Brevet FR2855222A1 — publié le 20041126

i DISPOSITIF ACTIONNEUR PROPRE A DEVELOPPER UN EFFORT EN REPONSE A UN SIGNAL DE COMMANDE. L'invention est relative à un dispositif actionneur propre à développer un effort en réponse à un signal de commande. Les vérins électriques, hydrauliques ou pneumatiques constituent des exemples de dispositifs actionneurs. Les vérins électriques présentent l'avantage, vis-à-vis des vérins hydrauliques ou pneumatiques, d'une installation plus simple et plus rapide ne nécessitant pas la mise en place de tuyauteries pour un fluide. Certains vérins électriques font intervenir un électroaimant et présentent l'avantage de la simplicité par rapport aux vérins électriques faisant intervenir un moteur rotatif et un système d'engrenages pour convertir le mouvement de rotation en mouvement de translation. Toutefois, les vérins électriques utilisant un électroaimant 15 manquent souvent de progressivité et n'assurent qu'un déplacement brusque. En outre, l'effort n'est généralement exercé que dans un seul sens et le retour en position de repos nécessite un moyen de rappel. Il en est de même pour des actionneurs électriques faisant appel à un matériau à mémoire de forme qui ne permet pas la réversibilité de l'action et nécessite 20 un moyen de rappel dans le sens o le matériau à mémoire de forme n'est pas efficace. L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif actionneur qui, tout en pern-,..ttant de développer un effort important en réponse à un signal de commande, permet une réversibilité de l'action. I1 est 25 souhaitable, en outre, que ce dispositif actionneur soit simple et robuste. Selon l'inventien, un dispositif actionneur propre à développer un effort en réponse à un signal de commande est caractérisé en ce qu'il comporte un barreau métallique à fort coefficient de dilatation thermique, un moyen de chauffage/refroidissement à effet Peltier du barreau, et un 30 moyen amplificateur de la variation de longueur du barreau propre à assurer un déplacement amplifié d'un organe à commander. Généralement, une extrémité du barreau est maintenue fixe tandis que l'autre extrémité est mobile en réponse à la variation de longueur du barreau. De préférence, l'effet Peltier est obtenu sur plusieurs jonctions de semiconducteurs PN disposées en série autour du barreau à chauffer ou refroidir. Les éléments P et N peuvent être formés par des pavés, des barreaux, des anneaux ou des tores disposés de manière alternée les uns à 5 la suite des autres, avec une entretoise métallique conductrice entre chaque couple PN ou NP. De préférence certaines des entretoises, par exemple une entretoise sur deux, comportent des dissipateurs thermiques avantageusement formés par un épanouissement situé radialement à l'extérieur des éléments P et N, et de préférence muni de nervures ou 10 ailettes d'échange thermique. Le barreau métallique est de préférence en cuivre. L'amplificateur de déplacement peut comprendre au moins un ensemble articulé constitué d'une branche rigide inclinée sur la direction de déplacement du barreau et articulée à une extrémité sur l'organe à 15 commander et, à son autre extrémité, sur un premier point d'une pièce dont un deuxième point est articulé sur un pivot, fixe ou mobile, et dont un troisième point, non aligné avec les deux points précédents, est articulé sur une extrémité d'une biellette, laquelle est articulée, à son autre extrémité, sur un pivot déplacé par le barreau. L'articulation du troisième point peut être constitué par une charnièrefilm de sorte que la pièce et la biellette sont d'un seul tenant. De préférence, trois ensembles articulés identiques sont prévus dans trois plans différents passant par l'axe du barreau et décalés angulairement de 120 . L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées cidessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d' un exemple de réalisation décrit en détail avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif Sur ces dessins: Fig.1 est un schéma en perspective de jonctions PN permettant d'obtenir un effet Peltier. Fig.2 est une coupe axiale, avec parties en extérieur, du barreau de l'actionneur selon l'invention. Fig.3 enfin est un schéma, à plus petite échelle que Fig.2, de 35 l'actionneur avec le dispositif amplificateur de déplacement. En