Brevet FR2843501A1 — publié le 20040213

DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT D'UNE VANNE DE CLIMATISATION TRIPHASE A FORT COUPLE DE VERROUILLAGE MAGNETOSTATIQUE La présente invention concerne un dispositif d'actionnement d'une vanne de climatisation triphasé à fort couple de verrouillage magnétostatique. Elle s'applique en particulier, mais non exclusivement, à une installation de climatisation d'air pour véhicules automobiles, camions ou 10 voiture. De telles vannes sont en général motorisées à l'aide de moteurs électriques associés à un réducteur, et sont décrites par exemple dans les demandes de brevet N FR 15 2731852, N DE 4343385 ou la demande de brevet français déposée au nom de la demanderesse N FR 2801146. Ainsi, la demande de brevet allemand N DE 4343385 décrit un système d'ajustement pour un volet d'écoulement 20 d'air placé dans une canalisation d'air d'une automobile, qui comporte un moteur électrique exécutant les mouvements d'ajustement et une unité de commande pilotant ledit moteur électrique. Dans cette demande, il est prévu que le moteur électrique se présente sous forme de moteur "pas à pas", 25 piloté par des signaux de sortie provenant d'une unité de commande adjacente audit moteur "pas à pas", et que cette unité de commande comporte des entrées de codage pour sélectionner le sens de rotation et/ou l'angle de rotation. La demande de brevet français N FR 2801146 susmentionnée décrit un actionneur de vanne de climatisation d'air pour véhicule automobile mettant en oeuvre un moteur électrique du type "pas à pas" à aimant permanent capable de délivrer une puissance mécanique au moins égale à 50 mW, ainsi qu'un réducteur permettant de diminuer l'amplitude du pas angulaire et d'augmenter le couple de sortie. Comme cela est noté précédemment, ces vannes utilisent généralement des moteurs du type "pas à pas", associés à un réducteur, qui permettent un positionnement précis lorsqu'une séquence d'alimentation en courant des bobinages est effectuée. Ce type de séquence est connu de 10 l'état de l'art et est par exemple décrit aux figures 10 et 11 de la susdite demande de brevet N FR 2801146, pour un moteur "pas à pas" triphasé. Les moteurs du type "pas à pas" triphasés 15 présentent l'avantage, à nombre de paires de pôles égal au rotor d'une résolution angulaire améliorée, par exemple pour cinq paires de pôles au rotor, 30 pas/tour rotor pour un moteur triphasé et 20 pas/tour pour un moteur diphasé, et l'utilisation d'un nombre réduit de transistors pour un 20 fonctionnement bipolaire, soit six transistors requis pour un triphasé contre huit transistors pour un diphasé. Le présent dispositif d'actionnement d'une vanne est donc relatif aux vannes pilotées par des moteurs du 25 type "pas à pas" triphasés, présentant N paires de pôles au rotor, pilotés par des séquences d'alimentation des phases à P pas par tour au rotor, P étant égal à k x 6N, k étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, telle que décrit à la figure 9 de la demande de brevet N FR 2801146 citée 30 précédemment. Ces vannes étant destinées à obturer un canal d'arrivée d'air, ou à moduler un débit d'air, il est nécessaire lorsque la vanne a atteint la position requise, lorsque l'on arrête d'appliquer le courant d'alimentation aux phases du moteur, de maintenir cette position de façon précise, afin par exemple de garantir l'étanchéité de l'obturation du canal d'arrivée d'air. L'élasticité des 5 clapets de fermeture et du train d'engrenage oblige alors à introduire au niveau du moteur électrique une friction qui va garantir une irréversibilité sans courant du train d'engrenage. Le problème des solutions de l'art antérieur, permettant l'introduction d'une telle friction, réside dans la constance de cette valeur de friction tout au long de la durée de vie de l'actionneur et sur toute la gamme de température. Si cette friction a tendance à diminuer au 15 cours du temps, la position précise, moteur non alimenté, de la vanne n'est plus garantie. De plus, l'introduction de rondelles de friction dans des solutions produites en grand volume automobile ralentit les cadences de production automatique. Il n'existe à l'heure actuelle aucun couple de verrouillage, à la fois précis et stable au cours du temps, sans courant des moteurs triphasés utilisés dans les vannes de climatisation qui ne nécessite pas l'introduction de 25 rondelles de friction au niveau du rotor. Le mode de commande des moteurs triphasés les plus couramment utilisés sont décrits aux figures 10 et 11 de la demande FR 2801146. Il s'agit de séquences à six 30 états par période électrique qui permettent de n'utiliser que six transistors (30 pas/tour pour cinq paires de pôles au rotor). Si la décision est prise de stopper, ou arrêter, la séquence d'alimentation alors que l'on a atteint la position requise de la vanne, et en l'absence de friction et de courant dans les phases, le rotor va se décaler sous l'action de l'élasticité du clapet d'air et du train d'engrenage, et la position sera perdue. