fond (4) porte intérieurement une denture (30) de ladite première paire. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chacune des dentures de la seconde paire est constituée par une multiplicité de dents faisant saillie radialement vers l'extérieur pour une denture (36) et vers l'intérieur pour l'autre denture (34), les dents de chaque denture étant suffisamment écartées les unes des autres dans la direction circonférentielle pour permettre le passage des dents de l'autre denture lors du mouvement purement axial précédant l'entrée en contact mutuel des dentures de la première paire. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans chaque position angulaire de travail, chaque dent (34) de l'une des dentures de la seconde paire est encadrée et immobilisée dans la direction circonférentielle par deux dents voisines (36) de l'autre denture. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, rattachée à la revendication 4, caractérisé en ce que les dents (34) d'une denture de la seconde paire font saillie radialement vers l'intérieur à partir de la paroi latérale (5) de la coupelle. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 7, caractérisé en ce que les plages conductrices sont définies par des lames métalliques (11-13) fixées à un bord périphéri- que (9, 10) de la coupelle et délimitant avec celle-ci un volume (18) dans lequel est emprisonné le rotor. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de contact (22) est solidaire en translation de la première pièce moulée (15) de manière à n'être en contact avec les plages conductrices que dans ladite première position axiale. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit angle prédéfini est contenu un nombre entier de fois dans un tour.