se reportant à Fig.l on peut voir un montage permettant de mettre en oeuvre l'effet Peltier sur des jonctions de deux matériaux semiconducteurs respectivement P, N. Un pavé la de matériau semi- conducteur N est suivi, à distance, 5 par un pavé 2a de matériau semi- conducteur P, puis par un autre pavé lb de matériau semi-conducteur N et un pavé 2b de matériau semi-conducteur P. La répétition du motif est limitée à deux sur Fig.1 mais elle peut, bien entendu, être très supérieure à deux. Chaque pavé suivant le schéma de Fig. 1 a la forme d'un 10 parallélépipède rectangle, les pavés étant disposés parallèlement les uns aux autres et équidistants. La face plane inférieure du pavé la est au contact d'une plaque métallique conductrice 3 reliée par un conducteur 4 à un pôle d'une source d'énergie électrique. Une plaque métallique conductrice 5a est en contact électrique 15 avec la face supérieure du pavé la et celle du pavé 2a. Une plaque métallique 6ab est en contact électrique avec la face inférieure du pavé 2a et celle du pavé lb. Une autre plaque métallique 5b est en contact électrique avec la face supérieure du pavé lb et celle du pavé 2b. La face inférieure du pavé 2b est en contact électrique avec une 20 plaque métallique 7 reliée par un conducteur électrique 8 à l'autre pôle de la source d'énergie électrique. Les différentes plaques 3, 5a, 6ab, 5b, 7 sont de préférence constituées par des lamelles de cuivre. Lorsque la polarité positive d'alimentation est appliquée sur la 25 plaque 3, du côté du matériau N constitué par le pavé la, et que la polarité négative est appliquée sur la plaque 7 du côté du matériau P, c'est-à-dire du pavé 2b, les plaques supérieures 5a, 5b se refroidissent alors que la plaque inférieure 6ab se réchauffe. Si la polarité est inversée, c'est-à-dire si la borne + est branchée 30 sur le conducteur 8 et la plaque 7, et si la borne - est branchée sur le conducteur 4 et la plaque 3, il y a inversion de l'effet de chauffage et de refroidissement: la partie supérieure, c'est-à-dire les plaques 5a et 5b se réchauffent tandis que la partie inférieure, c'est-à-dire la plaque 6ab, se refroidit. Ce caractère réversible de l'effet Peltier, par inversion du sens de courant, est particulièrement avantageux et mis en oeuvre par l'invention. En se reportant à Figs.2 et 3 on peut voir un dispositif actionneur D propre à développer un effort suivant une direction A-A en réponse à un signal de commande constitué par un courant électrique. L'actionneur D comporte un barreau ou noyau métallique 9 à fort 5 coefficient de dilatation thermique. Ce barreau 9 est avantageusement en cuivre, d'axe A-A. La section transversale du barreau peut être circulaire ou polygonale. Une extrémité 9a du barreau est fixe, par exemple en appui contre une butée S (Fig.3), ou encastrée dans la butée, tandis que l'autre extrémité 9b peut se déplacer suivant la variation de longueur du barreau 10 en fonction de sa température. Des moyens M (Fig.3) amplificateurs du déplacement, ou course, de l'extrémité 9b sont reliés d'une part à cette extrémité 9b et d'autre part à un pivot 10 lié à un organe 11 à commander, par exemple une tige d'actionnement de frein d'automobile, d'axe confondu avec A-A. Le barreau 9 est installé libre en coulissement dans un empilage d'anneaux 12 maintenus écartés les uns des autres par des entretoises. Les anneaux 12 sont divisés en groupes Ga, Gb, par exemple d'un même nombre d'anneaux, dont la longueur axiale correspond à celle d'une cellule élémentaire NP ou PN. Entre chaque groupe d'anrneaux 12 est prévue une 20 bague torique 13 isolante. Les anneaux 12 sont également réalisés en matière isolante. Autour d'un groupe d'anneaux 12, et axialement entre deux bagues 13 ou entre une bague 13 et une extrémité de l'empilage d'anneaux, est disposé un manchon 14 métallique conducteur comportant, à mi25 longueur, une collerette 15 faisant saillie radialement vers l'extérieur. Des pavés la de matériau semi-conducteur N sont disposés d'un côté de la collerette 15, en contact avec la face de cette collerette orthogonale à l'axe A-A du barreau 9, et sont prévus pour s'inscrire sensiblement dans la section en angle droit délimitée par la surface extérieure du manchon 14 et 30 une face de la collerette 15. Entre le pavé 2a de matériau P