Brevet FR2800508A1 — publié le 20010504

Commutateur électrique rotatif à inversion de polarité, notamment pour une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile L'invention concerne le domaine commutateurs électriques pour tableau de commande. Certains de ces commutateurs commandent l'alimentation d'un appareil (ou élément, ou encore composant) électrique, comme par exemple un moteur électrique A titre d'exemple, le moteur électrique peut être adapté pour commuter d'une position dite ouvert" vers une position dite "fermé" (ou pratiquement fermé) un volet de mixage d'une installation de chauffage, ventilation et/ou climati sation de véhicule automobile. Cela permet de gérer la proportion d'air frais et d'air rechauffé à l'intérieur de l'installation et plus précisement dans son boîtier de traitement d'air. La commutation assurée par la varia tion de la différence de potentiel établie entre les deux bornes d'alimentation du moteur Pour commander cette différence potentiel, il est connu d'utiliser un relais, c'est à dire une bobine électromotri ce, qui agit sur des contacts mobiles dont les premières extrémités sont reliées respectivement aux deux bornes d'alimentation du moteur et secondes extrémités oppo sées, et libres, viennent établir des liaisons dans un circuit d'alimentation. Le coût et l'encombrement type de commutateur sont importants. Un but de l'invention est donc de procurer un commutateur électrique qui ne présente tout ou partie des inconvé nients précités. L'invention propose à cet effet un commutateur électrique comprenant - un support sur lequel se trouvent implantées de première et seconde pistes concentriques, subdivisées chacune en de premier et second secteurs électriquement conducteurs et électriquement indépendants, * les premiers secteurs des première et seconde pistes étant portés respectivement à de premier et second potentiels de signes opposés et les seconds secteurs de ces première et seconde pistes étant portés respectivement aux second et premier potentiels, - de premier et second moyens de contact reliés électrique ment et respectivement aux deux bornes d'alimentation d'un premier élément électrique du dispositif, * ce premier élément étant capable de fonctionner selon au moins de premier et second états en fonction du signe et de la valeur absolue de la différence de potentiel établie entre ses bornes, - un corps capable d'entraîner en rotation les premier et second moyens de contact de sorte qu'en au moins de première et seconde positions ils établissent simultanément des contacts avec, respectivement, les premiers ou seconds secteurs pour établir une différence de potentiel, d'une première valeur ou d'une seconde valeur, entre les bornes d'alimentation du premier élément, * les première et seconde valeur présentant des signes opposés. De plus, le corps du dispositif selon l'invention est capable de gérer l'état de fonctionnement d'un second élément du dispositif conjointement avec celui du premier élément. On réalise ainsi un commutateur de conception simple, fonctionnant selon un mode "à inversion de polarité", qui de plus présente un faible encombrement du fait du nombre réduit de ses composants, et qui de surcroît peut commander un second élément. Le premier élément peut être un moteur électrique. Mais il est clair qu'il pourrait s'agir d'un autre composant électrique ou électronique. Un tel moteur peut, par exemple, contrôler le positionnement d'un volet gérant la proportion d'air frais et d'air réchauffé â l'intérieur du dispositif ou la proportion d'air frais et d'air recirculé qui alimente un groupe moto- ventilateur du dispositif. Le commutateur selon l'invention pourra comprendre d'autres caractéristiques complémentaires pouvant être prises séparément ou en combinaison, et notamment - les premiers et seconds secteurs conducteurs peuvent s'étendre respectivement sur des premier et second secteurs angulaires, et sont séparés par une zone non conductrice qui s'étend sur un troisième secteur angulaire, le corps étant alors considéré comme placé dans ses première et seconde positions lorsque les premier et second moyens de contact se trouvent à l'intérieur respectivement des premier et second secteurs angulaires; - à chaque fois qu'une transition du corps se produit entre la première, respectivement seconde, position et la seconde, respectivement première, position, le premier élément peut rester dans l'état associé à la première, respectivement seconde, position lorsque les premier et second moyens de contact sont à l'intérieur du troisième secteur angulaire; - en variante, le premier élément peut être agencé pour prendre un troisième état associé à une différence de poten tielle nulle entre ses bornes, lorsque les moyens