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer cet inconvénient. Elle propose à cet effet un dispositif d'actionnement d'une vanne de climatisation d'air, notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins deux bobines, un moteur électrique de type "pas à 10 pas" à aimant permanent, triphasé au stator, présentant N paires de pôles au rotor, piloté par des séquences d'alimentation en courant des phases à P pas par tour du rotor, P étant égal à k x 6N, k étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, associé à un réducteur de vitesse, 15 caractérisé en ce que les épanouissements polaires du stator sont disposés de manière à introduire un couple de verrouillage sans courant du rotor présentant au moins 6N positions d'équilibres stables par tour du rotor; l'amplitude de ce couple de verrouillage étant suffisante 20 pour garantir l'irréversibilité de l'actionneur dans l'application, c'est-à-dire l'immobilité des susdits clapets de fermeture d'arrivée d'air lorsque le dispositif d'actionnement n'est pas alimenté. Grâce à ces particularités, l'invention permet de maximiser le couple résiduel sans courant du moteur du type "pas à pas" triphasé, et surtout d'introduire un nombre de positions stables sans courant par tour du rotor au moins égal au nombre de positions stables avec courant, soit 6N 30 positions stables dans le cas de la séquence à six états décrite précédemment, pour N paires de pôles au rotor. En effet si le nombre de positions stables sans courant par tour du rotor est sensiblement inférieur à celui des positions stables avec courant, on peut imaginer que le rotor, en fin de séquence d'alimentation, ait la possibilité de se déplacer d'une valeur angulaire équivalant à quelques pas moteurs, de stocker ainsi de l'énergie cinétique dans l'inertie du rotor, qui pourra 5 permettre de passer la première position stable sans courant, le rotor pouvant ensuite se décaler de plusieurs pas moteurs. Selon un mode d'exécution de l'invention, le 10 stator du moteur triphasé comportera six épanouissements polaires sensiblement espacés de 60 et un rotor à quatre ou cinq paires de pôles. Avantageusement, le stator comprendra trois 15 épanouissements pour chaque phase, les épanouissements polaires latéraux d'une phase étant communs aux deux autres phases, les épanouissements polaires centraux d'au moins deux des phases supportant une bobine. Selon un second mode d'exécution de l'invention, le stator du moteur triphasé comportera trois circuits en W sensiblement espacés de 120 , chaque W étant constitué de trois dents espacées sensiblement de 36 , de trois dents intercalées entre chacun des W à sensiblement 60 de la 25 jambe centrale des W, et d'un rotor à quatre ou cinq paires de pôles. Selon un aspect de la présente invention, le susdit moteur triphasé présentera une loi de couple avec 30 courant de chaque phase ayant une période de 360 pour un déplacement angulaire mécanique de 90 du rotor d'un pôle Nord au prochain, ou suivant, pôle Nord en face de l'épanouissement polaire central d'une phase, pour un rotor présentant quatre paires de pôles. Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre un organigramme décrivant une loi de couple sans courant, la valeur du couple étant fonction de la position, notée en degrés électriques; - la figure 2 illustre un premier mode d'exécution du dispositif selon l'invention; - la figure 3 illustre un second mode 15 d'exécution du dispositif selon l'invention. Comme nous l'avons précédemment, le but principal de l'invention réside dans l'utilisation de moteurs triphasés présentant une loi de couple, avec et sans 20 courant, voisine de celle décrite à la figure 1 annexée et présentant un nombre de positions stables sans courant par tour du rotor au moins égal au nombre de positions stables avec courant. La loi de couple décrite sur la figure 1 consiste en une harmonique 6 de la loi de couple avec courant d'une phase, également dénommé harmonique 1 ou harmonique fondamentale. Deux exemples de réalisation de dispositifs aptes à développer une loi de couple telle que représentée sur la figure 1 ont été illustrés sur les figures 2 et 3. Le dispositif représenté sur la figure 2 comprend quatre paires de pôles 1 au rotor 2, le stator 3 présentant six épanouissements polaires 4, trois pour chaque phase. Les épanouissements polaires latéraux 12 d'une phase sont 5 communs aux deux autres, l'épanouissement polaire central 11 d'une phase supportant la bobine. Avec ce dispositif, la loi de couple avec courant de chaque phase, fondamentale ou harmonique 1, aura donc 10 une période de 360 électriques pour un déplacement angulaire mécanique de 90 du rotor 2, c'est-à-dire un passage d'un pâle Nord, respectivement Sud, au prochain ou suivant pôle Nord, respectivement Sud, en face de l'épanouissement polaire central 11 d'une phase. Par 15 ailleurs, lorsqu'il n'y a pas de courant, le rotor 2 oppose un couple résiduel d'harmonique 6 par rapport à la loi de couple avec courant, qui est d à l'interaction d'un groupe des trois épanouissements polaires centraux 11 avec un groupe des trois épanouissements polaires latéraux 12. 