et le pavé suivant lb de matériau N est disposée une collerette métallique 16 conductrice solidaire à l'extérieur dans le sens radial d'un épanouissement 17 recouvrant les blocs 2a et lb. Cet épanouissement est muni vers l'extérieur de nervures 18 ou 35 ailettes favorisant l'échange thermique avec l'environnement. La collerette 16 se trouve axialement au droit d'une bague isolante 13 ajustée dans l'ouverture centrale de la collerette 16. L'empilage élémentaire qui vient d'être décrit se répète jusqu'à l'autre extrémité du barreau 9. Les pavés la situés d'un même côté d'une collerette 15 sont disposés jointifs pour permettre le passage du courant de l'un à l'autre. En variante les pavés la sont réunis en une seule pièce pour former un anneau torique. L'empilage dans son ensemble est alors de révolution autour de l'axe A-A. L'extrémité de l'empilage située sur la gauche de Fig.2 est constituée par un ou plusieurs pavés la de matériau N auquel est relié le conducteur électrique 4. L'autre extrémité de l'empilage est constituée par un ou plusieurs pavés 2e de matériau P reliés au conducteur 8. Lorsque le conducteur 4 est relié au pôle positif de la source 15 d'énergie électrique à courant continu et que le conducteur 8 est relié au pôle négatif, les collerettes 15 se refroidissent et avec elles les manchons 14, tandis que les collerettes 16 s'échauffent. La dissipation thermique assurée par les épanouissements 17 et les ailettes 18 permet de limiter l'échauffement de ces collerettes 16. La baisse de température des collerettes 15 et des manchons 14 est transmise au barreau 9 qui se contracte ce qui provoque le déplacement de l'extrémité 9b vers la gauche de Fig.2. En inversant les polarités, c'est-à-dire en reliant le conducteur 8 à la borne positive et le conducteur 4 à la borne négative, on provoque l'effet 25 inverse avec un déplacement de l'extrémité 9b du barreau vers la droite de Fig.2. L'empilage de pavés de matériaux semi-conducteurs N et P constitue un moyen de chauffage / refroidissement H du barreau 9. L'effort développé par le barreau 9 peut être considérable, mais 30 l'amplitude du déplacement de l'extrémité 9b est faible, même avec un métal ayant un fort coefficient de dilatation thermique. L'amplificateur de déplacement M prévu entre l'extrémité 9b et l'organe 11 à commander permet d'obtenir un déplacement satisfaisant. L'exemple de réalisation d'amplificateur de déplacement de Fig.3 35 est particulièrement avantageux. Ce dispositif comprend un ensemble C constitué d'une branche rigide 19 inclinée sur la direction de déplacement A-A du barreau 9 et articulée à une extrémité sur le pivot 10 solidaire de l'organe à commander 11. L'autre extrémité de la branche 19 est articulée sur un premier point 20, 5 matérialisé par un pion, d'une pièce plate 21 dont un deuxième point 22 est articulé sur un pivot 23 prévu sur une paroi 24. Cette paroi 24 peut être fixe relativement à l'extrémité 9a, ou mobile, par exemple liée à l'extrémité 9b. Un troisième point 25 de la pièce 21, non aligné avec les points 20, 22 et plus proche de l'axe A que le point 22, est articulé à une extrémité 10 d'une biellette 26. Cette biellette 26, à son autre extrémité, est articulée sur un pivot 27 lié à l'extrémité mobile 9b du barreau. La pièce 21 est sensiblement triangulaire avec pour sommets les points 20, 22 et 25. L'articulation du point 25 peut être constituée par une charnièrefilm 28, auquel cas la pièce 21 et la biellette 26 sont d'un seul tenant et 15 avantageusement réalisées en matière plastique. La position du pivot 23 et les distances entre les diverses articulations sont déterminées en fonction de l'amplification souhaitée pour le déplacement. Selon la représentation de Fig.3 un deuxième ensemble C 20 symétrique du premier par rapport à l'axe A-A est prévu. De préférence on prévoit trois ensembles élémentaires C répartis dans l'espace autour de l'axe A-A à 120 l'un de l'autre. L'extrémité de la biellette 26 voisine du barreau peut être reliée par une charnière-film 29, constituant une articulation, à un anneau 30 25 coaxial au barreau 9 et lié à l'extrémité mobile 9b. Les ensembles C répartis autour de l'axe A-A peuvent alors ne former qu'une seule pièce en matière plastique. Dans la position de repos illustrée sur Fig.3 le point 20 se trouve