de contact sont à l'intérieur du troisième secteur angulaire (troisième position du corps); - le support peut comporter des troisième et quatrième pistes concentriques, placées respectivement au voisinage des première et seconde pistes en s'étendant sensiblement sur toute leur longueur, et raccordées électriquement aux deux bornes d'alimentation du premier élément, et les premier et second moyens de contact sont, dans ce cas, agencés de manière à être reliés électriquement aux deux bornes d'alimentation par friction (ou contact mécanique sur les troisième et quatrième pistes; - le second élément peut être de type mécanique ou électri que. Il pourra par exemple s'agir d'un moyen de commande (ou d'actionnement, ou de gestion) d'un volet ou d'un module de variation de vitesse d'un groupe moto-ventilateur du dispositif. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant un premier mode réalisation commutateur selon l'invention dans une vue en coupe transversale selon l'axe I-I de la figure 2; - la figure est un schéma illustrant les pistes concentra ques du dispositif de la figure 1; - la figure est un graphe illustrant la fonction de trans fert entre la tension du moteur et la position du volet, associée au mode de réalisation de la figure 2; - la figure 4 est un schéma illustrant une variante des pistes concentriques de la figure 2; - la figure 5 est un graphe illustrant la fonction de trans fert entre la tension du moteur et la position du volet, associée à la variante de la figure 4; - la figure 6 est un schéma illustrant un second mode de réalisation commutateur selon l'invention dans une vue en coupe transversale; et - la figure est un schéma illustrant les pistes concentra ques du dispositif de la figure 6. Dans la description qui suit il est fait référence à commutateur électrique destiné à commander des éléments d'une installation (ou dispositif) de chauffage, ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile. Plus précisément (voir figure 1), il s'agit dans cet exemple de commander un moteur électrique M destiné à piloter la position du volet de mixage 1 permettant de contrôler la proportion d'air frais et d'air réchauffé l'intérieur du boîtier de traitement d'air 2 de l'installation. Le moteur électrique utilisé peut être un micromoteur. I1 est clair que l'invention ne se limite pas à cette seule application. Elle concerne de façon générale la gestion de la différence de potentiel appliquée aux bornes d'un élément électrique ou électronique. Ainsi, le moteur peut également piloter la position d'un volet d'entrée d'air permettant de sélectionner la propor tion d'air frais et d'air recirculé destinée à alimenter le groupe moto-ventilateur de l'installation. Le commutateur électrique rotatif illustré sur la figure 1 comprend un organe de commande 3, ou corps, comportant une partie supérieure 3a, destinée à être actionnée par un utilisateur et prolongée par un axe 3b, dont l'extrémité opposée à la partie supérieure 3a commande un second élément électrique 4, comme par exemple le module de variation de vitesse du pulseur de l'installation. Mais il pourrait s'agir d'un autre élément de type mécanique ou électrique, comme par exemple un élément permettant d'actionner un volet de l'installation par l'intermédiaire d'un câble. L'axe 3b porte un bras 5 sensiblement radial. A ce bras 5 se trouvent solidarisés deux moyens de contact 6a et 6b ; il pourra s'agir, par exemple, de patins ou balais électrique ment conducteurs et indépendants électriquement l'un de l'autre. I1 est clair que le bras radial 5 est de préférence réalisé dans un matériau isolant, de sorte que les balais de contact 6a et 6b ne soient pas portés au même potentiel électrique. Le bras 5 peut être une pièce rapportée sur l'axe 3b, mais il peut également constituer une extension radiale de l'axe 3b (par exemple en cas de moulage). Les balais conducteurs 6a et 6b sont espacés l'un de l'autre d'une distance choisie de sorte qu'ils puissent contacter (ou frotter) respectivement des pistes conductrices 7a et 7b solidarisées à une plaque 8 fixée, par exemple à l'intérieur du boîtier de commande dont la façade 20 est implantée dans la planche de bord du véhicule. Cette plaque 8 comporte, dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, une ouver ture centrale 9 permettant le passage de l'axe 3b de l'organe de rotation 3 (ou corps). Les pistes 7a et 7b (voir figure 2) sont disposées concen triquement sur la plaque 8, le centre C de l'ouverture 9 définissant l'origine des rayons courbure de chacune des pistes. Le bras 5 présente des dimensions choisies de sorte que les balais qu'il porte puissent se déplacer au dessus des pistes 7a et 7b, et au contact de celles-ci, lorsque l'axe 3b est entraîné en