20 Chacun de ces groupes de trois dents fournit un couple résiduel d'harmonique 6. Les épanouissements polaires latéraux 12 étant distants de 60 mécaniques par rapport aux pôles centraux 25 d'une phase, ils présentent un décalage de 30 mécaniques (60 = 900-30 ) par rapport à la loi de couple fondamentale avec courant, soit 120 électriques par rapport à l'harmonique 1 de cette loi de couple, et donc 720 par rapport à l'harmonique 6 des pôles centraux. On a donc 30 addition parfaite des couples résiduels sans courant du groupe des pôles centraux et du groupe des pôles latéraux, ce qui va optimiser la valeur du couple résiduel d'harmonique 6, tout en garantissant 6 positions stables sans courant par tour du rotor. La structure du dispositif représenté sur la figure 3 permet également d'introduire un couple résiduel d'harmonique 6. Ainsi, la figure 3 représente une structure à cinq paires de pôles 5 au rotor 6 et à douze dents 7 au stator 8. Le groupe des trois dents centrales 11 de chaque phase, entourées par un bobinage, fournit un couple 10 résiduel d'harmonique 6 par rapport à la loi de couple fondamentale de période 720. De même, les épanouissements polaires latéraux 9 de chaque phase fournissent un couple résiduel d'harmonique 6 qui s'additionne à celui des pôles centraux bobinés (36 o de phase mécanique = 180 de phase 15 électrique de l'harmonique 1 = 3 x 360 de phase électrique de l'harmonique 6). Les 3 dents isolées 10 n'appartenant à aucune des trois phases produisent elles aussi un couple résiduel d'harmonique 6 sans courant qui s'additionne aux autres couples résiduels. En fait cette structure a été 20 calculée pour que les couples résiduels d'harmonique 6 des quatre groupes de trois dents situées à 120 l'une de l'autre s'additionnent. L'invention est décrite dans ce qui précède à 25 titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet, en particulier concernant la possibilité d'autres structures pour le dispositif selon l'invention; ces structures permettant 30 l'introduction d'un couple résiduel présentant au moins six états stables par tour du rotor. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'actionnement d'une vanne de climatisation d'air, notamment pour véhicule automobile, 5 comprenant au moins deux bobines (4) , un moteur électrique de type "pas à pas" à aimant permanent, triphasé au stator (3 ou 7), présentant N paires de pôles au rotor (2 ou 6), piloté par des séquences d'alimentation en courant des phases à P pas par tour du rotor, P étant égal à k x 6N, k 10 étant un nombre entier supérieur ou égal à 1, associé à un réducteur de vitesse, caractérisé en ce que les épanouissements polaires du stator (3 ou 7) sont disposés de manière à introduire un couple de verrouillage sans courant du rotor (2 ou 6) présentant au moins 6N positions 15 d'équilibres stables par tour du rotor; l'amplitude de ce couple de verrouillage étant suffisante pour garantir l'irréversibilité de l'actionneur dans l'application. 2. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (3) du moteur triphasé comporte six épanouissements polaires (11, 12) sensiblement espacés de 60 et un rotor (2) à quatre ou cinq paires de pôles (1). 3. Dispositif d'actionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le stator (3) comprend un épanouissement polaire central (11) pour chacune des trois phases, les épanouissements polaires latéraux (12) d'une phase étant communs aux deux autres 30 phases, les épanouissements polaires centraux (11) d'au moins deux des phases supportant une bobine. 4. Dispositif d'actionnement selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le susdit moteur triphasé présente une loi de couple avec courant de chaque phase ayant une période de 360 pour un déplacement angulaire mécanique de 90 du rotor (2) d'un pôle Nord au prochain, ou suivant, pôle Nord en face de l'épanouissement polaire central (11) d'une phase. 5. Dispositif d'actionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que les épanouissements polaires latéraux (12) présentent un décalage de 30 10 mécaniques par rapport à la loi de couple fondamentale avec courant, soit 120 électriques par rapport à l'harmonique 1 de cette loi de couple et donc 720 par rapport à l'harmonique 6 des pôles centraux. 6. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (8) du moteur triphasé comporte trois circuits en W sensiblement espacés de 120 , chaque W étant constitué de trois dents espacées sensiblement de 36 (9, 11), de trois dents 20 intercalées (10) entre chacun des W à sensiblement 60 de la jambe centrale des W, et d'un rotor (6) cinq paires de pôles (5). 7. Dispositif d'actionnement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des épanouissements polaires latéraux (9) fournissant un couple résiduel d'harmonique 6 qui s'additionne à celui des pôles centraux bobinés (11). 8. Dispositif d'actionnement selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le susdit moteur électrique comprend trois dents isolées (10) produisant également un couple résiduel d'harmonique 6 sans courant qui s'additionne aux autres couples résiduels.