au voisinage du, ou dans le plan P perpendiculaire à l'axe A-A passant par 30 l'extrémité 9a, tandis que l'angle ca formé entre la droite passant par le centre du pivot 10 et le point 20, et la droite passant par le point 20 et le pivot 27 est d'environ 90 . Le fonctionnement de l'amplificateur de déplacement de Fig.3 est le suivant. Lorsque le barreau 9 se dilate le pivot 27 se déplace vers la droite de Fig.3. La biellette 26 tire le point 25 et provoque la rotation, autour du pivot 23, dans le sens trigonométrique pour la pièce 21 située au- dessus de l'axe A-A, et dans le sens horaire pour la pièce 21 située au- dessous de l'axe A-A, de sorte que chaque point 20 se rapproche de l'axe A-A. La branche 19 pousse le pivot 10 et l'organe 11 vers la gauche de Fig.3. Le déplacement du pivot 10 et de l'organe 11 s'effectue en sens inverse du déplacement de l'extrémité 9b, et est amplifié. Le coefficient d'amplification du déplacement peut aisément atteindre dix. Lorsque le pivot 27 se déplace vers la gauche de Fig.3, par suite d'une diminution de longueur du barreau 9 qui est refroidi, le pivot 10 et la 10 tige 11 sont entraînés en sens inverse vers la droite de Fig.3. Il est à noter que le dispositif d'amplification du déplacement M de Fig. 3 peut fonctionner avec une configuration de départ différente de celle illustrée sur Fig.3. Le pivot 10, au lieu de se trouver initialement du côté du plan P opposé au pivot 27, pourrait se trouver du même côté que ce 15 pivot 27. Dans ce cas, le déplacement du pivot 10 aurait lieu dans le même sens que le pivot 27. L'amplificateur de déplacement M de Fig.3 est particulièrement efficace, et d'une construction économique. REVENDICATIONS 1. Dispositif actionneur (D) propre à développer un effort en réponse à un signal de commande, caractérisé en ce qu'il comporte un barreau métallique 5 (9) à fort coefficient de dilatation thermique, un moyen de chauffage/refroidissement (H) à effet Peltier du barreau, et un moyen amplificateur (M) de la variation de longueur du barreau propre à assurer un déplacement amplifié d'un organe à commander (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barreau métallique (9) est en cuivre. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'effet Peltier est obtenu sur plusieurs jonctions de semi-conducteurs PN disposées en 15 série autour du barreau (9) à chauffer ou refroidir. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments P et N sont formés par des pavés (la, 2a; lb, 2b;...), barreaux, anneaux ou tores disposés de manière alternée les uns à la suite des autres, avec une 20 entretoise métallique conductrice (15, 16) entre chaque couple PN ou NP. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que des entretoises (16) comportent des dissipateurs thermiques (17). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque dissipateur thermique (17) est formé par un épanouissement situé radialement à l'extérieur des éléments P et N. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 30 qu'une extrémité (9a) du barreau est maintenue fixe tandis que l'autre extrémité (9b) est mobile en réponse à la variation de longueur du barreau. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amplificateur de déplacement (M) comprend au moins un ensemble 35 articulé (C) constitué d'une branche rigide (19) inclinée sur la direction de déplacement (A-A) du barreau et articulée à une extrémité (10) sur l'organe à commander (11) et à son autre extrémité sur un premier point (20) d'une pièce (21) dont un deuxième point (22) est articulé sur un pivot (23) et dont un troisième point (25), non aligné avec les deux points précédents, est articulé sur une extrémité d'une biellette (26) articulée, à son autre extrémité, sur un pivot (27) déplacé par le barreau. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le pivot (23) est fixe par rapport à l'extrémité fixe (9a) du barreau. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'articulation du troisième point (25) est constituée par une charnièrefilm (28) de sorte que la pièce (21) et la bielle (26) sont d'un seul tenant. 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que 15 trois ensembles articulés identiques sont prévus dans trois plans différents passant par l'axe du barreau et décalés angulairement de 120 .