rotation Dans l'exemple illustré sur la figure 2, chaque piste conductrice 7a, 7b comporte un premier 10a, 10b et un second 11a, 11b secteurs conducteurs. Les premiers secteurs conduc teurs 10a et 10b s'étendent selon un premier secteur angulaire. Les seconds secteurs conducteurs 11a et 11b s'étendent selon un second secteur angulaire. De sorte que les premiers et seconds secteurs soient indépendants électriquement les uns des autres, on prévoit entre ceux-ci une zone non conductrice 12. En fait, la zone non conduc trice 12 résulte de la suppression des secteurs conducteurs sur les pistes 7a et 7b sur un troisième secteur angulaire, intercalé entre les premier et second secteurs angulaires. Selon l'invention, le premier secteur 10a de la première piste 7a est porté à un potentiel V-, le second secteur 11a de la première piste 7a est porté à un potentiel V+, le premier secteur 10b de la seconde piste 7b est porté à un potentiel V+, et le second secteur 11b de la seconde piste 7b est porté à un potentiel V-. De la sorte, d'une part, les premier et second secteurs d'une piste sont portés à des potentiels électriques de signes opposés, et d'autre part, les potentiels des premiers secteurs 10a et 10b présentent des potentiels électriques de signes opposés (V- et V+) et les seconds secteurs 11a et 11b sont portés à des potentiels de signes opposés (V+ et V-). Il en résulte que lorsque les balais conducteurs 6a et 6b se trouvent au contact respectivement des premiers secteurs 10a et 10b, la différence de potentiel entre ces deux balais se trouve égale à V+ - V-. De même, lorsque les deux balais conducteurs 6a et 6b se trouvent respectivement au contact des seconds secteurs 11a et 11b, la différence de potentiel entre ces deux balais conducteurs est égale à V- - V+. Dans cet exemple, les valeurs absolues des potentiels auxquels sont portés les secteurs des pistes sont sensible ment égales (V). En d'autres termes, lorsque les balais sont au contact des premiers secteurs 10a et 10b, la différence de potentiel entre ceux-ci est sensiblement égale à 2V, tandis que lorsque les balais se trouvent au contact des seconds secteurs lla et 11b, la différence de potentiel entre ceux-ci est égale à -2V. I1 est clair que l'on pourrait prévoir des variantes dans lesquelles les valeurs absolues des potentiels entre premiers secteurs et/ou seconds secteurs ne seraient pas les mêmes, de sorte que les différences de potentiel selon les secteurs contactés ne soient pas identiques. Les balais conducteurs 6a et 6b étant raccordés électrique ment (par exemple à l'aide de circuits imprimés ou bien de câbles électriques 19) respectivement aux bornes d'alimenta tion B et A du moteur M, la différence de potentiel aux bornes de ce moteur M va donc dépendre des positions des balais conducteurs relativement aux secteurs 10 et 11 des pistes 7a et 7b. Cela permet de définir deux états de fonctionnement diffé rents au moteur M. Dans un premier état de fonctionnement le moteur M place le volet 1 dans une position telle qu il interdit à l'air de pénétrer dans la branche chaude du boîtier de traitement. Cet état fournit à l'installation de l'air frais (ou froid); cela correspond à la position "tout froid" de l'organe rotatif 3 (voir figure 2). I1 est bien évident que tant que les balais 6a et 6b se trouvent respec tivement au contact des premiers secteurs 10a et 10b, c'est- à-dire dans le premier secteur angulaire, la différence de potentiel UAB aux bornes A et B du moteur M est sensiblement égale à 2V. Lorsque le moteur M est placé dans son second état, c'est-à-dire lorsque la différence de potentiel UAB à ses bornes A et B est sensiblement égale à -2V, le volet 1 canalise la quasi totalité de l'air à traiter dans la branche chaude du boîtier de traitement d'air 2, de sorte que l'installation soit alimentée en air réchauffé. Cela correspond à la position "tout chaud" de l'organe rotatif 3. Tant que balais conducteurs 6a et 6b se trouvent au contact respectivement des seconds secteurs 11a et , c'est-à-dire à l'intérieur du second secteur angulaire, la différence de potentiel aux bornes A et B du moteur M demeure constante, c'est-à-dire sensiblement égale à -2V. En revanche, dès que les balais conducteurs 6a et 6b se trouvent dans la zone non conductrice 12, c'est-à-dire dans le troisième secteur angulaire qui sépare le premier secteur angulaire second secteur angulaire, la différence de potentiel aux bornes A et B du moteur M devient nulle (dans cet exemple). La fonction de transfert entre la tension d'alimentation UAB du moteur M et la position du volet 1, illustrée sur la figure 3, représente un premier mode de fonctionnement un commutateur selon l'invention. Ici, le moteur M ne peut prendre que deux états distincts. En d'autres termes, le moteur M est conçu de sorte qu'il demeure dans son état (premier ou second) tant que la différence de potentiel à ces bornes n'a pas changé de signe, et cela que 1 se déplace de la position tout froid vers la position tout chaud ou de la position tout chaud vers la position tout froid. Cela se matérialise sur la figure 3 par une boucle d'hystérésis. Par exemple, lorsque l'on déplace l'organe rotatif 3 de la position tout froid vers la position tout chaud, tant que la tension UAB demeure comprise entre les valeurs +2V (ici + 12 volts) et 0 volt, le moteur M demeure dans son premier état. Puis, lorsque la différence de potentiel UAB passe de la valeur 0 volt à la valeur - ( 12 volts) le moteur M passe du premier état au second état. Il en va de même lorsque l'organe rotatif 3 est commuté de la position tout chaud vers la position tout froid. Dans ce cas, tant que la différence de potentiel UAB aux bornes du moteur M demeure comprise entre les valeurs -2V (- 12 volts) et 0 volt, le moteur demeure dans son second état. Puis, lorsque la différence de potentiel passe de la valeur 0 volt à la valeur +2V (+ 12 volts) le moteur passe dans son premier état. Dans un second mode de réalisation, illustré sur les figures 4 et 5, le moteur M est conçu pour prendre trois états différents, un premier état correspondant à la position tout froid, un second état correspondant à la position tout chaud, et troisième état correspondant à une position mitigée dans laquelle le volet 1 est placé dans une position intermédiaire permettant un mélange d'air frais et d'air réchauffé par la branche d'air chaud dans le boitier de traitement d'air 2. Le premier état (tout froid) du moteur M est obtenu lorsque la différence de potentiel UAB entre ses bornes est égale à +2V (+12 volts). Le second état (tout chaud) du moteur M correspond une différence de potentiel UAB entre ses bornes égale à -2V (-12 volts). Le troisième état (mitigé) du moteur M correspond à une différence de potentiel UAB entre ses bornes égale à 0 volt. En d'autres termes, le premier état est obtenu lorsque les balais conducteurs 6a et 6b sont au contact des premiers secteurs 10a et 10b, respectivement, le second état est obtenu lorsque les balais conducteurs 6a et 6b sont au contact des seconds secteurs 11a et 11b, respectivement, et le troisième état est obtenu lorsque les balais conducteurs 6a et se trouvent dans la zone non conductrice 12. Il est clair que d'autres variantes de fonctionnement pourraient être envisagées Ainsi, on pourrait envisager de réaliser des pistes subdivisées en plus de deux secteurs conducteurs, par exemple trois ou quatre, de manière à définir des différences de potentiel de valeurs absolues différentes entre elles. Par ailleurs, les extensions des différents secteurs angulaires dépendent principalement des caractéristiques de commande du second élément 4. On se réfère maintenant aux figures 6 et 7 pour décrire un second mode de réalisation d'un commutateur électrique rotatif selon l'invention. Les constituants du commutateur qui sont sensiblement identiques à ceux illustrés sur la figure 1 portent des références identiques. ne seront donc pas décrits de nouveau. Ce qui différencie ce mode de réalisation du précédent, c'est le mode de raccordement des balais (ou patins) de contact 6a et 6b aux bornes d'alimentation A et B du moteur M. Celui-ci s'effectue désormais par l'intermédiaire de deux pistes concentriques 13a et 13b raccordées électriquement, par exemple par des conducteurs électriques 19, aux bornes d'alimentation A et B du moteur M, respectivement. Ces pistes d'alimentation 13a et 13b sont placées sur le support 8 au voisinage des pistes 7a et 7b, et s'étendent sur toute la longueur des celles-ci, c'est à dire sur toute la longueur des secteurs conducteurs 10a et 11a ou 10b et 11b, ainsi que sur la zone non conductrice 12 (voir figure 7). Les balais 6a et 6b présentent une extension radiale de dimension choisie de telle sorte qu'ils puissent contacter mécaniquement et simultanément un secteur conducteur l0a,b ou lla,b et la piste d'alimentation voisine et associée 13a,b. Par exemple, lorsque le balai 6a contacte le secteur conducteur 10a et la piste d'alimentation 13a, le balai 6b contacte le secteur conducteur 10b et la piste d'alimenta tion 13b. De même, lorsque le balai 6a contacte le secteur conducteur 11a et la piste alimentation 13a, le balai 6b contacte le secteur conducteur 11b et la piste d'alimenta tion 13b. Enfin, lorsque les balais 6a et 6b sont dans la zone non conductrice 12, seules les pistes d'alimentation 13a et 13b sont contactées, et donc la différence de potentiel aux bornes A et B du moteur M devient nulle. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, mais elle englobe toute les variantes que pourra développer l'homme l'art dans le cadre des revendications ci-après. Revendications 1. Commutateur de commande d'alimentation, notamment d'un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation (2) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend - un support ( ) muni d'une première (7a) et d'une seconde pistes (7b) concentriques, subdivisées chacune en de premier (l0a,b) et second (lla,b) secteurs électriquement conduc teurs et électriquement indépendants, les premiers secteurs (l0a,b) des première (7a) et seconde (7b) pistes étant portés respectivement à de premier et second potentiels de signes opposés et les seconds secteurs (lla,b) desdites première (7a) et seconde (7b) pistes étant portés respecti vement aux second et premier potentiels, - de premier ( ) et second (6b) moyens de contact reliés électriquement aux deux bornes d'alimentation (B,A) d'un premier élément (M) du dispositif (2) propre à prendre au moins de premier et second états selon le signe de la différence de potentiel (UAB) établie entre ses bornes (A, B) , - un corps (3) propre à entraîner en rotation lesdits premier et second moyens de contact (6a,b) de sorte qu'en au moins de première et seconde positions ils établissent simultanément des contacts avec, respectivement, lesdits premiers (10a, ) ou seconds (lla,b) secteurs pour établir une différence de potentiel entre les bornes d'alimentation (B,A) dudit premier élément (M) d'une première valeur ou d'une seconde valeur, de signe opposé â ladite première valeur, et en ce que ledit corps (3) est en outre propre à gérer l'état de fonctionnement d'un second élément (4) dudit dispositif (2). 2. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers (l0a,b) et seconds (lla,b) secteurs conducteurs s'étendent respectivement sur des premier et second secteurs angulaires, ledit corps (3) étant dans ses première et seconde positions lorsque lesdits premier (6a) et second (6b) moyens de contact se trouvent à l'intérieur respectivement des premier et second secteurs angulaires. 3. Commutateur selon la revendication 2, caractérise en ce qu'il comprend entre lesdits premiers (l0a,b) et seconds (lla,b) secteurs conducteurs une zone non conductrice (12) qui s'étend sur un troisième secteur angulaire. Commutateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lors d'une transition du corps (3) de la première, respectivement seconde, position vers la seconde, respecti vement première, position, ledit premier élément (M) est agencé pour rester dans l'état associé à ladite première, respectivement seconde, position lorsque les premier (6a) et second (6b) moyens de contact sont à l'intérieur du troi sième secteur angulaire. Commutateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier élément (M) est agencé pour prendre un troisième état associé à une différence de potentielle nulle entre ses bornes (A,B), lorsque lesdits moyens de contact (6a,b) sont à l'intérieur du troisième secteur angulaire, ce qui permet de définir une troisième position dudit corps (3). 6. Commutateur selon l'une des revendications à 5, caractérisé en ce que ledit support (8) comporte une troisième (13a) et une quatrième (13b) pistes concentriques, placées respectivement au voisinage des première (7a) et seconde (7b) pistes en s'étendant sensiblement sur toute leur longueur, et raccordées électriquement aux deux bornes d'alimentation (B,A) du premier élément (M), et en ce que lesdits premier et second moyens de contact (6a,6b) sont agencés pour être reliés électriquement auxdites deux bornes d'alimentation (B,A) par contact sur lesdites troisième (13a) et quatrième (13b) pistes. 7. Commutateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit premier élément (M) est un moteur électrique. 8 Commutateur selon la revendication 7, caractérisé en ce ledit moteur (M) contrôle le positionnement d' volet (1). 9 Commutateur selon la revendication 8, caractérisé en ce ledit volet (1) gère la proportion d'air frais d'air rechauffé à l'intérieur dudit dispositif (2). Commutateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit volet gère la proportion d'air frais d'air recirculé qui alimente un groupe moto-ventilateur dudit dispositif (2). 11. Commutateur selon l'une des revendications à 10, caractérisé en ce que ledit second élément (4) est de type mécanique ou électrique. 12. Commutateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit second élément est agencé pour provoquer l'actionnement d'un volet. 13. Commutateur selon la revendication il, caractérisé en ce que ledit second élément est agencé pour gérer la variation de vitesse d'un module de variation de vitesse d'un groupe moto-ventilateur dudit dispositif (2).